CN106597409B - 一种基于外辐射源雷达的时延-多普勒频移提取方法 - Google Patents

一种基于外辐射源雷达的时延-多普勒频移提取方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于信号处理领域，具体涉及一种基于外辐射源雷达的时延‑多普勒频提取方法。本发明的方法基于传统的时频二维相关方法，在对目标的时延和多普勒的提取过程中，主要利用参考信号和传统方法获得的初步时延和多普勒，通过对参考信号和目标信号的补偿及相关运算，再次获取更精确的时延和多普勒。本发明的有益效果为，相对于传统方法，本发明可以明显提高雷达探测中时延和多普勒频的检测精度同时能够在达到相同检测精度时，时间复杂度更低。

Description

一种基于外辐射源雷达的时延-多普勒频移提取方法
技术领域
本发明属于信号处理领域，具体涉及一种基于外辐射源雷达的时延-多普勒频提取方法。
背景技术
外辐射源雷达利用地面广播电台、电视台、通信台等非合作的第三方辐射信号经目标散射后的回波来获取目标信息，具有生存能力强、抗干扰性能好等特点以及探测隐身目标的潜力，并具有探测低空目标的能力。在外辐射源雷达探测过程中，时延和多普勒频是最重要的提取参数。该参数的精度直接影响着后续对目标的定位。目前在对时延和多普勒频进行参数提取的主要方法是时频二维相关。
时频二维相关采用二维相干匹配滤波提取目标的时延和多普勒频移，其原理可用模糊函数表示：
其中，ei(n)为外辐射源雷达在经过DBF(数字波束形成)后的某一路主通道信号，Sref(n)为外辐射源的参考信号，M为波束的个数。(τ,f)为目标引起的时延和多普勒频率。当存在目标时，|ψi(τd,fd)|会产生一个峰值点，该峰值点对应的(τd,fd)即为目标的时延和多普勒。具体的原理框图如附图1所示。
当外辐射源信号(参考信号)为广播调频信号可表示为：
其中v(t)为加性高斯白噪声信号，fc为调频广播信号的载频，D1为外辐射源雷达接收广播信号的时间延迟。θ(t-D1)为音频信号调制项。
上式中，第一项为外辐射源雷达接收的广播信号探测到目标的回波信号，fd为由于目标运动导致多普勒频移，D2为雷达接收天线接收到目标信号的时间延迟。m(t)是高斯白噪声信号。因此，直达波信号的延时式为：
上式中延时长度Δt用采样周期，或者采样周期的整数倍。上式的共轭式与主通道信号相乘得：
由上式可以看出，当D2＝D1+nΔt时，上式中音频调制项就出现相消的情况，此时，上式将只包含多普勒频移项和噪声项，即：
对上式做FFT运算，即可得到目标的时延和多普勒。
利用上述传统的时频二维相关的方法来获取高精度的目标参数时延和多普勒频需要很大的计算量。在时间维度要提高时延测量精度就需要做更精细的扫描，在频率维度上要提高精度则需要提高采样率，而这两者都会加大时间复杂度。正因如此，本发明提出了一种新的方法，在达到相同时延和多普勒频的测量精度的基础上可以大大减少计算量。
发明内容
本发明针对现有的时频二维相关方法去提取雷达探测过程中的时延-多普勒频参数往往误差较大的问题，提出了更为精确的时延-多普勒频参数提取方法。
本发明的技术方案为：
如图2所示，一种基于外辐射源雷达的时延-多普勒频提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.采用时频二维相关方法和峰值搜索初步获取时延τd1和多普勒频fd1：设参考信号为Sref(t)，目标探测信号为其中n(t)为高斯白噪声；时频二维相关方法的原理如下公式1：
公式1中，ei(n)为外辐射源雷达在经过数字波束形成后的某一路主通道信号，Sref(n)为外辐射源的参考信号，M为波束的个数，(τ,f)为目标引起的时延和多普勒频率；
根据峰值搜索获取|ψi(τd1,fd1)|产生的峰值点，该峰值点对应的(τd1,fd1)即为目标的时延和多普勒；
b.对目标探测信号进行多普勒频补偿：采用步骤a中获得的多普勒频移fd1对目标探测信号进行多普勒频补偿获得目标信号S1(t)如下公式2：
c.采用参考信号对步骤b中获得的目标信号S1(t)进行时延扫描：利用参考信号Sref(t)，在步骤a中获得的时延τd1附近进行时延拟合获得信号S2(t)＝Sref(t-τd2)，将S2(t)与S1(t)做相关运算，相关值取得最大时信号S2(t)所对应的时延τd2，为相对于时延τd1更为准确的时延值；
d.采用步骤c中获得的时延τd2，对参考信号Sref(t)进行时延补偿，获得目标信号S3(t)：S3(t)＝Sref(t-τd2)；
e.采用参考信号对步骤d中获得的目标信号S3(t)进行多普勒频扫描：采用目标信号S3(t)，在步骤a中得到的多普勒频fd1附近进行多普勒频移拟合得到信号
将S4(t)与S1(t)做相关运算，相关值取得最大时S4(t)所对应的多普勒频fd2，为相对于多普勒频fd1更为准确的多普勒频移值。
本发明的有益效果为，相对于传统方法，本发明可以明显提高雷达探测中时延和多普勒频的检测精度同时能够在达到相同检测精度时，时间复杂度更低。
附图说明
图1为时频二维相关原理示意图；
图2为本发明的时延-多普勒频参数提取方案示意图；
图3为巴克码相位编码信号时域图；
图4为时频二维相关图(SNR＝10dB)；
图5为时频二维相关图(SNR＝15dB)；
图6为时频二维相关图(SNR＝20dB)；
图7为时频二维相关图(SNR＝25dB)；
图8为时频二维相关图(SNR＝30dB)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：
实施例：
在本实施例中，采用巴克码线性调频信号作为参考信号，该信号时域图如附图3所示，该信号的仿真参数如表1所示。仿真平台操作系统是WIN7(64bit)CPU 3.20GHz，采用MATLAB R2012a(64bit)进行编译。仿真基本参数表如下表1所示：
表1仿真基本参数表
脉宽 信号持续时间 脉冲重复间隔 采样率
1(us) 1(ms) 0.1(ms) 10MHz
本次仿真的目标时延为2.11(us),多普勒频移5455Hz
本方法和传统方法时延和多普勒频检测结果如下表2所示：
表2不同信噪比检测结果对比表
图4～图7为信噪比10～30dB的时频二维相关所得结果图。
结论分析：由上表2可知当信噪比在10～30dB时，传统的时频二维相关方法和本方法都可以检测出目标。通过数值分析可知，利用时频二维相关方法得到时延误差为0.11us，而利用本方法所得的时延误差为0.01us，在传统的仅仅利用时频二维相关的方法的精度提高了一个数量级效果明显；利用时频二维相关方法得到多普勒频的偏差为而利用本方法所得的多普勒频偏差最大为通过改变目标的时延-多普勒频参数，利用传统时频二维相关得到的结果和利用本方法得到的结果如表3所示：
表3不同目标检测结果对比表
由表3分析可知，本方法侧得目标时延与多普勒更为精确。由表4可知：
表4不同采样率检测结果及计算量分析
为了提高传统时频二维相关的时延精度，需要提高采样率，但提高采样率并不能提高提取多普勒频的精度，同时当增大采样率时，时间复杂度大大提高。通过上述对比可知本方法相对于传统方法可以明显提高雷达探测中时延和多普勒频的检测精度同时能够在达到相同检测精度时，时间复杂度更低。

Claims (1)

1.一种基于外辐射源雷达的时延-多普勒频移提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.采用时频二维相关方法和峰值搜索初步获取时延τd1和多普勒频移fd1：设参考信号为Sref(t)，目标探测信号为其中n(t)为高斯白噪声；时频二维相关方法的原理如下公式1：
公式1中，ei(n)为外辐射源雷达在经过数字波束形成后的某一路主通道信号，Sref(n)为外辐射源的参考信号，M为波束的个数，(τ,f)为目标引起的时延和多普勒频移；
根据峰值搜索获取|ψi(τd1,fd1)|产生的峰值点，该峰值点对应的(τd1,fd1)即为目标的时延和多普勒频移；
b.对目标探测信号进行多普勒频移补偿：采用步骤a中获得的多普勒频移fd1对目标探测信号进行多普勒频移补偿获得目标信号S1(t)如下公式2：
c.采用参考信号对步骤b中获得的目标信号S1(t)进行时延扫描：利用参考信号Sref(t)，在步骤a中获得的时延τd1附近进行时延拟合获得信号S2(t)＝Sref(t-τd2)，将S2(t)与S1(t)做相关运算，相关值取得最大时信号S2(t)所对应的时延τd2，为相对于时延τd1更为准确的时延值；
d.采用步骤c中获得的时延τd2，对参考信号Sref(t)进行时延补偿，获得目标信号S3(t)：S3(t)＝Sref(t-τd2)；
e.采用参考信号对步骤d中获得的目标信号S3(t)进行多普勒频移扫描：采用目标信号S3(t)，在步骤a中得到的多普勒频移fd1附近进行多普勒频移拟合得到信号将S4(t)与S1(t)做相关运算，相关值取得最大时S4(t)所对应的多普勒频移fd2，为相对于多普勒频移fd1更为准确的多普勒频移值。
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