CN107589419B

CN107589419B - 一种能量峰值联合宽带高分辨距离像目标提取的方法

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Publication number: CN107589419B
Application number: CN201710609608.8A
Authority: CN
Inventors: 赵三伟; 马俊杰; 陈钟
Original assignee: WUHAN BINHU ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: WUHAN BINHU ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2019-10-11
Anticipated expiration: 2037-07-25
Also published as: CN107589419A

Abstract

本发明涉及地基雷达宽带识别领域，特涉及一种能量峰值联合宽带高分辨距离像提取的方法。本发明通过在窄带模式下对目标进行初步跟踪，并在下一个扫描周期内对信号进行宽带识别，识别的步骤包括能量求和与峰值选大步骤、能量峰值联合步骤、目标提取步骤，且识别过程中采用了不同识别模式权重的方式进行，进而提高了目标提取概率。

Description

一种能量峰值联合宽带高分辨距离像目标提取的方法

技术领域

本发明涉及地基雷达宽带识别领域，特涉及一种能量峰值联合宽带高分辨距离像提取的方法。

背景技术

雷达高分辨距离像(HRRP)能够提供目标沿径向距离维的几何结构信息，对目标架次判别和机型判别有很大的帮助。通常警戒雷达工作于窄带，带宽只有几兆赫兹。受通道带宽和处理资源的影响，警戒雷达宽带模式只能在目标预测的区域内进行工作，所以雷达收到的宽带回波信号是一个区域信号，从区域信号中提取目标信息将成为宽带信号处理的一个重要内容。

宽带目标信息提取常用的方法有能量最大法和峰值最大法。能量最大法认为宽带区域回波中能量和最大的脉冲为目标的中心，但是在杂波区，信杂比很低，杂波能量大于目标时，该方法提取目标的概率将大大降低。峰值最大法认为宽带区域回波中峰值最大的脉冲为目标的中心，但是当出现干扰或通信误码时，该方法的效率大大降低。在杂波区或干扰环境下，能量最大法和峰值最大法目标提取概率在50％左右。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种能量峰值联合宽带高分辨距离像目标提取的方法。本发明在窄带模式下对目标进行初步跟踪，并在下一个扫描周期内对信号进行宽带识别，且识别过程中采用了不同识别模式权重的方式进行，进而提高了目标提取概率。

本发明的技术方案是一种能量峰值联合宽带高分辨距离像目标提取的方法，其特征在于：在窄带模式下，对需要进行识别判断的目标下达宽带识别指令，指控终端根据该目标的航迹信息预测其下一圈出现的位置，并以此位置为中心点，设置宽带扫描模式区域，宽带扫描模式区域信号处理步骤为：

步骤一、能量求和与峰值选大步骤；

记宽带回波信号为f_n(m)，其中m为距离单元，m＝1,2,…M；n为方位脉冲序号，n＝1,2…N；经FFT之后回波信号为F_n(m)；

1.1计算能量和与峰值

能量和是对每个脉冲内的所有距离单元能量值进行求和，记能量和为E(n)，则

峰值选大是对每个没冲内的所有距离单元幅度值进行选大，记峰值为M(n)，则

M(n)＝MAX(F_n(1),F_n(2)…F_n(M))；

1.2剔除干扰方位脉冲

计算当前方位脉冲左侧相邻的5个脉冲的能量和，记为S_E(i)，i为方位脉冲序号，i＝8,9,…N，则

记为E’(n)和M‘(n)，E’(n)为去除干扰脉冲的能量和M‘(n)为去除干扰脉冲的峰值，则

步骤二、能量峰值联合步骤

2.1计算能量与峰值的权重

计算能量与峰值的均值，记为和则

记能量的权重为W_E(n)；记峰值的权重为W_M(n)，其中峰值的权重为能量的权重3倍以上；

2.2能量峰值联合权重

能量峰值联合权重是对能量和峰值的权重求和，记能量峰值联合值权重为U(n)，则

U(n)＝W_E(n)+W_M(n)；

步骤三、目标提取步骤

3.1目标提取

记目标所占的方位脉冲数为L，L作为窗长度；对能量峰值联合值权重U(n)进行逐点滑窗求和，结果记为S(k)，k为窗起始脉冲序号，k＝1,2,…N-L+1，则

对S(k)进行选大，最大值记为S(K)，K为所有S(k)中最大值对应的窗起始脉冲序号，则

S(K)＝MAX(S(1),S(1)…S(N-L+1))

宽带回波数据中目标所在的脉冲序号为K，K+1…K+L-1；

3.2目标宽带高分辨距离像

目标宽带高分辨距离单次像为F_K(m)，F_K+1(m)…F_K+L-1(m)，

目标宽带高分辨距离像平均像为

(F_K(m)+F_K+1(m)+…F_K+L-1(m))/L。

根据如上所述的能量峰值联合宽带高分辨距离像目标提取的方法，其特征在于：所述的峰值的权重为能量的权重10倍。

根据如上所述的能量峰值联合宽带高分辨距离像目标提取的方法，其特征在于：进入宽带扫描模式区域的过程为：在窄带模式下，对需要进行识别判断的目标下达宽带识别指令，下一圈当天线扫描至宽带扫描模式区域时，雷达进入宽带扫描模式，时序控制系统控制工作模式切换，将发射波形切换为宽带波形，经上变频、功率放大由天线发射出去；发射信号遇到目标发生反射，目标反射信号经天线耦合进入雷达接收机，在接收机中经低噪声放大、去斜混频、中频放大后变为窄带信号，经AD采样后送至宽带信号处理模块；信号处理将宽带回波信号进行FFT，形成宽带一维距离像，从中提取目标宽带一维距离像并求取平均像，送至指控终端进行显示。

根据如上所述的能量峰值联合宽带高分辨距离像目标提取的方法，其特征在于：宽带扫描模式区域的宽带信号带宽在10～300MHz,其中10～30MHz用于目标架次判别，100～300MHz用于目标尺寸测量。

本发明的有益效果是：一是提高了目标提取概率，提取概率高达90％；二是数据量较小，目前的信号处理硬件平台可以满足运算需求。

附图说明

图1为宽带模式工作流程图；

图2为本发明的能量峰值联合目标提取的原理框图；

图3为宽带回波数据FFT结果二维平面图；

图4为采用能量最大法从图3中提取目标并求平均后的平均像结果；

图5为采用能量峰值联合法从图3中提取目标并求平均后的平均像结果。

具体实施方式

名词解释：

AD采样：模拟数字信号转换；

FFT：快速傅里叶变换。

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明提供一种能量峰值联合宽带高分辨距离像目标提取的方法，实现了在干扰和杂波环境下提高目标提取概率的目的，目标提取概率高达90％。

如图1所示，操作员在窄带模式下，对需要进行识别判断的目标下达宽带识别指令，指控终端根据该目标的航迹信息预测其下一圈出现的位置，并以此位置为中心点，设置一定角度和距离范围为宽带扫描模式区域。如预测位置角度±5°的范围，预测位置距离1km的范围内位宽带扫描模式。当天线扫描至该范围时，雷达进入宽带扫描模式，时序控制系统控制工作模式切换，将发射波形切换为宽带波形，经上变频、功率放大由天线发射出去。发射信号遇到目标发生反射，目标反射信号经天线耦合进入雷达接收机，在接收机中经低噪声放大、去斜混频、中频放大后变为窄带信号，经AD采样后送至宽带信号处理模块。信号处理将宽带回波信号进行FFT，形成宽带一维距离像，从中提取目标宽带一维距离像并求取平均像，送至指控终端进行显示。本发明的宽带信号带宽在10～300MHz,其中10～30MHz用于目标架次判别，100～300MHz用于目标尺寸测量。由于宽带模式在目标预测区域工作，所以数据量较小，目前的信号处理硬件平台可以满足运算需求。

如图2所示，能量峰值联合法通过计算每个脉冲回波的能量和峰值，并根据其均值形成各自的权重，对两者的权重求和形成能量峰值联合权重，对权重进行选大，最大值所在脉冲为目标中心位置。

图3为宽带区域回波数据FFT结果二维平面图。对每一个脉冲做FFT，然后将所有脉冲的数据进行显示，从图中可以分辨出目标和干扰，目标跨多个方位脉冲，干扰在单个方位脉冲中。目标提取的作用就是从方位脉冲中选出目标所在的脉冲，然后求出平均像，送至显控终端进行显示。

图4为采用能量最大法从图3中提取目标并求平均后的平均像结果。由图4可知，能量最大法选取的目标所在的脉冲为第68个方位脉冲，在图3中，第68个方位脉冲为干扰脉冲。由此可得，存在干扰的情况下能量最大法容易将干扰误判别为目标。

图5为采用能量峰值联合法从图3中提取目标并求平均后的平均像结果。由图5可知，能量峰值联合法选取的目标所在的脉冲为第2个脉冲，在图3中，第2个脉冲为目标回波。由此可得，能量峰值联合法在存在干扰的情况下能有效地提取目标。

以下对宽带信号处理模块中，信号处理的步骤进行说明。

步骤一、能量求和与峰值选大步骤

记宽带回波信号为f_n(m)，其中m为距离单元，m＝1,2,…M；n为方位脉冲序号，n＝1,2…N。经FFT之后回波信号为F_n(m)。

1.1计算能量和与峰值

M(n)＝MAX(F_n(1),F_n(2)…F_n(M))

1.2剔除干扰方位脉冲

计算当前方位脉冲左侧相邻的5个脉冲的能量和(保护脉冲为2个)，记为S_E(i)，i为方位脉冲序号，i＝8,9,…N，则

若当前方位脉冲的能量E(n)大于能量和S_E(n)，认为当前脉冲为干扰脉冲，将其剔除，并将E(n)和M(n)置零，记为E’(n)和M‘(n)，E’(n)为去除干扰脉冲的能量和M‘(n)为去除干扰脉冲的峰值，其中

通过此步骤，去除了宽带中的脉冲干扰信号，使能量峰值联合中目标提取更加准确。

步骤二、能量峰值联合步骤

2.1计算能量与峰值的权重

计算能量与峰值的均值，记为和则

记能量的权重为W_E(n)。若当前脉冲的能量大于能量均值则能量权重为1，否则，能量峰值为0。

记峰值的权重为W_M(n)。若当前脉冲的能量大于能量均值则能量权重为10，否则，能量峰值为0。

本发明建立的目标数学模型中，峰值的权重比能量的权重大，一般峰值的权重为能量的权重3倍以上，这样能够反应目标的真实特性，从而提高目标提取概率。

2.2能量峰值联合权重

U(n)＝W_E(n)+W_M(n)

在宽带扫描模式下，发射了多少个脉冲，经过信号处理后，即可获得相应数量的能量峰值联合值权重值。比如发射100脉冲，则可以获得100个能量峰值联合值权重值，即n＝1,2，…,100。

步骤三、目标提取步骤

3.1目标提取

记目标所占的方位脉冲数为L，L作为窗长度。对能量峰值联合值权重U(n)进行逐点滑窗求和，结果记为S(k)，k为窗起始脉冲序号，k＝1,2,…N-L+1，则

S(K)＝MAX(S(1),S(1)…S(N-L+1))

宽带回波数据中目标所在的脉冲序号为K，K+1…K+L-1。

3.2目标宽带高分辨距离像

目标宽带高分辨距离单次像为F_K(m)，F_K+1(m)…F_K+L-1(m)。

目标宽带高分辨距离像平均像为

(F_K(m)+F_K+1(m)+…F_K+L-1(m))/L。

Claims

1.一种能量峰值联合宽带高分辨距离像目标提取的方法，其特征在于：在窄带模式下，对需要进行识别判断的目标下达宽带识别指令，指控终端根据该目标的航迹信息预测其下一圈出现的位置，并以此位置为中心点，设置宽带扫描模式区域，宽带扫描模式区域信号处理步骤为：

步骤一、能量求和与峰值选大步骤；

记宽带回波信号为f_n(m)，其中m为距离单元，m＝1，2，…M；n为方位脉冲序号，n＝1，2…N；经FFT之后回波信号为F_n(m)；

1.1计算能量和与峰值

M(n)＝MAX(F_n(1)，F_n(2)...F_n(M))；

1.2剔除干扰方位脉冲

计算当前方位脉冲左侧相邻的5个脉冲的能量和，记为S_E(i)，i为方位脉冲序号，i＝8，9，...N，则

记为E′(n)和M′(n)，E′(n)为去除干扰脉冲的能量和M′(n)为去除干扰脉冲的峰值，则

步骤二、能量峰值联合步骤

2.1计算能量与峰值的权重

计算能量与峰值的均值，记为和则

2.2能量峰值联合权重

U(n)＝W_E(n)+W_M(n)；

步骤三、目标提取步骤

3.1目标提取

记目标所占的方位脉冲数为L，L作为窗长度；对能量峰值联合值权重U(n)进行逐点滑窗求和，结果记为S(k)，k为窗起始脉冲序号，k＝1，2，...N-L+1，则

S(K)＝MAX(S(1)，S(1)...S(N-L+1))

宽带回波数据中目标所在的脉冲序号为K，K+1…K+L-1；

3.2目标宽带高分辨距离像

目标宽带高分辨距离单次像为F_K(m)，F_K+1(m)…F_K+L-1(m)，

目标宽带高分辨距离像平均像为

(F_K(m)+F_K+1(m)+…F_K+L-1(m))/L。

2.根据权利要求1所述的能量峰值联合宽带高分辨距离像目标提取的方法，其特征在于：所述的峰值的权重为能量的权重10倍。

3.根据权利要求1所述的能量峰值联合宽带高分辨距离像目标提取的方法，其特征在于：进入宽带扫描模式区域的过程为：在窄带模式下，对需要进行识别判断的目标下达宽带识别指令，下一圈当天线扫描至宽带扫描模式区域时，雷达进入宽带扫描模式，时序控制系统控制工作模式切换，将发射波形切换为宽带波形，经上变频、功率放大由天线发射出去；发射信号遇到目标发生反射，目标反射信号经天线耦合进入雷达接收机，在接收机中经低噪声放大、去斜混频、中频放大后变为窄带信号，经AD采样后送至宽带信号处理模块；信号处理将宽带回波信号进行FFT，形成宽带一维距离像，从中提取目标宽带一维距离像并求取平均像，送至指控终端进行显示。

4.根据权利要求1所述的能量峰值联合宽带高分辨距离像目标提取的方法，其特征在于：宽带扫描模式区域的宽带信号带宽在10～300MHz，其中10～30MHz用于目标架次判别，100～300MHz用于目标尺寸测量。