CN108919222A - 一种用于匀加速运动目标的相参积累检测方法 - Google Patents

一种用于匀加速运动目标的相参积累检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于匀加速运动目标的相参积累检测方法。本发明通过雷达接收目标回波信号以及参考信号，根据目标回波信号以及参考信号计算距离维频域数据；将距离维频域数据进行keystone变换得到距离徙动补偿的回波数据；将距离徙动补偿的回波数据进行沿距离维进行逆傅里叶变换得到距离维时域回波数据，通过距离维时域回波数据与共轭时间反转操作后距离维时域回波数据计算得到多普勒徙动补偿的回波数据；对全部徙动补偿的回波数据沿新慢时间进行快速傅里叶变换得到相参积累后数据，通过相参积累后数据模值的平方与预设门限比较判断目标是否存在。本发明有效提高了目标回波信噪比，从而提高雷达对匀加速运动目标的检测性能。

Description

一种用于匀加速运动目标的相参积累检测方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及一种用于匀加速运动目标的相参积累检测方法。
背景技术
增加相参积累时间是提高雷达探测能力的一种较为常见的技术。但当目标速度和加速度较大时，长时间相参积累会使目标回波面临距离徙动和多普勒徙动，降低积累增益。因此，研究雷达目标徙动补偿方法成为提高匀加速运动目标探测能力的关键问题。
一些典型的算法，如keystone变换和拉东-傅里叶变换可有效地补偿速度引起的距离徙动，但上述方法忽略了加速度引起的多普勒徙动。拉东-分数阶傅里叶变换，拉东-吕氏分布、keystone变换-吕氏分布等方法能同时补偿距离徙动和加速度引起的多普勒徙动，但在实际雷达应用中，上述方法的运算量仍需进一步减少。近年来，时间反转变换已被用于雷达机动目标检测，其能快速消除目标速度引起的徙动，但给直接获取目标速度带来不便。
发明内容
针对目标速度引起的距离徙动和目标加速度引起的多普勒徙动问题，本发明提出了一种用于匀加速运动目标的相参积累检测方法。
本发明的技术方案为一种用于匀加速运动目标的相参积累检测方法，本发明具体包含以下步骤：
步骤1：通过雷达接收目标回波信号以及参考信号，根据目标回波信号以及参考信号计算距离维频域数据；
步骤2：将距离维频域数据进行keystone变换得到距离徙动补偿的回波数据；
步骤3：将距离徙动补偿的回波数据沿距离维进行逆傅里叶变换得到距离维时域回波数据，通过距离维时域回波数据与共轭时间反转操作后距离维时域回波数据计算得到多普勒徙动补偿的回波数据；
步骤4：对全部徙动补偿的回波数据沿新慢时间进行快速傅里叶变换得到相参积累后数据，通过相参积累后数据模值的平方与预设门限比较判断目标是否存在。
作为优选，步骤1中所述距离维频域数据为：
其中，tf为快时间，tm为慢时间，f为距离维频率，echo(tf,tm)为步骤1中所述目标回波信号，ref(tf,tm)为步骤1中所述参考信号，为沿快时间tf快速傅里叶变换，为沿快时间tf复共轭变换，A1为步骤1后信号幅度，c为光速，fc为载波频率，R0为目标初始时刻距离，v0为目标初始速度，a0为目标初始加速度；
作为优选，步骤2中所述keystone变换后距离徙动补偿的回波数据为：
其中，f为距离维频率，λ为波长，A2为keystone变换后信号幅度，c为光速，R0为目标初始时刻距离，v0为目标初始速度，a0为目标加速度，tn为keystone变换后新慢时间；
作为优选，步骤3中所述距离维时域回波数据为：
其中，tf为快时间，tn为新慢时间，IFFT(·)f为对f做快速傅里叶逆变换，λ为波长，A3为逆傅里叶变换后信号幅度，c为光速，R0为目标初始时刻距离，v0为目标初始速度，a0为目标加速度，sinc(·)为辛格函数；
将距离维时域回波数据rKT(tf,tn)沿新慢时间tn做共轭时间反转操作得到然后将rKT(tf,tn)与相乘，以消除新慢时间维加速度项，从而得到步骤3中所述多普勒徙动补偿的回波数据：
作为优选，步骤4中所述相参积累后数据：
式中：代表对tn做快速傅里叶变换，A4为傅里叶变换后信号幅度；
步骤4中所述预设门限为β；
将相参积累后数据T(tf,fn)模值的平方与预设门限β比较：
若|T(tf,fn)|2＞β则判定为目标存在；
若|T(tf,fn)|2≤β则判定为目标不存在。
与现有技术相比，本发明所提方法能适用于同距离元多目标检测，且在较低信噪比环境下也有较好的检测性能。
附图说明
图1：本发明实现流程图；
图2：现有方法动目标检测在实测数据下的积累结果；
图3：现有方法keystone变换在实测数据下的积累结果；
图4：本发明在实测数据下的积累结果俯视图；
图5：本发明在实测数据下的积累结果侧视图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施示例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明的实施方法流程图。本发明实施例选用UHF波段外辐射源雷达在武汉天河国际机场的实验数据。雷达载波频率为658MHz,采样频率为100MHz，积累时间为2s。
下面结合图1至图5论述本发明的实施例。本发明实施例的具体步骤为：
步骤1：通过雷达接收目标回波信号以及参考信号，根据目标回波信号以及参考信号计算距离维频域数据；
步骤1中所述距离维频域数据为：
其中，tf为快时间，tm为慢时间，f为距离维频率，echo(tf,tm)为步骤1中所述目标回波信号，ref(tf,tm)为步骤1中所述参考信号，为沿快时间tf快速傅里叶变换，为沿快时间tf复共轭变换，A1为步骤1后信号幅度，c为光速，fc为载波频率，R0为目标初始时刻距离，v0为目标初始速度，a0为目标初始加速度；
步骤2：将距离维频域数据进行keystone变换得到距离徙动补偿的回波数据；
步骤2中所述keystone变换后距离徙动补偿的回波数据为：
其中，f为距离维频率，λ为波长，A2为keystone变换后信号幅度，c为光速，R0为目标初始时刻距离，v0为目标初始速度，a0为目标加速度，tn为keystone变换后新慢时间。
步骤3：将距离徙动补偿的回波数据沿距离维进行逆傅里叶变换得到距离维时域回波数据，通过距离维时域回波数据与共轭时间反转操作后距离维时域回波数据计算得到多普勒徙动补偿的回波数据；
步骤3中所述距离维时域回波数据为：
其中，tf为快时间，tn为新慢时间，IFFT(·)f为对f做快速傅里叶逆变换，λ为波长，A3为逆傅里叶变换后信号幅度，c为光速，R0为目标初始时刻距离，v0为目标初始速度，a0为目标加速度，sinc(·)为辛格函数；
将距离维时域回波数据rKT(tf,tn)沿新慢时间tn做共轭时间反转操作得到然后将rKT(tf,tn)与相乘，以消除新慢时间维加速度项，从而得到步骤3中所述多普勒徙动补偿的回波数据：
步骤4：对全部徙动补偿的回波数据沿新慢时间进行快速傅里叶变换得到相参积累后数据，通过相参积累后数据模值的平方与预设门限比较判断目标是否存在；
步骤4中所述相参积累后数据：
式中：代表对tn做快速傅里叶变换，A4为傅里叶变换后信号幅度；
步骤4中所述预设门限为β；
将相参积累后数据T(tf,fn)模值的平方与预设门限β比较：
若|T(tf,fn)|2＞β则判定为目标存在；
若|T(tf,fn)|2≤β则判定为目标不存在。
根据上述本发明实施例的步骤得到实验结果。图2为动目标检测的积累结果，由图2可见，目标发生了严重的距离徙动和多普勒徙动，信号能量扩散在不同的距离单元和多普勒单元内。图3为经过keystone变换后的积累结果，距离徙动已被补偿，但多普勒徙动仍然存在，图4和图5分别为本发明方法补偿的积累结果的俯视图和侧视图，由图4和图5可知，目标能量得到了有效积累且形成了明显的峰值。实测数据进一步验证了本发明方法的有效性。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种用于匀加速运动目标的相参积累检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过雷达接收目标回波信号以及参考信号，根据目标回波信号以及参考信号计算距离维频域数据；
步骤2：将距离维频域数据进行keystone变换得到距离徙动补偿的回波数据；
步骤3：将距离徙动补偿的回波数据沿距离维进行逆傅里叶变换得到距离维时域回波数据，通过距离维时域回波数据与共轭时间反转操作后距离维时域回波数据计算得到多普勒徙动补偿的回波数据；
步骤4：对全部徙动补偿的回波数据沿新慢时间进行快速傅里叶变换得到相参积累后数据，通过相参积累后数据模值的平方与预设门限比较判断目标是否存在。
2.根据权利要求1所述的用于匀加速运动目标的相参积累检测方法，其特征在于：步骤1中所述距离维频域数据为：
其中，tf为快时间，tm为慢时间，f为距离维频率，echo(tf,tm)为步骤1中所述目标回波信号，ref(tf,tm)为步骤1中所述参考信号，为沿快时间tf快速傅里叶变换，为沿快时间tf复共轭变换，A1为步骤1后信号幅度，c为光速，fc为载波频率，R0为目标初始时刻距离，v0为目标初始速度，a0为目标初始加速度。
3.根据权利要求1所述的用于匀加速运动目标的相参积累检测方法，其特征在于：步骤2中所述keystone变换后距离徙动补偿的回波数据为：
其中，f为距离维频率，λ为波长，A2为keystone变换后信号幅度，c为光速，R0为目标初始时刻距离，v0为目标初始速度，a0为目标加速度，tn为keystone变换后新慢时间。
4.根据权利要求1所述的用于匀加速运动目标的相参积累检测方法，其特征在于：步骤3中所述距离维时域回波数据为：
其中，tf为快时间，tn为新慢时间，IFFT(·)f为对f做快速傅里叶逆变换，λ为波长，A3为逆傅里叶变换后信号幅度，c为光速，R0为目标初始时刻距离，v0为目标初始速度，a0为目标加速度，sinc(·)为辛格函数；
将距离维时域回波数据rKT(tf,tn)沿新慢时间tn做共轭时间反转操作得到然后将rKT(tf,tn)与相乘，以消除新慢时间维加速度项，从而得到步骤3中所述多普勒徙动补偿的回波数据：
5.根据权利要求1所述的用于匀加速运动目标的相参积累检测方法，其特征在于：步骤4中所述相参积累后数据：
式中：代表对tn做快速傅里叶变换，A4为傅里叶变换后信号幅度；
步骤4中所述预设门限为β；
将相参积累后数据T(tf,fn)模值的平方与预设门限β比较：
若|T(tf,fn)|2＞β则判定为目标存在；
若|T(tf,fn)|2≤β则判定为目标不存在。
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