CN108983192B - 基于gps辐射源的雷达运动目标参数估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法，解决了GPS作为辐射源场景下，运动目标回波信噪比低和目标参数难估计的技术问题，实现步骤包括：数据采集和预处理；目标检测和恢复目标在各帧的航迹；通过各帧航迹获取目标等效距离，方位角和俯仰角；利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程对目标径向距离估计，进而估计径向速度。本发明在GPS信号作为辐射源的场景下，根据卫星，目标和雷达的几何关系，构建了基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程，在目标回波信噪比较低情况下，实现了对匀速运动目标到雷达的径向距离和径向速度的有效估计。本发明对运动目标的参数估计快速准确。用于GPS作为辐射源场景下的雷达匀速运动目标的参数估计。

Description

基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及雷达信号处理，具体来说是一种基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法。用于相控阵雷达接收机对运动目标的参数估计。

背景技术

随着战场电磁环境的越发复杂，准确的检测和打击敌方目标变得越发困难。雷达运动目标参数的准确估计是准确打击敌方目标的基础。双基地雷达是无源雷达中较为特殊的一种，与传统的单基地雷达相比，其隐蔽能力和抗干扰能力更好，目前已得到了广泛的应用。

与传统雷达相比，以GPS为辐射源的双基地雷达具有隐蔽性好，信号的覆盖性好等突出的优点，但同时，其信号功率较低，这会导致目标回波的信噪比偏低，不利于目标的检测和参数的精确估计。

近年来，国内外许多学者对以GPS为辐射源的双基地雷达进行了很多研究。一些学者对基于GPS辐射源的雷达目标检测的可行性进行了分析；一些学者针对后向散射目标雷达横截面积较低的问题提出了基于GPS前向散射雷达的运动目标检测算法。但由于GPS信号功率较低，目标回波信噪比偏低，以及GPS作为辐射源场景下目标回波模型与传统雷达目标回波模型差异较大等问题，仍然不能完全准确的进行目标的参数估计。

发明内容

本发明的目标是针对现有技术的不足和问题，提出一种GPS辐射源场景下能够准确有效估计目标距离和速度的基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法。

本发明是一种基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法，应用于相控阵雷达接收机，其特征在于，包括有以下步骤：

步骤1，数据采集和预处理：获取所述相控阵雷达接收机监视检测区域时得到的p秒雷达回波数据，并对所述P秒雷达回波数据进行采样，数字下变频，去导航，波束形成及自相关匹配解扩等预处理操作得到p秒第一回波数据，所述p秒雷达回波数据进行采样的采样率为f_s，所述p秒第一回波数据为一个长度为P×f_s的向量，p和f_s均为大于1的整数；

步骤2，目标检测和恢复目标在各帧中的航迹：将所述P秒第一回波数据，利用基于重叠帧的检测前跟踪算法进行检测，并恢复目标在各帧中的航迹，得到Q帧第二回波数据，所述Q帧第二回波数据的每一帧为N行M₁列矩阵，每行表示一个距离单元，Q为第二回波数据的总帧数；

步骤3，通过各帧航迹获取目标等效距离，并获取方位角和俯仰角：获取所述Q帧第二回波数据中每一帧目标所在的距离单元，计算其对应的等效距离，并获取Q帧第二回波数据中每一帧目标的方位角和俯仰角，得到Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离[L₁,...,L_q,...L_Q]以及每一帧目标的方位角[θ₁,...,θ_q,...,θ_Q]和俯仰角

L₁表示第1帧第二回波数据中目标的等效距离，L_q表示第q帧第二回波数据中目标的等效距离，L_Q表示第Q帧第二回波数据中目标的等效距离，0＜q≤Q,θ₁表示第1帧第二回波数据中目标的方位角，θ_q表示第q帧第二回波数据中目标的方位角，θ_Q表示第Q帧第二回波数据中目标的方位角，

表示第1帧第二回波数据中目标的俯仰角，

表示第q帧第二回波数据中目标的俯仰角，

表示第Q帧第二回波数据中目标的俯仰角；

步骤4，利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计目标径向距离进而估计目标径向速度：根据所述Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离以及每一帧目标的方位角和俯仰角，利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计所述Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离进而估计目标到雷达的径向速度，得到估计的Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离[R₁,...,R_q,....,R_Q]和目标到雷达的径向速度v，完成对雷达运动目标的参数估计，R₁表示估计的第1帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，R_q表示估计的第q帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，R_Q表示估计的第Q帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离。

与现有技术相比，本发明的技术优势：

本发明通过利用基于重叠帧的目标检测前跟踪算法，目标能量在多普勒频域得到了有效积累，有效的提高了目标的信噪比，进而实现了目标的有效检测并有效的恢复目标在各帧数据中的航迹，有效准确的获取目标航迹为后续准确估计目标参数提供基础；

本发明根据Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离、方位角和俯仰角，利用本发明构建的基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程，使Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离得到了准确的估计，并进而通过各帧径向距离，实现了目标到雷达的径向速度快速准确的估计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法的流程示意图；

图2为卫星、目标、雷达接收机几何关系示意图；

图3为本发明目标检测过程中对第一回波数据截断和排列的示意图；

图4为目标方位角、俯仰角的几何关系示意图；

图5为采用本发明对不同信噪比条件下的雷达回波处理，目标到雷达径向距离的估计结果；

图6为采用本发明对不同信噪比条件下的雷达回波处理，目标到雷达径向速度的估计结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明详细说明，

实施例1

将GPS作为辐射源，进行目标的检测和参数估计，具有隐蔽性好，信号覆盖性好等优点，因此，各国专家也针对不同问题提出了很多该场景下的相关算法。但由于GPS信号功率较低，目标回波信噪比偏低，以及与传统雷达回波模型相比，以GPS作为辐射源场景下目标回波模型更为复杂等问题，现有方法仍然不能完全准确的进行目标的参数估计。

本发明对此展开了研究，经过不懈的努力和创新，提出一种基于GPS辐射源的雷达运动参数估计方法，应用于相控阵雷达接收机，参见图1，包括有以下步骤：

步骤1，数据采集和预处理：获取所述相控阵雷达接收机监视检测区域时得到的p秒雷达回波数据，并对所述P秒雷达回波数据进行采样，数字下变频，去导航，波束形成及自相关匹配解扩等预处理操作得到p秒第一回波数据，所述p秒雷达回波数据进行采样的采样率为f_s，所述p秒第一回波数据为一个长度为P×f_s的向量，p和f_s均为大于1的整数。

p秒雷达回波数据的采样率由f_s相控阵雷达接收机的设备参数决定。本发明中，参数p的选取由目标回波的信噪比决定，当目标回波信噪比偏低时，参数p取值相对较大，反之，目标回波信噪比偏高时，取值相对较小。本例中p取值为5。

目标、卫星和雷达接收机的几何关系如图2所示，以雷达接收机所在的位置为原点建立空间直角坐标系，卫星的初始坐标为(a_x,a_y,a_z)，目标的初始位置为(b_x,b_y,b_z)，卫星到雷达接收机的初始距离为L₀。

由于GPS发射的目标回波信号能量较低，传输距离较长等原因，很有可能使目标回波淹没在噪声中，不利于目标的检测和参数估计，另外本发明以GPS作为辐射源，雷达接收机对目标回波进行无源接收，其目标回波的数学模型与传统收发一体雷达的目标回波模型有着很大差异，目标回波所在的距离单元对应的距离为目标的等效距离而并非实际径向距离，目标回波的多普勒频率对应的多普勒速度为等效速度，并非目标的实际径向速度，目标的实际径向距离和径向速度需要进一步估计。

步骤2，目标检测和恢复目标在各帧中的航迹：将所述P秒第一回波数据，利用基于重叠帧的检测前跟踪算法进行检测，并恢复目标在各帧中的航迹，得到Q帧第二回波数据。现有技术很难在目标回波信噪比低下时实现有效检测和航迹恢复，本发明通过利用基于重叠帧的检测前跟踪算法进行检测，可以在低回波信噪比条件下检测到目标回波在各帧中的位置，进而连成航迹。Q帧第二回波数据中的每一帧为N行M₁列矩阵，每行表示一个距离单元，Q为第二回波数据的总帧数。

简言之，基于重叠帧的目标检测前跟踪算法包括以下步骤：将P秒第一回波数据截断并排列成矩阵；将数据均匀的为Q个大小相同的有重叠帧；对每帧数据进行多普勒速度补偿、距离走动校正和相参积累；最后通过动态规划检测前跟踪完成检测。

基于重叠帧的目标检测前跟踪算法对分帧后的各帧数据进行相参积累，使目标回波能量在多普勒频域得到积累，有效的提高了目标信噪比；通过动态规划检测前跟踪进一步提高了目标回波的信噪比，进而实现目标的检测并恢复目标在各帧中的航迹，另外基于重叠帧的目标检测前跟踪算法恢复的航迹为后续目标参数估计提供了基础。

步骤3，通过各帧航迹获取目标等效距离，并获取方位角和俯仰角：获取所述Q帧第二回波数据中每一帧目标所在的距离单元，计算其对应的等效距离，并获取Q帧第二回波数据中每一帧目标的方位角和俯仰角，得到Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离[L₁,...,L_q,...L_Q]以及每一帧目标的方位角[θ₁,...,θ_q,...,θ_Q]和俯仰角

L₁表示第1帧第二回波数据中目标的等效距离，L_q表示第q帧第二回波数据中目标的等效距离，L_Q表示第Q帧第二回波数据中目标的等效距离，0＜q≤Q,θ₁表示第1帧第二回波数据中目标的方位角，θ_q表示第q帧第二回波数据中目标的方位角，θ_Q表示第Q帧第二回波数据中目标的方位角，

表示第1帧第二回波数据中目标的俯仰角，

表示第q帧第二回波数据中目标的俯仰角，

表示第Q帧第二回波数据中目标的俯仰角。

目标的等效距离通过目标所在的距离单元序号和距离单元长度相乘得到，目标的方位角和俯仰角几何关系如图4所示，目标方位角和俯仰角通过步骤1预处理中的波束形成获取，通过波束形成获取方位角俯仰和角属于本领域技术人员所熟知的常规操作，具体操作方法可参考已有相关文献，此处不再赘述。

步骤4，利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计目标径向距离进而估计目标径向速度：根据所述Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离以及每一帧目标的方位角和俯仰角，利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计所述Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离进而估计目标到雷达的径向速度，得到估计的Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离[R₁,...,R_q,....,R_Q]和目标到雷达的径向速度v，完成对雷达运动目标的参数估计，R₁表示估计的第1帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，R_q表示估计的第q帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，R_Q表示估计的第Q帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离。本发明中每一帧帧内目标的等效距离、方位角和俯仰角变化细微，视为不变。

本发明根据卫星，目标和雷达的几何关系，构建了基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程，根据Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离，方位角和俯仰角，利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程即可准确估计Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离，进而通过估计的各帧径向距离可以快速准确估计目标到雷达的径向速度。

实施例2

基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法同实施例1，步骤4中，估计所述Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离进而估计目标到雷达的径向速度，其具体步骤为：

(4a)计算每帧第二回波数据目标到卫星与目标到雷达的距离和：根据所述Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离[L₁,...,L_q,...L_Q]计算Q帧第二回波数据中每一帧目标到卫星与目标到雷达的距离和,得到Q帧第二回波中每一帧目标到卫星与目标到雷达的距离和[L₁+L₀,...,L_q+L₀,...,L_Q+L₀]，其中，L₀为卫星到雷达接收机的初始距离，L₁+L₀表示第1帧第二回波数据中目标到卫星与目标到雷达的距离和，L_q+L₀表示第q帧第二回波数据中目标到卫星与目标到雷达的距离和，L_Q+L₀表示第Q帧第二回波数据中目标到卫星与目标到雷达的距离和，

令循环次数i＝1；

(4b)利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计目标到雷达的径向距离：根据第i帧第二回波数据中目标到雷达与目标到卫星的距离和L_i+L₀，第i帧第二回波数据卫星的初始位置坐标

以及第i帧第二回波数据中目标的方位角θ_i，俯仰角

利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计第i帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，得到估计的第i帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离R_i；

(4c)目标径向速度估计：令循环次数i加1重复(4b)，直至i取Q，得到[R₁,...,R_q,....,R_Q]，并进行目标到雷达径向速度v的估计，

R_c表示估计的第c帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，R_d表示估计的第d帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，T_cd表示c、d两帧第二回波数据的时间差，c、d为[1,Q]中任意整数且c≠d。

实施例3

基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法同实施例1-2，步骤(4b)中所述利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计第二回波数据中目标到雷达的径向距离，基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程为：

以第e帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离估计为例，基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程为，

R_e表示估计的第e帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，0＜e≤Q，L_e表示第e帧第二回波数据中目标的等效距离，l_e表示第e帧第二回波数据卫星到雷达的初始径向距离，

表示第e帧第二回波数据中目标的俯仰角，θ_e表示第e帧第二回波数据中目标的方位角，

表示第e帧第二回波数据卫星的初始坐标。

本发明根据Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离、方位角和俯仰角，利用本发明构建的基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程，使Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离得到了准确的估计，并进而通过各帧径向距离，实现了目标到雷达的径向速度快速准确的估计。

下面给出一个更加完整详细的例子，对本发明进一步说明，

实施例4

基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法同实施例1-3，该方法包括以下步骤：

步骤1，获取所述相控阵雷达接收机监视检测区域时得到的p秒雷达回波数据，并对所述P秒雷达回波数据进行采样，数字下变频，去导航，波束形成及自相关匹配解扩等预处理操作得到p秒第一回波数据。

其中，所述p秒雷达回波数据进行采样的采样率为f_s，所述p秒第一回波数据为一个长度为P×f_s的向量，p和f_s均为大于1的整数，目标、卫星和雷达接收机的几何关系如图2所示，以雷达接收机所在的位置为原点建立空间直角坐标系，卫星的初始坐标为(a_x,a_y,a_z)，目标的初始位置为(b_x,b_y,b_z)，卫星到雷达接收机的初始距离为L₀。

步骤2，将所述P秒第一回波数据，利用基于重叠帧的检测前跟踪算法进行检测，并恢复目标在各帧中的航迹，得到Q帧第二回波数据。

其中，所述Q帧第二回波数据中的每一帧包含N行M₁列数据，每行表示一个距离单元。

具体的，步骤2中，利用基于重叠帧的检测前跟踪算法进行检测，并恢复目标在各帧中的航迹，得到Q帧第二回波数据，包括以下子步骤：

(2a)将所述P秒第一回波数据按照C/A码的周期截断，并按截断顺序排成矩阵得到周期排列回波数据。

其中，(2a)的示意图如图3所示，周期排列回波数据为N行M列的矩阵，N＝f_s*0.001，M＝1000*P。

(2b)将所述周期排列回波数据均匀的分为大小相同的Q个有重叠帧，得到Q帧重叠帧回波数据。

其中，所述Q帧重叠帧回波数据中的每一帧为N行M₁列矩阵，每行表示一个距离单元，M₁＜M，所述Q帧重叠帧回波数据中任意连续两帧有M_c列重叠，M＝M₁×Q-(Q-1)×M_c。

(2c)补偿所述Q帧重叠帧回波数据中的每一帧的多普勒混叠速度，得到补偿过多普勒速度的Q帧重叠帧回波数据。

(2d)对所述补偿过多普勒速度的Q帧重叠帧回波数据中的每一帧利用keystone变换算法进行距离走动补偿，得到距离走动补偿后的Q帧重叠帧回波数据。

(2e)对所述距离走动补偿后的Q帧重叠帧回波数据中的每一帧沿方位维进行快速傅里叶变换操作，得到相参积累后的Q帧重叠帧回波数据。

(2f)对所述相参积累后的Q帧重叠帧回波数据进行动态规划检测前跟踪操作，并恢复目标在相参积累后的Q帧重叠帧回波数据中的航迹，得到Q帧第二回波数据。

步骤3，获取所述Q帧第二回波数据中每一帧目标所在的距离单元，计算其对应的等效距离，并获取Q帧第二回波数据中每一帧目标的方位角和俯仰角，得到Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离[L₁,...,L_q,...L_Q]以及每一帧目标的方位角[θ₁,...,θ_q,...,θ_Q]和俯仰角

其中，每一帧目标的方位角和俯仰角可根据步骤1预处理操作中的波束形成得到，目标方位角、俯仰角的几何关系图如图4所示，L₁表示第1帧第二回波数据中目标的等效距离，L_q表示第q帧第二回波数据中目标的等效距离，L_Q表示第Q帧第二回波数据中目标的等效距离，0＜q≤Q,θ₁表示第1帧第二回波数据中目标的方位角，θ_q表示第q帧第二回波数据中目标的方位角，θ_Q表示第Q帧第二回波数据中目标的方位角，

表示第1帧第二回波数据中目标的俯仰角，

表示第q帧第二回波数据中目标的俯仰角，

表示第Q帧第二回波数据中目标的俯仰角。

步骤4，根据所述Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离以及每一帧目标的方位角，俯仰角，利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计所述Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离进而估计目标到雷达的径向速度，得到估计的Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离[R₁,...,R_q,....,R_Q]和目标到雷达的径向速度v，完成对雷达运动目标的参数估计。

其中，R₁表示估计的第1帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，R_q表示估计的第q帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，R_Q表示估计的第Q帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离。

具体的，步骤4中，根据所述Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离以及每一帧目标的方位角，俯仰角，估计所述Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离进而估计目标到雷达的径向速度，得到估计的Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离和目标到雷达的径向速度v，包括以下子步骤：

(4a)根据所述Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离[L₁,...,L_q,...L_Q]计算Q帧第二回波数据中每一帧目标到卫星与目标到雷达的距离和,得到Q帧第二回波中每一帧目标到卫星与目标到雷达的距离和[L₁+L₀,...,L_q+L₀,...,L_Q+L₀]。

其中，L₀为卫星到雷达接收机的初始距离，L₁+L₀表示第1帧第二回波数据中目标到卫星与目标到雷达的距离和，L_q+L₀表示第q帧第二回波数据中目标到卫星与目标到雷达的距离和，L_Q+L₀表示第Q帧第二回波数据中目标到卫星与目标到雷达的距离和。

令循环次数i＝1；

(4b)根据第i帧第二回波数据中目标到雷达与目标到卫星的距离和L_i+L₀，第i帧第二回波数据卫星的初始位置坐标

以及第i帧第二回波数据中目标的方位角θ_i，俯仰角

利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计第i帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，得到估计的第i帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离R_i。

其中，所述基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程如下：

以第e帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离估计为例，基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程为，

R_e表示估计的第e帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，0＜e≤Q，L_e表示第e帧第二回波数据中目标的等效距离，l_e表示第e帧第二回波数据卫星到雷达的初始径向距离，

表示第e帧第二回波数据中目标的俯仰角，θ_e表示第e帧第二回波数据中目标的方位角，

表示第e帧第二回波数据卫星的初始坐标。

(4c)令循环次数i加1重复(4b)，直至i取Q，得到[R₁,...,R_q,....,R_Q]，并进行目标到雷达径向速度v的估计，

R_c表示估计的第c帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，R_d表示估计的第d帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，T_cd表示c、d两帧第二回波数据的时间差，c、d为[1,Q]中任意整数且c≠d。c、d帧确定后，T_cd即可确定。

本发明中目标能量在多普勒频域得到了有效积累，有效的提高了目标的信噪比，进而实现了目标的有效检测并有效的恢复目标在各帧数据中的航迹。利用本发明构建的基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程，对目标到雷达的径向距离得到了准确的估计，并进而通过各帧径向距离，实现了目标到雷达的径向速度快速准确的估计，总体实现了对GPS辐射源场景下，雷达运动目标的参数估计。

下面通过仿真及其实验结果，对本发明的技术效果做出说明，

实施例5

基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法同实施例1-4，

仿真实验数据设置

本实验采用GPS的L1民用信号作为辐射源，其带宽为B＝2.046MHz，周期为T＝1ms，卫星到雷达的初始距离为20000km，卫星的速度为2000m/s，目标到雷达的初始速度为28km，目标的速度为200m/s，数据长度为5s。

仿真实验内容及结果分析

采用本发明在不同信噪比条件下，处理雷达回波，对目标的距离参数进行估计。

图5所示为采用本发明对不同信噪比条件下的雷达回波处理，目标到雷达径向距离的估计结果。

由图5的估计结果可见，在信噪比为-35dB～40dB时，本发明方法对距离的估计误差较小，距离估计误差不超过5米，且估计性能随信噪比变化不明显，参数估计稳定性较好；当信噪比降低到-40dB时，本发明方法对距离的估计性能稍有下降，但误差仍然保持在较小水平。

实施例6

基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法同实施例1-4，

仿真实验数据设置同实施例5

仿真实验内容及结果分析

采用本发明在不同信噪比条件下，处理雷达回波，对目标的速度参数进行估计。

图6所示为采用本发明对不同信噪比条件下的雷达回波处理，目标到雷达径向速度的估计结果。

由图6的估计结果可见，在信噪比为-35dB～40dB时，本发明方法对速度估计的误差较小，速度估计误差不超过6米每秒，且估计性能随信噪比变化不明显，参数估计稳定性较好；当信噪比降低到-40dB时，本发明方法对速度的估计性能稍有下降，但误差仍然保持在较小水平。

以上仿真实验可见，本发明提供的方法在以GPS为辐射源的场景下能够有效的检测到低信噪比目标，并可以较为稳定的对目标到雷达的径向距离和径向速度参数实现有效估计。

简而言之，本发明公开的基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法，解决了GPS作为辐射源场景下，运动目标回波信噪比低和目标参数难估计的技术问题，实现步骤包括：数据采集和预处理；目标检测和恢复目标在各帧的航迹；通过各帧航迹获取目标等效距离，方位角和俯仰角；利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程对目标径向距离估计，进而估计径向速度。本发明在GPS信号作为辐射源的场景下，根据卫星，目标和雷达的几何关系，构建了基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程，在目标回波信噪比较低情况下，实现了对匀速运动目标到雷达的径向距离和径向速度的有效估计。本发明对运动目标的参数估计快速准确。用于GPS作为辐射源场景下的雷达匀速运动目标的参数估计。

Claims (3)

1.一种基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法，应用于相控阵雷达接收机，其特征在于，包括有以下步骤：

步骤1，数据采集和预处理：获取所述相控阵雷达接收机监视检测区域时得到的P秒雷达回波数据，并对所述P秒雷达回波数据进行采样，数字下变频，去导航，波束形成及自相关匹配解扩预处理操作得到P秒第一回波数据，所述P秒雷达回波数据进行采样的采样率为f_s，所述P秒第一回波数据为一个长度为P×f_s的向量，P和f_s均为大于1的整数；

步骤2，目标检测和恢复目标在各帧中的航迹：将所述P秒第一回波数据，利用基于重叠帧的检测前跟踪算法进行检测，并恢复目标在各帧中的航迹，得到Q帧第二回波数据，所述Q帧第二回波数据的每一帧为N行M₁列矩阵，每行表示一个距离单元，Q为第二回波数据的总帧数；

步骤3，通过各帧航迹获取目标等效距离，并获取方位角和俯仰角：获取所述Q帧第二回波数据中每一帧目标所在的距离单元，计算其对应的等效距离，并获取Q帧第二回波数据中每一帧目标的方位角和俯仰角，得到Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离[L₁,...,L_q,...L_Q]以及每一帧目标的方位角[θ₁,...,θ_q,...,θ_Q]和俯仰角

L₁表示第1帧第二回波数据中目标的等效距离，L_q表示第q帧第二回波数据中目标的等效距离，L_Q表示第Q帧第二回波数据中目标的等效距离，0＜q≤Q,θ₁表示第1帧第二回波数据中目标的方位角，θ_q表示第q帧第二回波数据中目标的方位角，θ_Q表示第Q帧第二回波数据中目标的方位角，

表示第1帧第二回波数据中目标的俯仰角，

表示第q帧第二回波数据中目标的俯仰角，

表示第Q帧第二回波数据中目标的俯仰角；

步骤4，利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计目标径向距离进而估计目标径向速度：根据所述Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离以及每一帧目标的方位角和俯仰角，利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计所述Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离进而估计目标到雷达的径向速度，得到估计的Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离[R₁,...,R_q,....,R_Q]和目标到雷达的径向速度v，完成对雷达运动目标的参数估计，R₁表示估计的第1帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，R_q表示估计的第q帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，R_Q表示估计的第Q帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离。

2.根据权利要求1所述的基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法，其特征在于，步骤4中，估计所述Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离进而估计目标到雷达的径向速度，具体步骤为：

(4a)计算每帧第二回波数据目标到卫星与目标到雷达的距离和：根据所述Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离[L₁,...,L_q,...L_Q]计算Q帧第二回波数据中每一帧目标到卫星与目标到雷达的距离和,得到Q帧第二回波中每一帧目标到卫星与目标到雷达的距离和[L₁+L₀,...,L_q+L₀,...,L_Q+L₀]，其中，L₀为卫星到雷达接收机的初始距离，L₁+L₀表示第1帧第二回波数据中目标到卫星与目标到雷达的距离和，L_q+L₀表示第q帧第二回波数据中目标到卫星与目标到雷达的距离和，L_Q+L₀表示第Q帧第二回波数据中目标到卫星与目标到雷达的距离和，

令循环次数i＝1；

(4b)利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计目标到雷达的径向距离：根据第i帧第二回波数据中目标到雷达与目标到卫星的距离和L_i+L₀，第i帧第二回波数据卫星的初始位置坐标

以及第i帧第二回波数据中目标的方位角θ_i，俯仰角

利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计第i帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，得到估计的第i帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离R_i；

(4c)目标径向速度估计：令循环次数i加1重复(4b)，直至i取Q，得到[R₁,...,R_q,....,R_Q]，并进行目标到雷达径向速度v的估计，

R_c表示估计的第c帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，R_d表示估计的第d帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，T_cd表示c、d两帧第二回波数据的时间差，c、d为[1,Q]中任意整数且c≠d。

3.根据权利要求2所述的基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法，其特征在于，步骤(4b)中所述利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计第二回波数据中目标到雷达的径向距离，基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程为：

以第e帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离估计为例，基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程为，

R_e表示估计的第e帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，0＜e≤Q，L_e表示第e帧第二回波数据中目标的等效距离，l_e表示第e帧第二回波数据卫星到雷达的初始径向距离，

表示第e帧第二回波数据中目标的俯仰角，θ_e表示第e帧第二回波数据中目标的方位角，

表示第e帧第二回波数据卫星的初始坐标。

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