CN109031274B - 一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法 - Google Patents

一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法，本发明为全相圆阵脉冲多普勒雷达的测速算法，可以精确地测出不同速度范围的目标速度，并可以解决目标跨距离单元走动的方法。本发明使用同时多阶数MTD滤波器，解决了不同速度目标的跨距离单元走动引起的信噪比损失问题，使用了交叉对比同时多阶数MTD滤波器，实现了对目标速度的精确测量；本发明由于不同滤波器组积累时间不一样，所以可以减小由于目标运动导致的跨距离单元造成的信噪比损失，对于部分速度范围可以达到没有信噪比损失的情况，可以提高小目标被检测到概率。使用不同阶数的滤波器，在保证目标被检测到的同时，使用高阶数的滤波器可以提高对目标的速度测量精度。

Description

一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法
技术领域
本发明涉及一种多普勒测量方法，具体为一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法，属于测量应用技术领域。
背景技术
现代侦察机的速度达到几个马赫,太空碎片运行速度为每秒几十到几百公里,超音速巡航导弹也将会面世,对这些高速目标进行预警检测具有越来越重要的意义。脉冲雷达实现动目标检测的MTD方法,是在回波序列采样构成的采样矩阵中,对同一个距离单元实现多谱勒域的相干积累,检测目标回波的多普勒信号。
对高速目标的动目标检测,由于不同回波脉冲发生了越距离单元走动,传统MTD的积累脉冲数会减少,导致检测性能下降，不同速度目标的跨距离单元走动会引起的信噪比损失，因此，针对上述问题提出一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法，使用了交叉对比同时多阶数MTD滤波器，实现了对目标速度的精确测量。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法，该测量方法具体包括以下步骤：
步骤A、根据战术指标得到本雷达需要探测的目标速度范围；
步骤B、由雷达采样率计算出距离分辨力；
步骤C、根据步骤A与步骤B计算出在速度范围内，目标跨距离单元所需要的时间；
步骤D、由步骤C的结果和雷达重复周期计算出使不同速度目标不跨距离单元合适的CPI；
步骤E、根据步骤D选择的m1个CPI，确定实现多普勒滤波所使用的FFT的阶数；
步骤F、使用多阶FFT加窗函数对回波序列的采样矩阵同时滤波；
步骤G、将步骤F的结果矩阵中，较多阶数的滤波器组相邻的滤波器选大，最多阶数和最少阶数的滤波器组保持一致；由于时间很短，阶数少的矩阵对应的时间是相同的，对阶数少的矩阵取最大值；
步骤H、将步骤G的结果的m1个矩阵分别进行恒虚警检测；
步骤I、对步骤H的结果m1个矩阵取或得到最终的检测结果；
步骤J、根据步骤I的检测结果矩阵在步骤F的多普勒滤波矩阵中找到目标所属的多普勒通道；
步骤K、根据步骤J的检测结果矩阵在步骤F的m1个多普勒滤波矩阵中找到目标，计算出信噪比，选取最大的信噪比输出。
优选的，所述步骤J中选择FFT阶数多的为多普勒滤波器组。
优选的，所述步骤A中确定本雷达探测目标径向的最小速度v1，最大速度v2；步骤B中雷达采样率fs，距离分辨力Rmin为fs*c/2，其中c为光速。
优选的，步骤C中雷达重复周期为T，最慢目标跨距离单元需要t1＝Rmin/v1，最快目标跨距离单元需要t2＝Rmin/v2，n1＝t1/T，n2＝t2/T；步骤D中N1是不大于n1的最大的2的整数次幂，Nm是不大于n2的最大的2的整数次幂。
优选的，步骤E中在N1和Nm之间共m个2的整数次幂(N1，N2……Nm)，考虑到Nm可能会很大，m也很大，此时选择适量的滤波器组个数m1，如果m较小，取m1＝m。
优选的，步骤F中将采样的回波按时间依次排序对齐，积累脉冲数为Nm1，将使用m1个滤波器组，对已经将时间对齐的回波采样矩阵进行多普勒滤波，分别记为A11、A12…A1m1,…Am11。
优选的，步骤H中将阶数多的滤波器组相邻的滤波器选大，得到Bm1’和Bm2’,Bm1-1＝max(Bm1’，Bm2’),同理可以得到Bm1-2…B2，B1矩阵,对B1、B2…Bm1矩阵分别进行恒虚警检测，得到由检测结果组成的C1、C2…Cm1矩阵。
优选的，步骤I中生成最终的检测目标矩阵D＝C1or C2or C3…Cm1；步骤十：对检测目标矩阵D中有目标的距离单元/多普勒单元从C1～Cm1中找到，优先选择下标大的矩阵，得到较为精确的目标所属的多普勒通道，从步骤F的结果A11、A12…Am11中查询；步骤J中根据检测目标矩阵D和源多普勒滤波矩阵B1-Bm1，分别将这m1个矩阵的检测结果为1的位置的信噪比求出，分别为SNR1…SNRm1，选取最大值记为目标的信噪比SNR＝max(SNR1，…，SNRm1)。
本发明的有益效果是：本发明使用同时多阶数MTD滤波器，解决了不同速度目标的跨距离单元走动引起的信噪比损失问题，使用了交叉对比同时多阶数MTD滤波器，实现了对目标速度的精确测量。最后融合同时各种阶数的MTD滤波器，得到各个速度范围的目标的精确速度和较大的信噪比。使用同时多个滤波器组滤波技术，即对同一批回波序列采样构成的采样矩阵进行不同的多普勒滤波处理，提高能量使用效率。由于不同滤波器组积累时间不一样，所以可以减小由于目标运动导致的跨距离单元造成的信噪比损失，对于部分速度范围可以达到没有信噪比损失的情况，可以提高小目标被检测到概率。使用不同阶数的滤波器，在保证目标被检测到的同时，使用高阶数的滤波器可以提高对目标的速度测量精度。
附图说明
图1为本发明实施例一示意图；
图2为本发明实施例二示意图；
图3为本发明实施例三示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法，该测量方法具体包括以下步骤：
步骤A、根据战术指标得到本雷达需要探测的目标速度范围；
步骤B、由雷达采样率计算出距离分辨力；
步骤C、根据步骤A与步骤B计算出在速度范围内，目标跨距离单元所需要的时间；
步骤D、由步骤C的结果和雷达重复周期计算出使不同速度目标不跨距离单元合适的CPI；
步骤E、根据步骤D选择的m1个CPI，确定实现多普勒滤波所使用的FFT的阶数；
步骤F、使用多阶FFT加窗函数对回波序列的采样矩阵同时滤波；
步骤G、将步骤F的结果矩阵中，较多阶数的滤波器组相邻的滤波器选大，最多阶数和最少阶数的滤波器组保持一致；由于时间很短，阶数少的矩阵对应的时间是相同的，对阶数少的矩阵取最大值；
步骤H、将步骤G的结果的m1个矩阵分别进行恒虚警检测；
步骤I、对步骤H的结果m1个矩阵取或得到最终的检测结果；
步骤J、根据步骤I的检测结果矩阵在步骤F的多普勒滤波矩阵中找到目标所属的多普勒通道；
步骤K、根据步骤J的检测结果矩阵在步骤F的m1个多普勒滤波矩阵中找到目标，计算出信噪比，选取最大的信噪比输出。
其中，所述步骤J中选择FFT阶数多的为多普勒滤波器组。
实施例一：
如图1所示，选取某目标速度为400m/s，对其做512阶滤波，步骤A，确定本雷达探测目标径向的最小速度v1，最大速度v2；步骤B，雷达采样率fs，距离分辨力Rmin为fs*c/2，其中c为光速。步骤C，雷达重复周期为T，最慢目标跨距离单元需要t1＝Rmin/v1，最快目标跨距离单元需要t2＝Rmin/v2，n1＝t1/T，n2＝t2/T；步骤D中N1是不大于n1的最大的2的整数次幂，Nm是不大于n2的最大的2的整数次幂。步骤E，在N1和Nm之间共m个2的整数次幂(N1，N2……Nm)，考虑到Nm可能会很大，m也很大，此时选择适量的滤波器组个数m1，如果m较小，取m1＝m。步骤F，将采样的回波按时间依次排序对齐，积累脉冲数为Nm1，将使用m1个滤波器组，对已经将时间对齐的回波采样矩阵进行多普勒滤波，分别记为A11、A12…A1m1,…Am11。步骤H，将阶数多的滤波器组相邻的滤波器选大，得到Bm1’和Bm2’,Bm1-1＝max(Bm1’，Bm2’),同理可以得到Bm1-2…B2，B1矩阵,对B1、B2…Bm1矩阵分别进行恒虚警检测，得到由检测结果组成的C1、C2…Cm1矩阵。步骤I，生成最终的检测目标矩阵D＝C1or C2or C3…Cm1；步骤十：对检测目标矩阵D中有目标的距离单元/多普勒单元从C1～Cm1中找到，优先选择下标大的矩阵，得到较为精确的目标所属的多普勒通道，从步骤F的结果A11、A12…Am11中查询；步骤J中根据检测目标矩阵D和源多普勒滤波矩阵B1-Bm1，分别将这m1个矩阵的检测结果为1的位置的信噪比求出，分别为SNR1…SNRm1，选取最大值记为目标的信噪比SNR＝max(SNR1，…，SNRm1)。
实施例二：
如图2所示，选取某目标速度为400m/s，对其做1024阶滤波，步骤A，确定本雷达探测目标径向的最小速度v1，最大速度v2；步骤B，雷达采样率fs，距离分辨力Rmin为fs*c/2，其中c为光速。步骤C，雷达重复周期为T，最慢目标跨距离单元需要t1＝Rmin/v1，最快目标跨距离单元需要t2＝Rmin/v2，n1＝t1/T，n2＝t2/T；步骤D中N1是不大于n1的最大的2的整数次幂，Nm是不大于n2的最大的2的整数次幂。步骤E，在N1和Nm之间共m个2的整数次幂(N1，N2……Nm)，考虑到Nm可能会很大，m也很大，此时选择适量的滤波器组个数m1，如果m较小，取m1＝m。步骤F，将采样的回波按时间依次排序对齐，积累脉冲数为Nm1，将使用m1个滤波器组，对已经将时间对齐的回波采样矩阵进行多普勒滤波，分别记为A11、A12…A1m1,…Am11。步骤H，将阶数多的滤波器组相邻的滤波器选大，得到Bm1’和Bm2’,Bm1-1＝max(Bm1’，Bm2’),同理可以得到Bm1-2，…B2，B1矩阵,对B1、B2…Bm1矩阵分别进行恒虚警检测，得到由检测结果组成的C1、C2…Cm1矩阵。步骤I，生成最终的检测目标矩阵D＝C1or C2or C3…Cm1；步骤十：对检测目标矩阵D中有目标的距离单元/多普勒单元从C1～Cm1中找到，优先选择下标大的矩阵，得到较为精确的目标所属的多普勒通道，从步骤F的结果A11、A12…Am11中查询；步骤J中根据检测目标矩阵D和源多普勒滤波矩阵B1-Bm1，分别将这m1个矩阵的检测结果为1的位置的信噪比求出，分别为SNR1…SNRm1，选取最大值记为目标的信噪比SNR＝max(SNR1，…，SNRm1)。
实施例三：
如图3所示，选取某目标速度为400m/s，对其做2048阶滤波，步骤A，确定本雷达探测目标径向的最小速度v1，最大速度v2；步骤B，雷达采样率fs，距离分辨力Rmin为fs*c/2，其中c为光速。步骤C，雷达重复周期为T，最慢目标跨距离单元需要t1＝Rmin/v1，最快目标跨距离单元需要t2＝Rmin/v2，n1＝t1/T，n2＝t2/T；步骤D中N1是不大于n1的最大的2的整数次幂，Nm是不大于n2的最大整数次幂。步骤E，在N1和Nm之间共m个2的整数次幂(N1，N2……Nm)，考虑到Nm可能会很大，m也很大，此时选择适量的滤波器组个数m1，如果m较小，取m1＝m。步骤F，将采样的回波按时间依次排序对齐，积累脉冲数为Nm1，将使用m1个滤波器组，对已经将时间对齐的回波采样矩阵进行多普勒滤波，分别记为A11、A12…A1m1,…Am11。步骤H，将阶数多的滤波器组相邻的滤波器选大，得到Bm1’和Bm2’,Bm1-1＝max(Bm1’，Bm2’),同理可以得到Bm1-2，…B2，B1矩阵,对B1、B2…Bm1矩阵分别进行恒虚警检测，得到由检测结果组成的C1、C2…Cm1矩阵。步骤I，生成最终的检测目标矩阵D＝C1or C2or C3…Cm1；步骤十：对检测目标矩阵D中有目标的距离单元/多普勒单元从C1～Cm1中找到，优先选择下标大的矩阵，得到较为精确的目标所属的多普勒通道，从步骤F的结果A11、A12…Am11中查询；步骤J中根据检测目标矩阵D和源多普勒滤波矩阵B1-Bm1，分别将这m1个矩阵的检测结果为1的位置的信噪比求出，分别为SNR1…SNRm1，选取最大值记为目标的信噪比SNR＝max(SNR1，…，SNRm1)。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法，其特征在于：该测量方法具体包括以下步骤：
步骤A、根据战术指标得到本雷达需要探测的目标速度范围；
步骤B、由雷达采样率计算出距离分辨力；
步骤C、根据步骤A与步骤B计算出在速度范围内，目标跨距离单元所需要的时间；
步骤D、由步骤C的结果和雷达重复周期计算出使不同速度目标不跨距离单元合适的CPI；
步骤E、根据步骤D选择的m1个CPI，确定实现多普勒滤波所使用的FFT的阶数；
步骤F、使用多阶FFT加窗函数对回波序列的采样矩阵同时滤波；
步骤G、将步骤F的结果矩阵中，较多阶数的滤波器组相邻的滤波器选大，最多阶数和最少阶数的滤波器组保持一致；由于时间很短，阶数少的矩阵对应的时间是相同的，对阶数少的矩阵取最大值；
步骤H、将步骤G的结果的m1个矩阵分别进行恒虚警检测；
步骤I、对步骤H的结果m1个矩阵取或得到最终的检测结果；
步骤J、根据步骤I的检测结果矩阵在步骤F的多普勒滤波矩阵中找到目标所属的多普勒通道；
步骤K、根据步骤J的检测结果矩阵在步骤F的m1个多普勒滤波矩阵中找到目标，计算出信噪比，选取最大的信噪比输出。
2.根据权利要求1所述的一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法，其特征在于：所述步骤J中选择FFT阶数多的为多普勒滤波器组。
3.根据权利要求2所述的一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法，其特征在于：步骤C中雷达重复周期为T，最慢目标跨距离单元需要t1＝Rmin/v1，最快目标跨距离单元需要t2＝Rmin/v2，n1＝t1/T，n2＝t2/T；步骤D中N1是不大于n1的最大的2的整数次幂，Nm是不大于n2的最大的2的整数次幂；其中，所述步骤A中确定本雷达探测目标径向的最小速度v1，最大速度v2；步骤B中雷达采样率fs，距离分辨力Rmin为fs*c/2，其中c为光速。
4.根据权利要求3所述的一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法，其特征在于：步骤E中在N1和Nm之间共m个2的整数次幂N1，N2……Nm，考虑到Nm可能会很大，m也很大，此时选择适量的滤波器组个数m1，如果m较小，取m1＝m。
5.根据权利要求4所述的一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法，其特征在于：步骤F中将采样的回波按时间依次排序对齐，积累脉冲数为Nm1，将使用m1个滤波器组，对已经将时间对齐的回波采样矩阵进行多普勒滤波，分别记为A11、A12…A1m1,…Am11。
6.根据权利要求5所述的一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法，其特征在于：步骤H中将阶数多的滤波器组相邻的滤波器选大，得到Bm1’和Bm2’,Bm1-1＝max(Bm1’，Bm2’),同理可以得到Bm1-2…B2，B1矩阵,对B1、B2…Bm1矩阵分别进行恒虚警检测，得到由检测结果组成的C1、C2…Cm1矩阵。
7.根据权利要求6所述的一种解决目标跨距离单元走动的多普勒测量方法，其特征在于：步骤I中生成最终的检测目标矩阵D＝C1 or C2 or C3 … Cm1；步骤十：对检测目标矩阵D中有目标的距离单元/多普勒单元从C1～Cm1中找到，优先选择下标大的矩阵，得到精确的目标所属的多普勒通道，从步骤F的结果A11、A12…Am11中查询；步骤J中根据检测目标矩阵D和源多普勒滤波矩阵B1-Bm1，分别将这m1个矩阵的检测结果为1的位置的信噪比求出，分别为SNR1…SNRm1，选取最大值记为目标的信噪比SNR＝max(SNR1，…，SNRm1)。
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