CN109613506A - 一种随机跳频重频捷变雷达目标回波信号检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随机跳频重频捷变雷达目标回波信号检测方法，该方法对搜索轨迹进行检测前聚焦处理，能够有效解决盲速旁瓣问题，降低后续检测处理的虚警率；通过在目标运动参数空间进行搜索，对信号进行相位补偿，实现相参积累，该方法能够同时解决距离徙动和脉间相位抖动问题；当场景中存在窄带有源干扰时，本发明方法依然能够实现目标信号能量的有效积累，从而从干扰背景中检测出目标。

Description

一种随机跳频重频捷变雷达目标回波信号检测方法

技术领域

本发明属于雷达测量技术领域，具体涉及一种随机跳频重频捷变雷达目标 回波信号检测方法。

背景技术

抗干扰性能是保证雷达系统的战场生存能力、提高作战水平进而获得战争 主动权的关键。随机捷变是一种通过发射波形设计获得抗干扰能力的有效设计 措施，其中随机跳频信号和重频捷变信号是两种重要的随机捷变信号。重频捷 变雷达可以通过在均匀脉冲重复间隔上叠加随机抖动量来解决低重频脉冲多普 勒雷达测速模糊问题，同时具有良好的抗截获、抗电子干扰等性能。但该体制 的解速度模糊能力与随机抖动量有关，而随机抖动引起多普勒频谱污染，增加 了微弱目标检测的难度。随机跳频信号具有大的合成带宽，是提高距离分辨率 的有效手段，能够消除目标体上各散射点的多普勒模糊，数据率也得以大幅提 高。在2011年《IEEE Transactionson Aerospace and Electronic Systems》中第47卷第2期第1186至1200页，Xu J等人在“Radar maneuvering target motionestimation based on generalized Radon-Fourier transform”一文 中提出了一种拉登傅里叶变换算法来实现具有距离徙动的运动目标的相参积 累。当雷达收发时序出现遮挡时存在积累增益损失，需要降低重频来消除遮挡。 拉登傅里叶变换算法对速度模糊有一定的抑制作用，但其抑制效果受离散脉冲 采样、有限积累脉冲数和有限距离分辨率的影响，速度模糊问题不能彻底解决， 盲速旁瓣仍然存在，严重时会导致杂波引起虚警。在2015年《IEEE Signal Processing Letters》中第22卷第9期第1467至1471页，Li X L等人在“Coherent integration for maneuvering target detection based on Radon-Lv’sdistribution”一文中提出了一种拉登-吕氏变换算法，该算法则 是将回波信号投影到速度和加速度二维参数空间来对目标进行检测，但该算法 的计算量和存储量较大。将该类算法直接用于处理随机捷变波形时，雷达无法 对多脉冲回波进行相参积累与信号检测，其作用威力大幅下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种随机跳频重频捷变雷达目标回波信号 检测方法，可以沿搜索的运动轨迹进行相位补偿，并同时解决距离徙动和脉间 相位抖动问题。

一种随机跳频重频捷变雷达目标回波信号检测方法，包括如下步骤：

步骤1、对随机跳频重频捷变雷达接收的信号进行脉压处理，具体方法如下：

假设雷达发射的随机跳频重频捷变脉冲信号为：

其中T_p为脉冲宽度，τ为快时间，即距离时间，t为慢 时间，且t＝[n+P(n)]T，n＝0,1,....N-1，N为相参积累时间内发射的脉冲 数，T为平均脉冲重复周期，P(n)在[-α₁，α₁]内服从均匀分布，且 0≤α₁≤0.5，f_c+Q(n)Δf为载波频率，f_c为平均载波频率，Q(n)Δf为跳频图 案，Q(n)在[-α₂，α₂]内服从均匀分布，且0≤α₂≤0.5，Δf是频率间隔，γ为 调频斜率；

对接收的基带回波信号进行脉冲压缩处理，得到：

其中σ为目标的反射系数，G为距离压缩增益，B为线性调频信号带宽，c为 光速，sinc(x)＝sin(x)/x；

R(t)表示目标的瞬时距离；假设初始距离为R₀处的目标以径向速度v₀匀速 运动，则：

R(t)＝R₀-v₀t (3)

步骤2、分别确定距离和径向速度的搜索间隔，具体方法如下：

Δr＝c/(2f_s)表示距离搜索间隔，其中f_s为采样频率；

Δv＝c/(2f_cNT)表示径向速度搜索间隔；

步骤3、根据距离和速度的搜索范围及搜索间隔确定运动目标的搜索轨迹， 具体方法如下：

距离搜索范围r∈[r_min,r_max]；其中，r_min和r_max分别表示距离的最小和最大值； N_r＝round[(r_max-r_min)/Δr]表示搜索距离单元数，则距离搜索范围离散化为：

r(i)＝r_min+i·Δr,i＝1,…,N_r (4)

速度搜索范围v∈[v_min,v_max]；其中，v_min和v_max分别表示速度的最小和最大值； N_v＝round[(v_max-v_min)/Δv]表示搜索速度单元数，则速度搜索范围离散化为：

v(p)＝v_min+p·Δv，p＝1,…,N_v (5)

运动目标的搜索轨迹为：

R(i,p,n)＝r(i)-v(p)([n+P(n)]T) (6)

步骤4、对当前搜索轨迹进行检测前聚焦处理，具体方法如下：

对公式(2)表示的脉冲压缩后的基带回波信号进行聚焦处理，其离散表达 式为：

步骤5、在i和p的各自取值范围，对两者进行两两任意组合，每一种组合 下获得一个公式(7)的聚焦结果，遍历所有组合后，则根据聚焦结果的最大值 对应的i和p值，由公式(4)和公式(5)求得目标的距离和速度。

本发明具有如下有益效果：

本发明针对匀速直线运动目标模型，提出了一种随机跳频重频捷变雷达目 标回波信号检测方法，该方法对搜索轨迹进行检测前聚焦处理，能够有效解决 盲速旁瓣问题，降低后续检测处理的虚警率；通过在目标运动参数空间进行搜 索，对信号进行相位补偿，实现相参积累，该方法能够同时解决距离徙动和脉 间相位抖动问题；当场景中存在窄带有源干扰时，本发明方法依然能够实现目 标信号能量的有效积累，从而从干扰背景中检测出目标。

具体实施方式

本发明的一种随机跳频重频捷变雷达目标回波信号检测方法，包括如下步 骤：

步骤1、对随机跳频重频捷变雷达接收的信号进行脉压处理，具体方法如下：

假设雷达发射的随机跳频重频捷变脉冲信号为：

其中T_p为脉冲宽度，τ为快时间，即距离时间，t为慢 时间，且t＝[n+P(n)]T，n＝0,1,....N-1，N为相参积累时间内发射的脉冲 数，T为平均脉冲重复周期，P(n)在[-α₁，α₁]内服从均匀分布，且 0≤α₁≤0.5，f_c+Q(n)Δf为载波频率，f_c为平均载波频率，Q(n)Δf为跳频图 案，Q(n)在[-α₂，α₂]内服从均匀分布，且0≤α₂≤0.5，Δf是频率间隔，γ为 调频斜率；

对接收的基带回波信号进行脉冲压缩处理，得到：

其中σ为目标的反射系数，G为距离压缩增益，B为线性调频信号带宽，c为 光速，sinc(x)＝sin(x)/x；

R(t)表示目标的瞬时距离；假设初始距离为R₀处的目标以径向速度v₀匀速 运动，则：

R(t)＝R₀-v₀t (3)

步骤2、分别确定距离和径向速度的搜索间隔，具体方法如下：

Δr＝c/(2f_s)表示距离搜索间隔，其中f_s为采样频率；

Δv＝c/(2f_cNT)表示径向速度搜索间隔；

步骤3、根据距离和速度的搜索范围及搜索间隔确定运动目标的搜索轨迹， 具体方法如下：

距离搜索范围r∈[r_min,r_max]；其中，r_min和r_max分别表示距离的最小和最大值； N_r＝round[(r_max-r_min)/Δr]表示搜索距离单元数，则距离搜索范围离散化为：

r(i)＝r_min+i·Δr,i＝1,…,N_r (4)

速度搜索范围v∈[v_min,v_max]；其中，v_min和v_max分别表示速度的最小和最大值； N_v＝round[(v_max-v_min)/Δv]表示搜索速度单元数，则速度搜索范围离散化为：

v(p)＝v_min+p·Δv，p＝1,…,N_v (5)

运动目标的搜索轨迹为：

R(i,p,n)＝r(i)-v(p)([n+P(n)]T) (6)

步骤4、对当前搜索轨迹进行检测前聚焦处理，具体方法如下：

对公式(2)表示的脉冲压缩后的基带回波信号进行聚焦处理，其离散表达 式为：

步骤5、在i和p的各自取值范围，对两者进行两两任意组合，每一种组合 下获得一个公式(7)的聚焦结果，遍历所有组合后，则根据聚焦结果的最大值 对应的i和p值，由公式(4)和公式(5)求得目标的距离和速度。

实施例：

本实例中，雷达系统仿真参数如下:载频f_c＝2.5GHz,脉宽T_p＝10μs，频率 间隔Δf＝50kHz，跳频点数M＝512，采样频率f_s＝15MHz,平均脉冲重复频率 PRF＝500Hz，相参积累脉冲数N＝1024。仿真目标位置与运动参数如下:初始 径向距离R₀＝24km，径向速度v₀＝680m/s，雷达接收到的目标回波的原始信噪 比为SNR＝-20dB。

步骤1、首先对接收的信号进行脉压处理；

步骤2、分别确定距离和径向速度的搜索间隔：

Δr＝c/(2f_s)＝10m表示距离搜索间隔，其中f_s为采样频率； Δv＝c/(2f_cNT)＝0.029m/s表示径向速度搜索间隔。

步骤3、根据距离和速度的搜索范围和搜索间隔确定运动目标的搜索轨迹：

距离范围r∈[r_min,r_max]＝[23000m,25000m]，N_r＝round[(r_max-r_min)/Δr]＝200表示搜索距离单元数，则搜索距离可以表示为

r(i)＝r_min+i·Δr,i＝1,…,N_r

速度范围v∈[v_min,v_max]＝[650m/s,700m/s]，N_v＝round[(v_max-v_min)/Δv]＝1724表示搜索速度单元数，则搜索速度可以表示为：

v(p)＝v_min+p·Δv，p＝1,…,N_v

因此运动目标的搜索轨迹为：

R(i,p,n)＝r(i)-v(p)([n+P(n)]T)

步骤4、检测前聚焦处理的离散表达式为对公式(2)表示的脉冲压缩后的 基带回波信号进行聚焦处理，其离散表达式为：

步骤5、在i和p的各自取值范围，对两者进行两两任意组合，每一种组合 下获得一个公式(7)的聚焦结果，遍历所有组合后，则根据聚焦结果的最大值 对应的i和p值，由公式(4)和公式(5)求得目标的距离和速度，r(i)＝R₀、 v(p)＝v₀时，目标回波可以实现长时间相参积累，在距离速度参数空间形成能 量聚焦峰，通过对所有处理结果的峰值进行检测判决，获得参数的估计结果

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保 护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种随机跳频重频捷变雷达目标回波信号检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、对随机跳频重频捷变雷达接收的信号进行脉压处理，具体方法如下：

假设雷达发射的随机跳频重频捷变脉冲信号为：

其中T_p为脉冲宽度，τ为快时间，即距离时间，t为慢时间，且t＝[n+P(n)]T，n＝0,1,....N-1，N为相参积累时间内发射的脉冲数，T为平均脉冲重复周期，P(n)在[-α₁，α₁]内服从均匀分布，且0≤α₁≤0.5，f_c+Q(n)Δf为载波频率，f_c为平均载波频率，Q(n)Δf为跳频图案，Q(n)在[-α₂，α₂]内服从均匀分布，且0≤α₂≤0.5，Δf是频率间隔，γ为调频斜率；

对接收的基带回波信号进行脉冲压缩处理，得到：

其中σ为目标的反射系数，G为距离压缩增益，B为线性调频信号带宽，c为光速，sinc(x)＝sin(x)/x；

R(t)表示目标的瞬时距离；假设初始距离为R₀处的目标以径向速度v₀匀速运动，则：

R(t)＝R₀-v₀t (3)

步骤2、分别确定距离和径向速度的搜索间隔，具体方法如下：

Δr＝c/(2f_s)表示距离搜索间隔，其中f_s为采样频率；

Δv＝c/(2f_cNT)表示径向速度搜索间隔；

步骤3、根据距离和速度的搜索范围及搜索间隔确定运动目标的搜索轨迹，具体方法如下：

距离搜索范围r∈[r_min,r_max]；其中，r_min和r_max分别表示距离的最小和最大值；N_r＝round[(r_max-r_min)/Δr]表示搜索距离单元数，则距离搜索范围离散化为：

r(i)＝r_min+i·Δr,i＝1,…,N_r (4)

速度搜索范围v∈[v_min,v_max]；其中，v_min和v_max分别表示速度的最小和最大值；N_v＝round[(v_max-v_min)/Δv]表示搜索速度单元数，则速度搜索范围离散化为：

v(p)＝v_min+p·Δv，p＝1,…,N_v (5)

运动目标的搜索轨迹为：

R(i,p,n)＝r(i)-v(p)([n+P(n)]T) (6)

步骤4、对当前搜索轨迹进行检测前聚焦处理，具体方法如下：

对公式(2)表示的脉冲压缩后的基带回波信号进行聚焦处理，其离散表达式为：

步骤5、在i和p的各自取值范围，对两者进行两两任意组合，每一种组合下获得一个公式(7)的聚焦结果，遍历所有组合后，则根据聚焦结果的最大值对应的i和p值，由公式(4)和公式(5)求得目标的距离和速度。