CN110082748B - 一种无源雷达目标检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无源雷达目标检测方法及装置，该方法首先获取直达波信号和回波信号；确定路径差，所述路径差包含有目标速度和双基地初始距离；然后根据路径差，确定延时时间；根据所述延时时间对直达波信号进行延时处理，并对延时处理后的信号取共轭，将共轭后的信号与回波信号相乘，得到相乘结果；将相乘结果进行频域变换，得到对应的互模糊函数；遍历目标速度和双基地初始距离的取值范围，求对应的互模糊函数的峰值，得到的峰值对应的目标速度和双基地初始距离分别为目标速度估计值和双基地初始距离估计值；最后根据目标速度估计值、双基地初始距离估计值和回波信号，得到目标位置。该方法及装置实现简单，不存在盲速旁瓣等问题。

Description

一种无源雷达目标检测方法及装置

技术领域

本发明属于无源雷达技术领域，具体涉及一种无源雷达目标检测方法及装置。

背景技术

无源雷达的显著特点是其配置了两条接收通道，分别用于接收来自外辐射源的直达波信号和经目标反射后的回波信号。由于外辐射源的非合作性，目标回波信号通常非常微弱。为了提高无源雷达的检测能力，信号处理的一项基本操作是对多个回波脉冲进行积累，即在照射功率一定的情况下通过照射时间获得更多的反射能量，在此基础上，计算两路信号的互模糊函数，实现对目标信号的相参积累检测。然而，特别是对于数字电视信号(一种较为理想的无源雷达信号)等这类带宽较大的数字信号，其距离单元将很窄，这使得在积累时间内，目标的运动距离往往将跨越多个距离单元，导致目标能量分散，降低相参积累增益，也即产生距离徙动。

现有技术中，常用的一些克服距离徙动的方法主要是借鉴脉冲体制的徙动补偿方法，如典型的动目标检测(Moving Target Detection，MTD)方法、Keystone变换(KeystoneTransform，KT)方法、拉顿-傅里叶变换(Radon-Fourier Transform，RFT)方法等。MTD方法没有考虑距离徙动效应，无法适用于高速目标。KT方法由于受到分段后等效脉冲重复频率的限制，当目标超出最大不模糊速度时，就会出现速度模糊、能量分散等问题。RFT方法存在严重的盲速旁瓣问题，导致目标检测虚警率上升。因此，这类借鉴脉冲体制的徙动补偿方法普遍存在工程上稳定性差的问题，致使无源雷达的目标探测能力差。

发明内容

本发明提供了一种无源雷达目标检测方法，用以解决借鉴脉冲体制的距离徙动补偿方法造成的速度模糊、工程稳定性差致使源雷达的目标探测能力差的问题；本发明还提供了一种无源雷达目标检测装置，用以解决借鉴脉冲体制的距离徙动补偿方法造成的速度模糊、工程稳定性差致使源雷达的目标探测能力差的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种无源雷达目标检测方法，包括如下步骤：

获取外辐射源发射的直达波信号和经目标反射后的回波信号；确定直达波信号和回波信号的路径差，所述路径差包含有目标速度和双基地初始距离；根据路径差，确定延时时间；根据所述延时时间对直达波信号进行延时处理，并对延时处理后的信号取共轭，将共轭后的信号与回波信号相乘，得到相乘结果；所述回波信号包含有目标速度和双基地初始距离；将相乘结果进行频域变换，得到对应的互模糊函数；遍历目标速度和双基地初始距离的取值范围，求对应的互模糊函数的峰值，得到的峰值对应的目标速度和双基地初始距离分别为目标速度估计值和双基地初始距离估计值；根据目标速度估计值、双基地初始距离估计值和回波信号，得到目标位置；

包含有目标速度和双基地初始距离的回波信号为：

其中，A为回波信号的相对幅度，c为信号传播速度，s(t)为外辐射源发射的基带信号，f_c为载频，r_i为双基地初始距离，v_j为目标速度；

包含有目标速度和双基地初始距离的路径差为：r(t)＝r_i+v_jt。

本发明的一种无源雷达目标检测装置，该装置包括存储器和处理器，该处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现如下方法：

获取外辐射源发射的直达波信号和经目标反射后的回波信号；确定直达波信号和回波信号的路径差，所述路径差包含有目标速度和双基地初始距离；根据路径差，确定延时时间；根据所述延时时间对直达波信号进行延时处理，并对延时处理后的信号取共轭，将共轭后的信号与回波信号相乘，得到相乘结果；所述回波信号包含有目标速度和双基地初始距离；将相乘结果进行频域变换，得到对应的互模糊函数；遍历目标速度和双基地初始距离的取值范围，求对应的互模糊函数的峰值，得到的峰值对应的目标速度和双基地初始距离分别为目标速度估计值和双基地初始距离估计值；根据目标速度估计值、双基地初始距离估计值和回波信号，得到目标位置；

包含有目标速度和双基地初始距离的回波信号为：

其中，A为回波信号的相对幅度，c为信号传播速度，s(t)为外辐射源发射的基带信号，f_c为载频，r_i为双基地初始距离，v_j为目标速度；

包含有目标速度和双基地初始距离的路径差为：r(t)＝r_i+v_jt。

其有益效果为：该方法及装置，将目标速度引入回波信号中，考虑了无源雷达目标回波信号积累过程中产生的跨距离单元问题，相应的使互模糊函数发生了变化，变化后的互模糊函数不再认为积累过程中目标距离不变，而认为是变化的，并针对目标距离变化轨迹进行能量积累，从而可避免距离徙动。而且，由于传统的互模糊函数受距离徙动的影响，延长积累时间会导致回波能量分散在更多的距离单元，延长积累时间就没有意义了，该方法及装置考虑了目标速度，使得变化后的互模糊函数积累的能量不再受距离徙动的影响，其积累增益会随着积累时间的增加而增加，延长了数字电视无源雷达信号的相参积累时间，从而提高了其目标探测能力。此外，该方法及装置实现起来简单可靠，变化后的互模糊函数没有对接收的信号进行分段，不存在盲速旁瓣等问题，可靠性高，具有较高的工程实用性。

作为方法及装置的进一步改进，为了提高目标探测能力，所述延时时间为：

其中，t_τ为延时时间，r_i为双基地初始距离，v_j为目标速度，T_s为采样时间间隔，n＝0,1,...,N-1，N为信号采样个数，c为信号传播速度。

作为方法及装置的进一步改进，为了得到对应的互模糊函数，所述对应的互模糊函数为：

其中，*表示取共轭，y_s(n)为回波信号的离散形式，y_r(n)为直达波信号的离散形式，f_c为载频。

作为方法及装置的进一步改进，为了提高计算的效率，所述频域变换为快速傅里叶变换。

附图说明

图1是本发明的无源雷达目标探测时距离徙动示意图；

图2是本发明的方法流程图；

图3是采用现有技术方法的传统互模糊函数的信号积累结果图；

图4是采用本发明方法的对应的互模糊函数的信号积累结果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

方法实施例：

该实施例提供了一种无源雷达目标检测方法，结合图1、图2，对该方法做详细介绍。

首先，假设目标做匀速运动，由于目标运动，外辐射源发射的直达波信号和经目标反射后的回波信号的路径差r(t)可表示为：

r(t)＝r_i+v_jt

其中，r_i为双基地初始距离，v_j为目标速度。

外辐射源发射的基带信号为s(t)，载频为f_c，信号传播速度为c，则接收站接收到的直达波信号和回波信号可分别表示为：

y_r(t)＝s(t)

其中，y_r(t)为直达波信号，y_s(t)为回波信号，A为回波信号的相对幅度。

然后，以采样时间间隔T_s对两路信号进行采样，得到直达波信号的离散形式和回波信号的离散形式分别为：

y_r(n)＝s(n)

其中，y_r(n)为直达波信号的离散形式，y_s(n)为回波信号的离散形式，n＝0,1,...,N-1，N为信号采样个数。

其次，根据路径差，确定延时时间t_τ：

根据延时时间t_τ对直达波信号进行延时处理，并对延时处理后的信号取共轭；对于某一给定的双基地初始距离r_i，将共轭后的信号与回波信号相乘，得到相乘结果：

其中，*表示取共轭，y(r_i,n)为相乘结果。

需说明的是，这里在对y_r(n)进行延时处理时，对于非采样点处的值，需要用插值方法得到。

接着，将相乘结果进行快速傅里叶变换：

进行快速傅里叶变换后，可得到对应的互模糊函数：

最后，遍历目标速度和双基地初始距离的取值范围，目标速度的取值范围为[v_j_min,v_j_max]，双基地初始距离的取值范围为[r_i_min,r_i_max]，当搜索的双基地初始距离和目标速度参数与目标真实参数相匹配时，对应的互模糊函数出现峰值，该峰值所对应的目标速度和双基地初始距离分别对应为目标速度估计值和双基地初始距离估计值，即：

其中，

为r_i的估计值，即双基地距离估计值，

为v_j的估计值，即目标速度估计值。

根据目标速度估计值

双基地距离估计值

和回波信号，得到目标位置。

下面利用一段仿真的二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying，BPSK)信号，对该实施例的方法进行模拟仿真实验。图3展示了采用现有技术方法的传统互模糊函数的信号积累结果图，可以看出传统互模糊函数积累后回波能量分散在了不同的距离单元；图4展示了采用本发明方法的对应的互模糊函数的信号积累结果图，可以看出目标回波能量被集中在了一点，从而提高了系统检测微弱信号的能力。

另外，为了提高计算效率，该实施例中在计算互模糊函数时采用快速傅里叶变换方法来实现。为了计算得到互模糊函数，可采用现有的其他频域变换方法，例如傅里叶变换、或者其他改进型的傅里叶变换。

装置实施例：

该实施例提供了一种无源雷达目标检测装置，该装置包括存储器和处理器，该处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现本发明的无源雷达目标检测方法。具体对于该方法的介绍已在方法实施例中做了详细说明，这里不再赘述。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种无源雷达目标检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取外辐射源发射的直达波信号和经目标反射后的回波信号；

确定直达波信号和回波信号的路径差，所述路径差包含有目标速度和双基地初始距离；根据路径差，确定延时时间；根据所述延时时间对直达波信号进行延时处理，并对延时处理后的信号取共轭，将共轭后的信号与回波信号相乘，得到相乘结果；所述回波信号包含有目标速度和双基地初始距离；

将相乘结果进行频域变换，得到对应的互模糊函数；

遍历目标速度和双基地初始距离的取值范围，求对应的互模糊函数的峰值，得到的峰值对应的目标速度和双基地初始距离分别为目标速度估计值和双基地初始距离估计值；

根据目标速度估计值、双基地初始距离估计值和回波信号，得到目标位置；

包含有目标速度和双基地初始距离的回波信号为：

其中，A为回波信号的相对幅度，c为信号传播速度，s(t)为外辐射源发射的基带信号，f_c为载频，r_i为双基地初始距离，v_j为目标速度；

包含有目标速度和双基地初始距离的路径差为：r(t)＝r_i+v_jt。

2.根据权利要求1所述的无源雷达目标检测方法，其特征在于，所述延时时间为：

其中，t_τ为延时时间，r_i为双基地初始距离，v_j为目标速度，T_s为采样时间间隔，n＝0,1,...,N-1，N为信号采样个数，c为信号传播速度。

3.根据权利要求2所述的无源雷达目标检测方法，其特征在于，所述对应的互模糊函数为：

其中，*表示取共轭，y_s(n)为回波信号的离散形式，y_r(n)为直达波信号的离散形式，f_c为载频。

4.根据权利要求1所述的无源雷达目标检测方法，其特征在于，所述频域变换为快速傅里叶变换。

5.一种无源雷达目标检测装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现如下方法：

获取外辐射源发射的直达波信号和经目标反射后的回波信号；

确定直达波信号和回波信号的路径差，所述路径差包含有目标速度和双基地初始距离；根据路径差，确定延时时间；根据所述延时时间对直达波信号进行延时处理，并对延时处理后的信号取共轭，将共轭后的信号与回波信号相乘，得到相乘结果；所述回波信号包含有目标速度和双基地初始距离；

将相乘结果进行频域变换，得到对应的互模糊函数；

遍历目标速度和双基地初始距离的取值范围，求对应的互模糊函数的峰值，得到的峰值对应的目标速度和双基地初始距离分别为目标速度估计值和双基地初始距离估计值；

根据目标速度估计值、双基地初始距离估计值和回波信号，得到目标位置；

包含有目标速度和双基地初始距离的回波信号为：

其中，A为回波信号的相对幅度，c为信号传播速度，s(t)为外辐射源发射的基带信号，f_c为载频，r_i为双基地初始距离，v_j为目标速度；

包含有目标速度和双基地初始距离的路径差为：r(t)＝r_i+v_jt。

6.根据权利要求5所述的无源雷达目标检测装置，其特征在于，所述延时时间为：

其中，t_τ为延时时间，r_i为双基地初始距离，v_j为目标速度，T_s为采样时间间隔，n＝0,1,...,N-1，N为信号采样个数，c为信号传播速度。

7.根据权利要求6所述的无源雷达目标检测装置，其特征在于，所述对应的互模糊函数为：

其中，*表示取共轭，y_s(n)为回波信号的离散形式，y_r(n)为直达波信号的离散形式，f_c为载频。

8.根据权利要求5所述的无源雷达目标检测装置，其特征在于，所述频域变换为快速傅里叶变换。

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