CN110109078B - 基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法，解决了脉冲雷达体制信号处理中因距离—速度模糊而引起的目标检测不准确问题。实现方法是，接收雷达脉冲回波信号；获得基带脉冲回波信号采样矩阵；脉冲压缩；构造雷达多普勒向量组；确定多普勒偏移频率并计算运动目标速度；对雷达脉冲回波信号进行速度解模糊；利用稀疏恢复进行目标检测。本发明通过多普勒向量组计算准确运动目标速度并对雷达脉冲回波信号进行速度相位补偿实现速度解模糊，通过稀疏恢复对目标进行检测。本发明低截获，抗干扰，能够准确计算运动目标速度、复杂度低及能够解决脉冲雷达体制信号处理中距离—速度模糊问题。本发明应用到雷达目标检测领域。

Description

基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法

技术领域

本发明是属于雷达信号处理技术领域，涉及脉冲雷达体制中存在的距离—速度模糊问题，具体是一种基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法，可应用于对目标的检测。

背景技术

由于传统的LFM雷达和步进频率雷达载频变化是线性的，导致载频变化引起的雷达回波相位变化规律与目标运动引起的相位变化规律都是线性的，所以距离和速度是相互耦合的，存在距离—速度模糊问题，参见图3，大大降低了对目标的检测能力。因此，解决脉冲雷达体制的距离—速度模糊问题以提高对目标的检测能力是雷达信号处理中的一个重要发展方向。

西安空间无线电技术研究所在其申请的专利文献“一种基于改变信号调频率的解距离—速度模糊方法”(申请号201410353579.X，申请公开号CN 104239683 A)中公开了一种基于改变信号调频率的解距离—速度模糊方法。该方法在不改变雷达发射脉冲信号的重复周期和带宽的前提下，改变发射脉冲信号的脉冲宽度。然后用设计的匹配滤波器对脉冲回波信号进行脉冲压缩并判断是否得到有效脉压，得到模糊次数并计算无模糊距离和无模糊速度。该方法存在的不足之处是，脉冲压缩后需要计算脉压判决门限，一方面，增加了运算复杂度；另一方面，如果门限值计算不准确，将会影响目标检测结果。

陕西黄河集团有限公司在其申请的专利文献“基于快速查表法的解速度模糊算法”(申请号201610600630.1，申请公开号CN 106291497 A)中公开了一种基于快速查表法的解速度模糊算法。该方法以信号处理机输出的四种不同重复频率的速度通道信号与预先人工建立的速度解模糊表为输入，以循环算法逐行按列与速度通道号比对开始查表，根据查表结果计算目标速度。该方法存在的不足之处是，查表过程中需要将输入的目标速度通道信号与二维速度解模糊表中的目标速度逐行逐列作差，计算量大，查表速度慢，效率低。

从现有技术中可以看出，目前解决雷达距离—速度模糊问题的方法中存在计算量大、目标检测结果不准确等问题，这些问题会影响雷达信号处理计算效率和目标检测结果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种精确度更高、复杂度更低的基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法。

本发明是一种基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法，其特征在于，包括有如下步骤：

(1)接收雷达脉冲回波信号：捷变频雷达发射机连续发射N个脉间载频随机跳变的线性调频信号，在同一个脉冲重复周期内，雷达接收机接收含有目标信息的脉冲回波信号；N为在[32,128]内任意选取的一个偶数；

(2)获得基带脉冲回波信号采样矩阵：

(2a)将雷达发射脉冲信号取复共轭后与接收到的雷达脉冲回波信号相乘，得到雷达基带脉冲回波信号；

(2b)以雷达脉冲回波信号带宽两倍的采样频率对雷达基带脉冲回波信号进行采样，得到N个雷达基带脉冲回波信号采样向量；

(2c)将N个雷达基带脉冲回波信号采样向量按雷达发射脉冲信号的顺序依次进行排列，得到基带脉冲回波信号采样矩阵；

(3)得到脉冲压缩后的采样矩阵：对基带脉冲回波信号采样矩阵进行脉冲压缩，具体是对雷达发射脉冲信号取复共轭，与基带脉冲回波信号采样矩阵卷积相乘，得到脉冲压缩后的采样矩阵；

(4)构造雷达多普勒向量组：根据雷达发射脉冲信号的参数计算雷达能够检测的多普勒频率范围、雷达最小可分辨多普勒频率并构造多普勒频率序列，通过多普勒频率序列构造雷达多普勒向量组；

(5)确定多普勒偏移频率并计算运动目标速度：

(5a)采用最大相关法确定其多普勒偏移频率：对脉冲压缩后采样矩阵中的每一个列向量取模值，选取所有模值中的最大值所对应的列向量，对该列向量采用最大相关法确定其多普勒偏移频率；

(5b)利用确定的多普勒偏移频率计算运动目标速度v：

目标运动速度：

其中，v表示运动目标速度，f′_d表示确定的多普勒偏移频率，c表示光速，f_min表示发射脉冲信号中载频的最小值；

(6)对雷达脉冲回波信号进行速度解模糊：利用运动目标速度v构造速度相位补偿因子，用该速度相位补偿因子与脉冲压缩后采样矩阵列向量模值最大值所对应的列向量作哈达马积，得到速度解模糊后的雷达脉冲回波信号向量；

(7)进行目标检测：对速度解模糊后的雷达脉冲回波信号向量进行稀疏恢复，得到目标检测结果。

本发明根据雷达发射脉冲信号的参数构造雷达多普勒向量组，采用最大相关法对脉冲压缩后的采样矩阵和构造的雷达多普勒向量组计算确定多普勒偏移频率并计算运动目标速度，通过构造速度相位补偿因子对雷达脉冲回波信号进行速度解模糊，通过稀疏恢复对目标进行检测。

与现有技术相比，本发明的技术优势：

本发明采用相参频率捷变雷达体制，因为雷达发射机发射脉间载频随机跳变的线性调频信号，难以理出规律性信息，不容易被敌方侦察机截获，具有低截获特性；另一方面，因为不同发射脉冲信号之间是相互正交的，所以若雷达发射脉冲信号被敌方侦察机截获并转发形成跨PRT干扰，在脉冲压缩时因发射脉冲信号载频已经改变，被敌方侦察机转发的跨PRT干扰与发射脉冲信号是正交的，脉冲压缩的结果为0，即跨PRT干扰得到抑制，大大提高雷达的抗干扰能力。

本发明根据雷达发射脉冲信号的参数构造雷达多普勒向量组，采用最大相关法对脉冲压缩后的采样矩阵和构造的雷达多普勒向量组计算多普勒偏移频率，根据多普勒偏移频率计算得到运动目标精确速度，提高了对目标的检测能力。

本发明通过稀疏恢复对速度相位补偿后的雷达脉冲回波信号进行目标检测，计算过程中不需要计算判决门限并对信号处理结果进行判决，也不需要查表计算，提高了计算效率和目标检测精度。

附图说明

图1是本发明基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法的流程图；

图2是本发明最大相关法的流程图；

图3是现有技术中未采用本发明的对雷达脉冲回波信号进行速度解模糊的相参频率捷变雷达目标检测结果仿真图；

图4是利用本发明对雷达脉冲回波信号处理得到的目标检测结果仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明详细说明：

实施例1

脉冲雷达体制因可以有效避免出现发射机干扰接收机问题而得到广泛应用，但距离—速度模糊问题在脉冲雷达体制中往往难以避免。在解决距离—速度模糊问题的现有技术中存在计算量大、目标检测结果不准确等问题，这些问题会影响计算效率和目标检测结果，参见图3。

本发明对此展开研究与创新，提出一种基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法，参见图1，本发明通过速度相位补偿对雷达脉冲回波信号进行速度解模糊，通过稀疏恢复对速度相位补偿后的雷达脉冲回波信号进行目标检测，本发明包括有如下步骤：

(1)接收雷达脉冲回波信号：捷变频雷达发射机连续发射N个脉间载频随机跳变的线性调频信号，即雷达发射脉冲信号，N为在[32,128]内任意选取的一个偶数，第n个发射脉冲信号的载频f_n＝f_c+a(n)Δf，其中，n∈{1,2,…,N}，N表示发射脉冲个数，f_n表示第n个发射脉冲信号的载频，f_c表示发射脉冲信号的初始载频，a(n)表示第n个发射脉冲信号的调制码字，且a(n)为[0,1,2,…,M-1]中的随机数，M表示跳频点数，且M＞N，Δf表示最小跳频间隔，为满足不同发射脉冲信号是相互正交的，Δf＝1/T_p，T_p表示发射脉冲宽度；在同一个脉冲重复周期内，雷达接收含有目标信息的脉冲回波信号。

本发明中，由于不同发射脉冲信号载频f₁,f₂,…,f_N是随机跳变的，难以理出规律性信息，不容易被敌方侦察机截获，具有低截获特性；另一方面，因为不同发射脉冲信号之间是相互正交的，所以若雷达发射脉冲信号被敌方侦察机截获并转发形成跨PRT干扰，在脉冲压缩时因发射脉冲信号载频已经改变，被敌方侦察机转发的跨PRT干扰与发射脉冲信号是正交的，脉冲压缩的结果为0，即跨PRT干扰得到抑制，大大提高雷达的抗干扰能力。

(2)获得基带脉冲回波信号采样矩阵：

(2a)将雷达发射脉冲信号取复共轭后与接收到的雷达脉冲回波信号相乘，雷达脉冲回波信号的工作频段由高频变为低频，得到雷达基带脉冲回波信号。

(2b)以雷达脉冲回波信号带宽两倍的采样频率对雷达基带脉冲回波信号进行采样，得到N个雷达基带脉冲回波信号采样向量。

(2c)将N个雷达基带脉冲回波信号采样向量按雷达发射脉冲信号的顺序依次进行排列，得到基带脉冲回波信号采样矩阵。

(3)得到脉冲压缩后的采样矩阵：对基带脉冲回波信号采样矩阵进行脉冲压缩，具体是对雷达发射脉冲信号取复共轭，与基带脉冲回波信号采样矩阵卷积相乘，得到脉冲压缩后的采样矩阵。

(4)构造雷达多普勒向量组：根据雷达发射脉冲信号中载频的最小值f_min、发射脉冲信号带宽B、雷达发射脉冲信号重复周期T_r、雷达发射机频率捷变总带宽B_f等参数计算雷达能够检测的多普勒频率范围、雷达最小可分辨多普勒频率并构造多普勒频率序列，通过多普勒频率序列构造雷达多普勒向量组。

(5)确定多普勒偏移频率并计算运动目标速度：

(5a)采用最大相关法确定其多普勒偏移频率：最大相关法流程图参见图2，对脉冲压缩后采样矩阵中的每一个列向量取模值，选取所有模值中的最大值所对应的列向量，对该列向量采用最大相关法确定其多普勒偏移频率。

(5b)利用确定的多普勒偏移频率计算运动目标速度v：

运动目标速度：

其中，v表示运动目标速度，f′_d表示确定的多普勒偏移频率，c表示光速，f_min表示发射脉冲信号中载频的最小值。

(6)对雷达脉冲回波信号进行速度解模糊：利用运动目标速度v构造速度相位补偿因子，用该速度相位补偿因子与脉冲压缩后采样矩阵列向量模值最大值所对应的列向量作哈达马积，即对雷达脉冲回波信号向量进行速度相位补偿，距离和速度解耦和，得到速度解模糊后的雷达脉冲回波信号向量。

(7)进行目标检测：对速度解模糊后的雷达脉冲回波信号向量进行稀疏恢复，得到目标检测结果。

本发明的思路是，将雷达接收机接收到的脉冲回波信号与取复共轭后的雷达发射脉冲信号相乘并采样得到基带脉冲回波信号采样矩阵，将基带脉冲回波信号采样矩阵与取复共轭后的雷达发射脉冲信号卷积相乘得到脉冲压缩后的采样矩阵，根据雷达发射脉冲信号的参数构造雷达多普勒向量组，采用最大相关法对脉冲压缩后的采样矩阵和构造的雷达多普勒向量组计算确定多普勒偏移频率并计算运动目标速度，用运动目标速度构造速度相位补偿因子对雷达脉冲回波信号进行速度解模糊，通过稀疏恢复对速度相位补偿后的雷达脉冲回波信号进行目标检测。本发明可以解决脉冲雷达体制中的距离—速度模糊问题，提高目标检测的精度。

本发明根据雷达发射脉冲信号的参数构造雷达多普勒向量组，并采用最大相关法计算多普勒偏移频率，根据多普勒偏移频率和发射脉冲信号载频推导出计算运动目标速度的公式并计算运动目标速度，利用运动目标速度构造速度相位补偿因子并与雷达脉冲回波信号作哈达马积以进行速度解模糊，距离—速度模糊问题得到解决。不仅在理论上还是在工程上均是可实现的一种基于相参频率捷变雷达的速度解模糊的技术方案。本发明采用相参频率捷变雷达体制，因为雷达发射机发射脉间载频随机跳变的线性调频信号，难以理出规律性信息，不容易被敌方侦察机截获，具有低截获特性。

实施例2

基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法同实施例1，步骤(4)中所述的构造雷达多普勒向量组，包括有如下步骤：

(4a)计算雷达能够检测的最大多普勒频率f_dmax、雷达最小可分辨多普勒频率Δf_d：

其中,f_dmax表示雷达能够检测的最大多普勒频率，则[-f_dmax,f_dmax]表示雷达能够检测的多普勒频率范围，Δf_d表示雷达最小可分辨多普勒频率，f_min表示发射脉冲信号中载频的最小值，B表示发射脉冲信号带宽，T_r表示雷达发射脉冲信号重复周期，B_f表示雷达发射机频率捷变总带宽。

(4b)将雷达能够检测的多普勒频率范围进行平均划分，得到间隔为雷达最小可分辨多普勒频率的一组从小到大排列的多普勒频率序列。

(4c)对每个多普勒频率按照下式确定其对应的多普勒向量q，得到一个雷达多普勒向量组；

其中，q表示多普勒向量，f₁,f₂,…,f_N分别表示发射脉冲信号中的不同载频，f_d表示多普勒频率，e表示以自然常数为底的指数操作，j表示-1的算术平方根，上标T表示转置符号。

本发明根据雷达发射脉冲信号的参数计算雷达能够检测的最大多普勒频率f_dmax和雷达最小可分辨多普勒频率Δf_d并确定雷达能够检测的多普勒范围[-f_dmax,f_dmax]，然后根据这三个参数构造雷达多普勒向量组，构造方式简单，运算复杂度低，易于操作，提高了雷达的计算效率。

实施例3

基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法同实施例1-2，步骤(5a)中所述的最大相关法流程图参见图2，具体步骤为：

(5a1)根据脉冲回波信号构建字典矩阵D：

其中，D表示根据脉冲回波信号构建的字典矩阵，e表示以自然常数为底的指数操作，j表示-1的算术平方根，π表示圆周率，f₁,f₂,…,f_N分别表示发射脉冲信号中的不同载频，N表示发射脉冲信号的个数。本发明构造的字典矩阵根据脉冲回波信号构建，构建的字典矩阵可以根据脉冲回波信号载频的改变而改变，使用灵活，应用方便，提高了对目标的计算效率。

(5a2)求多普勒向量组中的每个多普勒向量与(5a)中选取的列向量的哈达马积，并将哈达马积结果得到的每个列向量与根据脉冲回波信号构建的字典矩阵相乘，对相乘结果取绝对值，选取所有绝对值中的最大值所对应的多普勒向量，该多普勒向量对应的多普勒频率即为多普勒偏移频率。

对本发明图2的最大相关法流程图进一步说明如下：

步骤1，以i为例，令i＝1；

步骤2，取多普勒向量组的第i个多普勒列向量，计算多普勒向量组的第i个多普勒列向量与脉冲压缩后采样矩阵列向量模值最大值所对应的列向量的哈达马积，并将哈达马积得到的列向量取转置后与字典矩阵相乘，对相乘结果取绝对值；

步骤3，判断i是否等于多普勒向量组的列数，若i小于多普勒向量组的列数，令i＝i+1,重复步骤2、步骤3；若i等于多普勒向量组的列数，则结束循环，进入步骤4；

步骤4，选取所有绝对值中的最大值所对应的多普勒向量，该多普勒向量对应的多普勒频率即为多普勒偏移频率。

本发明计算多普勒偏移频率过程不需要查表，也不需要判决门限，且计算准确，提高了对目标的检测精度。

实施例4

基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法同实施例1-3，步骤(6)中所述的构造速度相位补偿因子，具体步骤为：

将运动目标速度v带入下式得到速度相位补偿因子η：

其中，η表示速度相位补偿因子，e表示以自然常数为底的指数操作，j表示-1的算术平方根，π表示圆周率，f₁,f₂,…,f_N分别表示发射脉冲信号中的不同载频，N表示雷达发射脉冲信号的个数，T_r表示雷达发射脉冲信号重复周期，c表示光速。

本发明根据最大相关法对脉冲压缩后的采样矩阵和构造的雷达多普勒向量组计算得到多普勒偏移频率，根据多普勒偏移频率和发射脉冲信号载频推导出计算运动目标速度的公式并计算运动目标速度，利用运动目标速度构造速度相位补偿因子对雷达脉冲回波信号作哈达马积以进行速度解模糊，使得脉冲体制雷达信号处理中距离—速度模糊问题得到解决，提高了对目标的检测能力。

实施例5

基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法同实施例1-4，步骤(7)中所述的稀疏恢复，其具体步骤为，将速度解模糊后的雷达脉冲回波信号向量与根据雷达脉冲回波信号构建的字典矩阵相乘，得到目标检测结果，参见图4，图4是利用本发明对雷达脉冲回波信号处理得到的目标检测结果仿真图，从图中可以看出，通过本发明获得的目标检测结果中距离—速度是非耦合的，可以实现对目标的检测。且该计算过程简单，计算结果准确，无论在理论上还是工程上都易于实现。

下面给出一个更加详细的例子，对本发明进一步说明：

实施例6

基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法同实施例1-5，

步骤1，接收雷达脉冲回波信号：捷变频雷达发射机连续发射N个脉间载频随机跳变的线性调频信号，在同一个脉冲重复周期内，雷达接收含有目标信息的脉冲回波信号；N为在[32,128]内任意选取的一个偶数。

步骤2，获得基带脉冲回波信号采样矩阵：

将雷达发射脉冲信号取复共轭后与接收到的雷达脉冲回波信号相乘，得到雷达基带脉冲回波信号；

以雷达脉冲回波信号带宽两倍的采样频率对雷达基带脉冲回波信号进行采样，得到N个雷达基带脉冲回波信号采样向量；

将N个雷达基带脉冲回波信号采样向量按雷达发射脉冲信号的顺序依次进行排列，得到基带脉冲回波信号采样矩阵。

步骤3，对基带脉冲回波信号采样矩阵进行脉冲压缩：对雷达发射脉冲信号取复共轭，与基带脉冲回波信号采样矩阵卷积相乘，得到脉冲压缩后的采样矩阵。

步骤4，计算多普勒向量组：

根据下式计算雷达能够检测的多普勒频率范围、雷达最小可分辨多普勒频率：

其中，[-f_dmax,f_dmax]表示雷达能够检测的多普勒频率范围，Δf_d表示雷达最小可分辨多普勒频率，f_min表示发射脉冲信号中载频的最小值，B表示发射脉冲信号带宽，T_r表示雷达发射脉冲信号重复周期，B_f表示雷达发射机频率捷变总带宽；

将雷达能够检测的多普勒频率范围进行平均划分，得到间隔为雷达最小可分辨多普勒频率的一组从小到大排列的多普勒频率序列；

对每个多普勒频率按照下式确定其多普勒向量，得到一个多普勒向量组：

其中，q表示多普勒向量，f_d表示多普勒频率，e表示以自然常数为底的指数操作，j表示-1的算术平方根，上标T表示转置符号。

步骤5，确定多普勒偏移频率并计算运动目标速度：对脉冲压缩后采样矩阵中的每一个列向量取模值，选取所有模值中的最大值所对应的列向量，对该列向量采用最大相关法确定其多普勒偏移频率。

本发明最大相关法流程图参见图2，最大相关法包括有如下步骤：

第一步，根据脉冲回波信号构建字典矩阵：

其中，D表示字典矩阵，e表示以自然常数为底的指数操作，j表示-1的算术平方根，π表示圆周率，f₁,f₂,…,f_N分别表示发射脉冲信号中的不同载频，N表示发射脉冲信号的个数。

第二步，求多普勒向量组中的每个多普勒向量与(6a)中选取的列向量的哈达马积，并将哈达马积结果与基矩阵相乘，对相乘结果取绝对值，选取所有绝对值中的最大值所对应的多普勒向量，该多普勒向量对应的多普勒频率即为多普勒偏移频率。

根据下式计算运动目标速度：

其中，v表示运动目标速度，f′_d表示多普勒偏移频率，c表示光速，f_min表示发射脉冲信号中载频的最小值。

步骤6，利用运动目标速度v构造速度相位补偿因子，用该速度相位补偿因子与脉冲压缩后采样矩阵列向量模值最大值所对应的列向量作哈达马积，得到速度解模糊后的雷达脉冲回波信号向量；

本发明的速度相位补偿因子η具体为：

其中，η表示速度相位补偿因子，e表示以自然常数为底的指数操作，j表示-1的算术平方根，π表示圆周率，f₁,f₂,…,f_N分别表示发射脉冲信号中的不同载频，N表示雷达发射脉冲信号的个数，T_r表示雷达发射脉冲信号重复周期，c表示光速。

步骤7，进行目标检测：对速度解模糊后的雷达脉冲回波信号向量进行稀疏恢复，即将速度解模糊后的雷达脉冲回波信号向量与根据脉冲回波信号构建的字典矩阵相乘，得到目标检测结果。

本发明主要解决脉冲雷达体制信号处理中的因距离—速度模糊而引起的目标检测不准确问题。

下面通过仿真，对本发明的技术效果再做说明：

实施例7

基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法同实施例1-6，

仿真参数：

雷达发射脉冲信号个数N为64，发射脉冲信号初始载频f_c为14×10⁹Hz，发射脉冲信号重复周期T_r为40μs，最小跳频间隔Δf为25×10⁴Hz，发射脉冲信号带宽T_p为4μs，跳频点数M为100，雷达发射脉冲信号带宽B为20×10⁴Hz，雷达发射机频率捷变总带宽B_f为25×10⁶Hz。

仿真内容与结果分析：

本发明中的仿真实验有两个。仿真实验1是现有技术中未采用本发明的对雷达脉冲回波信号进行速度解模糊的相参频率捷变雷达目标检测仿真实验，仿真实验结果图参见图3。图3中的x轴表示粗分辨距离单元，y轴表示高分辨单元，z轴表示目标的幅度。从图3中可以看出，目标检测结果图不是理想的“图钉形状”，距离和速度是相互耦合的，即存在距离—速度模糊，严重影响目标检测结果。

仿真实验2是通过多普勒向量组计算准确目标速度并对雷达脉冲回波信号进行速度相位补偿实现速度解模糊，通过稀疏恢复对速度相位补偿后的雷达脉冲回波信号进行目标检测得到了图4的目标检测仿真图。图4中的x轴表示粗分辨距离单元，y轴表示高分辨单元，z轴表示目标的幅度。从图4中可以看出，目标检测结果图是理想的“图钉”形状，距离和速度是非耦合的，不存在距离—速度模糊问题。因此，本发明可以解决脉冲雷达体制目标检测中存在的距离—速度模糊问题。

综上所述，本发明公开的一种基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法，主要解决脉冲雷达体制中因距离—速度模糊而引起的目标检测不准确问题。本发明实现方法是，将雷达接收机接收到的雷达脉冲回波信号与取复共轭后的雷达发射脉冲信号相乘并采样得到基带脉冲回波信号采样矩阵，将基带脉冲回波信号采样矩阵与取复共轭后的雷达发射脉冲信号卷积相乘得到脉冲压缩后的采样矩阵，根据雷达发射脉冲信号的参数构造雷达多普勒向量组，采用最大相关法对脉冲压缩后的采样矩阵和构造的雷达多普勒向量组计算确定多普勒偏移频率并计算运动目标速度，用运动目标速度构造速度相位补偿因子对雷达脉冲回波信号进行速度解模糊，通过稀疏恢复对速度相位补偿后的雷达脉冲回波信号进行目标检测。本发明低截获，抗干扰，能够准确计算运动目标速度、复杂度低及能够解决脉冲雷达体制目标检测中存在的距离—速度模糊问题。本发明应用到雷达目标检测领域。

Claims (3)

1.一种基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法，其特征在于，包括有如下步骤：

(1)接收雷达脉冲回波信号：

频率捷变雷达发射机连续发射N个脉间载频随机跳变的线性调频信号，在同一个脉冲重复周期内，雷达接收含有目标信息的脉冲回波信号；N为在[32,128]内任意选取的一个偶数；

(2)获得基带脉冲回波信号采样矩阵：

(2a)将雷达发射脉冲信号取复共轭后与接收到的雷达脉冲回波信号相乘，得到雷达基带脉冲回波信号；

(2b)以雷达脉冲回波信号带宽两倍的采样频率对雷达基带脉冲回波信号进行采样，得到N个雷达基带脉冲回波信号采样向量；

(2c)将N个雷达基带脉冲回波信号采样向量按雷达发射脉冲信号的顺序依次进行排列，得到基带脉冲回波信号采样矩阵；

(3)得到脉冲压缩后的采样矩阵：

对基带脉冲回波信号采样矩阵进行脉冲压缩，具体是对雷达发射脉冲信号取复共轭，与基带脉冲回波信号采样矩阵卷积相乘，得到脉冲压缩后的采样矩阵；

(4)构造雷达多普勒向量组：

根据雷达发射脉冲信号的参数计算雷达能够检测的多普勒频率范围、雷达最小可分辨多普勒频率并构造多普勒频率序列，通过多普勒频率序列构造雷达多普勒向量组；构造雷达多普勒向量组，包括有如下步骤：

(4a)计算雷达能够检测的最大多普勒频率f_dmax、雷达最小可分辨多普勒频率Δf_d：

其中,f_dmax表示雷达能够检测的最大多普勒频率，则[-f_dmax,f_dmax]表示雷达能够检测的多普勒频率范围，Δf_d表示雷达最小可分辨多普勒频率，f_min表示发射脉冲信号中载频的最小值，B表示发射脉冲信号带宽，T_r表示雷达发射脉冲信号重复周期，B_f表示雷达发射机频率捷变总带宽；

(4b)将雷达能够检测的多普勒频率范围进行平均划分，得到间隔为雷达最小可分辨多普勒频率的一组从小到大排列的多普勒频率序列；

(4c)对每个多普勒频率按照下式确定其对应的多普勒向量q，得到一个雷达多普勒向量组；

其中，q表示多普勒向量，f₁,f₂,…,f_N分别表示发射脉冲信号中的不同载频，f_d表示多普勒频率，e表示以自然常数为底的指数操作，j表示-1的算术平方根，上标T表示转置符号；

(5)确定多普勒偏移频率并计算运动目标速度：

(5a)采用最大相关法确定其多普勒偏移频率：对脉冲压缩后采样矩阵中的每一个列向量取模值，选取所有模值中的最大值所对应的列向量，对该列向量采用最大相关法确定其多普勒偏移频率；最大相关法是：

(5a1)根据脉冲回波信号构建字典矩阵D：

其中，D表示根据脉冲回波信号构建的字典矩阵，e表示以自然常数为底的指数操作，j表示-1的算术平方根，π表示圆周率，f₁,f₂,…,f_N分别表示发射脉冲信号中的不同载频，N表示发射脉冲信号的个数；

(5a2)求多普勒向量组中的每个多普勒向量与(5a)中选取的列向量的哈达马积，并将哈达马积结果与根据脉冲回波信号构建的字典矩阵相乘，对相乘结果取绝对值，选取所有绝对值中的最大值所对应的多普勒向量，该多普勒向量对应的多普勒频率即为多普勒偏移频率；

(5b)利用确定的多普勒偏移频率计算运动目标速度v：

运动目标速度：

其中，v表示运动目标速度，f′_d表示确定的多普勒偏移频率，c表示光速，f_min表示发射脉冲信号中载频的最小值；

(6)对雷达脉冲回波信号进行速度解模糊：

利用运动目标速度v构造速度相位补偿因子，用该速度相位补偿因子与脉冲压缩后采样矩阵列向量模值最大值所对应的列向量作哈达马积，得到速度解模糊后的雷达脉冲回波信号向量；

(7)进行目标检测：对速度解模糊后的雷达脉冲回波信号向量进行稀疏恢复，得到目标检测结果。

2.根据权利要求1所述的基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法，其特征在于，步骤(6)中所述的构造速度相位补偿因子，具体步骤为：

将运动目标速度v带入下式得到速度相位补偿因子η：

其中，η表示速度相位补偿因子，e表示以自然常数为底的指数操作，j表示-1的算术平方根，π表示圆周率，f₁,f₂,…,f_N分别表示发射脉冲信号中的不同载频，N表示雷达发射脉冲信号的个数，T_r表示雷达发射脉冲信号重复周期，c表示光速。

3.根据权利要求1所述的基于相参频率捷变雷达的速度解模糊方法，其特征在于，步骤(7)中所述的稀疏恢复，其具体步骤为，将速度解模糊后的雷达脉冲回波信号向量与根据脉冲回波信号构建的字典矩阵相乘，得到目标检测结果。

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