CN110231603B - 一种基于gmti的快速解算目标速度的方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于机载火控雷达领域，特别涉及一种基于GMTI的快速解算目标速度的方法，包括如下步骤：检测出目标的模糊频率分别为F₁、F₂以及主杂波频率分别为F_Z1、F_Z2；分别计算目标相对主杂波的多普勒频移F₁‑F_Z1+M₁f₁和F₂‑F_Z2+M₂f₂；分别计算低脉冲重复频率波形PRF₁和PRF₂条件下目标相对主杂波的速度V_t ¹和V_t ²；判断速度V_t ¹和V_t ²的差值满足解模糊门限阈值V_th；如果满足，则速度V_t ¹和V_t ²为目标速度；不满足，则重新确定步骤二中的模糊重数，并重复步骤三到步骤四。本申请的基于GMTI的快速解算目标速度的方法，在解算模糊重数时，根据地面动目标的速度分布特点，以主杂波所在频率为起始进行小范围遍历，能够快速解算出地面动目标的速度信息，软硬件资源需求少。

Description

一种基于GMTI的快速解算目标速度的方法

技术领域

本申请属于机载火控雷达领域，特别涉及一种基于GMTI的快速解算目标速度的方法。

背景技术

地面运动目标显示(Ground Moving Target Indicator，GMTI)是现代机载雷达空地工作模式的一种。地面动目标的周围经常存在着各种背景，例如山、建筑物、树木、鸟群等，这些背景所产生的回波称为杂波。杂波和运动目标在雷达显示器上同时显示时，由于杂波的功率太强而难以观测到目标。如果目标处在杂波背景内，弱的目标淹没在强杂波中，发现目标十分困难；即使目标不在杂波背景内，要在成片的杂波中很快地分辨出运动目标也是十分不容易的。此外，载机本身的运动会使杂波谱大幅度平移和加宽，而且载机快速机动也会导致杂波谱特性快速变化。

一种抑制地面杂波有效的方法是动目标显示(Moving Target Indicator，MTI)。MTI是指利用杂波抑制滤波器来抑制各种杂波，提高雷达信号的信杂比，以利于运动目标检测的技术。其实质是利用动目标回波的多普勒频移来区分动目标和固定目标。常用的MTI滤波器，比如两脉冲对消器和三脉冲对消器等都可以归为正向传输的延迟线滤波器，由n节延时线、n+1个权重系数形成器和求和器构成。当杂波频谱是分布在零频率和脉冲重复频率所有谐波上的谱线时(机载雷达需要考虑地面相对载机的多普勒频率)，MTI滤波器可以对主杂波进行抑制。

地面运动目标显示(GMTI)采用具有足够低的脉冲重复频率波形。考虑到低脉冲重复频率波形具有测速模糊的缺点，在进行地面动目标速度求解的过程中，工程师尝试了很多不同的方法，其中主流的有两类：

第一类是通过距离微分解算目标经向速度。这种解算方法得到的速度精度取决于多次距离测量值的精度，误差比较大。

第二类是通过延拓和相关处理的策略解模糊重数、进而得到目标经向速度的方法。大范围地遍历解算模糊重数会导致过多时间和资源的浪费。

因此，急需找到一种基于GMTI的快速解算目标速度的方法。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种基于GMTI的快速解算目标速度的方法。

本申请公开了一种基于GMTI的快速解算目标速度的方法，包括如下步骤：

步骤一、分别对低脉冲重复频率波形PRF₁和PRF₂回波进行MTI滤波、脉冲压缩后进行快速傅里叶变换，检测出目标的模糊频率分别为F₁、F₂以及主杂波频率分别为F_Z1、F_Z2，其中，PRF₁对应的多普勒频率为f₁，PRF₂对应的多普勒频率为f₂；

步骤二、分别计算低脉冲重复频率波形PRF₁和PRF₂条件下目标相对主杂波的多普勒频移F₁-F_Z1+M₁f₁和F₂-F_Z2+M₂f₂，其中，M₁和M₂分别为低脉冲重复频率波形PRF₁和PRF₂的模糊重数；

步骤三、分别计算低脉冲重复频率波形PRF₁和PRF₂条件下目标相对主杂波的速度V_t ¹和V_t ²；

步骤四、判断步骤三中速度V_t ¹和V_t ²的差值满足解模糊门限阈值V_th；如果满足，则速度V_t ¹和V_t ²为目标速度；如果不满足，则重新确定步骤二中的模糊重数，并重复步骤三到步骤四。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述步骤一中，f₁和f₂设置为相差在预定数值内的互质数。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述步骤三中，分别通过如下公式(3)计算速度V_t ¹：

根据本申请的至少一个实施方式，在所述步骤三中，分别通过如下公式(4)计算速度V_t ²：

根据本申请的至少一个实施方式，在所述步骤四中，是通过如下关系式(7)来判断速度V_t ¹和V_t ²的差值是否满足解模糊门限阈值V_th：

根据本申请的至少一个实施方式，所述预定数值为10Hz。

本申请至少存在以下有益技术效果：

本申请的基于GMTI的快速解算目标速度的方法，在解算模糊重数时，根据地面动目标的速度分布特点，以主杂波所在频率为起始进行小范围遍历，其方法简单、易于工程实现，能够快速解算出地面动目标的速度信息，软硬件资源需求少。

附图说明

图1是本申请基于GMTI的快速解算目标速度的方法中GMTI原理框图；

图2是当杂波和目标同时存在时的雷达回波的典型功率谱密度示意图；

图3是MTI滤波器的频率响应示意图；

图4是MTI滤波器的输出示意图；

图5是三重PRF解速度模糊(以零频率为起始遍历)示意图；

图6是两重PRF解GMTI速度模糊(以主杂波中心频率为起始遍历)示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

GMTI流程如图1所示。首先对多通道的雷达原始回波数据进行通道校准和运动补偿等前期处理。接着，进行MTI杂波对消。其中MTI滤波器滤除杂波的过程如图2-图4所示，在脉冲雷达中MTI滤波器就是利用杂波与运动目标的多普勒频率的差异，使得滤波器的频率响应在杂波谱的位置形成“凹口”，以抑制杂波，而让动目标回波通过后的损失尽量小。地面雷达的杂波谱通常集中于直流(多普勒频率f_d＝0)和雷达重复频率f_r的整数倍处，但是在机载雷达上还需要考虑地面相对载机的多普勒频率f_p。最后，进行地面动目标检测，解算目标角度、距离和速度等信息。

在地面动目标速度信息解算的过程中，考虑到低重复频率脉冲波形具有测距不模糊、测速模糊的特点，工程师主要运用了两类方法。

第一类是通过距离微分解算目标经向速度。这种解算方法得到的速度精度取决于多次距离测量值的精度，误差比较大。

第二类是通过延拓和相关处理的策略解模糊重数、进而得到目标经向速度的方法。解多普勒速度模糊的方法同解算距离模糊类似，即延拓和相关处理。如图5所示，速度延拓就是对检测到的模糊径向速度增加一组带符号的整数倍的PRF速度(第一盲速)，即

M∈[-J … 0 ... K] (2)；

式中，

代表第一盲速(PRF对应的相对速度)；F_c是经过质心处理的目标回波多普勒滤波器序号；N_FFT是多普勒滤波器组中的滤波器个数，即FFT的点数；[-J…0...K]代表覆盖感兴趣目标最大正负多普勒速度范围的多普勒模糊数。低脉冲重复频率波形回波的速度模糊重数求解需要进行大范围的遍历，时间和资源浪费严重。

鉴于以上两种常用的解地面动目标速度的方法都存在缺陷，本发明提出了一种基于GMTI的快速解算目标速度的方法，包括如下步骤：

步骤一、分别对低脉冲重复频率波形PRF₁和PRF₂回波进行MTI滤波、脉冲压缩后进行快速傅里叶变换，检测出CAFAR目标的模糊频率分别为F₁、F₂以及主杂波频率分别为F_Z1、F_Z2，其中，PRF₁对应的多普勒频率为f₁，PRF₂对应的多普勒频率为f₂；其中，f₁和f₂设置为相差在预定数值内的互质数，预定数值优选为10Hz。

步骤二、分别计算低脉冲重复频率波形PRF₁和PRF₂条件下目标相对主杂波的多普勒频移F₁-F_Z1+M₁f₁和F₂-F_Z2+M₂f₂，其中，M₁和M₂分别为低脉冲重复频率波形PRF₁和PRF₂的模糊重数。

步骤三、分别计算低脉冲重复频率波形PRF₁和PRF₂条件下目标相对主杂波的速度V_t ¹和V_t ²；

具体地，分别通过如下公式(3)、(4)计算速度V_t ¹和V_t ²：

步骤四、判断步骤三中速度V_t ¹和V_t ²的差值满足解模糊门限阈值V_th；如果满足，则速度V_t ¹和V_t ²为目标速度；如果不满足，则重新确定步骤二中的模糊重数，并重复步骤三到步骤四。

具体地，在步骤四中，是通过如下关系式(7)来判断速度V_t ¹和V_t ²的差值是否满足解模糊门限阈值V_th：

进一步，如图6所示，地面动目标相对主杂波的速度，为目标绝对速度在载机和目标之间连线的投影，一般速度比较小，即有：

max(V_t ¹,V_t ²)＜V_max (5)；

其中V_max为地面目标最大的绝对速度。

根据多普勒效应：

以f₁＝1001Hz、f₂＝1008Hz、波长λ＝30mm的雷达低脉冲重复波形为例，第一盲速(PRF对应的相对速度)

和

分别为15.015m/s和15.120m/s。

一般公路上车辆速度在40m/s(144km/h)，即V_max＝40m/s以内，在求解下式时M₁和M₂在{-3,-2,-1,0,1,2,3}中的整数遍历，可以找到地面动目标速度的准确解：

其中V_th为解算速度误差阈值。

最终，遍历至M₁＝0、M₂＝0时，求解满足|V_t ¹-V_t ²|≤V_th。

综上所述，本申请的基于GMTI的快速解算目标速度的方法，在解算模糊重数时，根据地面动目标的速度分布特点，以主杂波所在频率为起始进行小范围遍历，其方法简单、易于工程实现，能够快速解算出地面动目标的速度信息，软硬件资源需求少。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于GMTI的快速解算目标速度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、分别对低脉冲重复频率波形PRF₁和PRF₂回波进行MTI滤波、脉冲压缩后进行快速傅里叶变换，检测出目标的模糊频率分别为F₁、F₂以及主杂波频率分别为F_Z1、F_Z2，其中，PRF₁对应的多普勒频率为f₁，PRF₂对应的多普勒频率为f₂；

步骤二、分别计算低脉冲重复频率波形PRF₁和PRF₂条件下目标相对主杂波的多普勒频移F₁-F_Z1+M₁f₁和F₂-F_Z2+M₂f₂，其中，M₁和M₂分别为低脉冲重复频率波形PRF₁和PRF₂的模糊重数；

步骤三、分别计算低脉冲重复频率波形PRF₁和PRF₂条件下目标相对主杂波的速度V_t ¹和V_t ²；

步骤四、判断步骤三中速度V_t ¹和V_t ²的差值满足解模糊门限阈值V_th；如果满足，则速度V_t ¹和V_t ²为目标速度；如果不满足，则重新确定步骤二中的模糊重数，并重复步骤三到步骤四。

2.根据权利要求1所述的基于GMTI的快速解算目标速度的方法，其特征在于，在所述步骤一中，f₁和f₂设置为相差在预定数值内的互质数。

3.根据权利要求2所述的基于GMTI的快速解算目标速度的方法，其特征在于，在所述步骤三中，分别通过如下公式(3)计算速度V_t ¹：

其中，λ为波长。

4.根据权利要求3所述的基于GMTI的快速解算目标速度的方法，其特征在于，在所述步骤三中，分别通过如下公式(4)计算速度V_t ²：

5.根据权利要求2所述的基于GMTI的快速解算目标速度的方法，其特征在于，在所述步骤四中，是通过如下关系式(7)来判断速度V_t ¹和V_t ²的差值是否满足解模糊门限阈值V_th：

其中，λ为波长。

6.根据权利要求2所述的基于GMTI的快速解算目标速度的方法，其特征在于，所述预定数值为10Hz。

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