CN110806566A - 采用多窗联合进行雷达目标检测的方法、装置及雷达系统 - Google Patents

Abstract

本申请设计一种采用多窗联合进行雷达目标检测的方法，方法包括：接收回波信号；对回波信号的距离维和频率维进行一次脉冲压缩并加窗处理，之后进行二维恒虚警率检测获得第一组检测结果；对回波信号的距离维和频率维进行脉二次冲压缩并加窗处理，其中二次加窗类型不同于一次，之后进行二维恒虚警率检测获得第二组检测结果；若第二组检测结果中目标对应的距离门和频率门在第一组检测结果中不存在，则此为旁瓣虚警，若第二组检测结果中的目标存在于第一组检测结果中，则将第二组检测结果中的目标解算的距离和频率作为目标的真实距离和频率。与现有技术中采用固定某一种类型窗函数加窗方式相比，本申请的方法最大限度的利用不同加窗类型抑制旁瓣虚警。

Description

采用多窗联合进行雷达目标检测的方法、装置及雷达系统

技术领域

本申请属于雷达信号处理技术领域，特别涉及一种采用多窗联合进 行雷达目标检测的方法、装置及雷达系统。

背景技术

脉冲多普勒雷达(Pulse-Doppler Radar，PD雷达)是利用多普勒原理 在频域进行目标检测的雷达，将多普勒效应应用于机载雷达可以使雷达 从强地杂波中检测出运动目标。根据工作状态的不同选取对应的脉冲重 复频率，脉冲重复频率分为高重、中重和低重三种。

快时间维采用匹配滤波方法进行距离检测，可以采用点频或者线性 调频方式，采用线性调频方式可以解决距离分辨率和探测距离之间矛盾。 慢时间维通过FFT进行相参积累，既可以提高目标回波信噪比又能解算出 速度。

由于脉冲压缩以及相参处理输出均为sinc函数形式，其峰值主副瓣比 只有-13.2dB。在实际工程中高副瓣将影响对目标的检测，容易产生虚警 或受到干扰等。因此在雷达信号处理中，距离维和频率维检测过程都需 要进行加窗处理。

引入加窗措施实质是对信号进行失配处理，它使旁瓣得到抑制的同 时，也会使输出信号包络主瓣降低、变宽。因此加窗类型的选择需要折 衷考虑旁瓣抑制和距离分辨率的恶化。常见的几种加窗函数如下表1所示：

表1几种加权函数的性能比较

参见图1所示，两个同一速度(频率)、不同距离的目标，在二维频 谱图中引起的在距离门上的旁瓣较为明显，但是两个目标的距离上的可 分辨度更高(两个尖峰更细，主瓣宽度更窄)。

参见图2所示，两个同一速度(频率)、不同距离的目标，在二维频 谱图中引起的在距离门上的旁瓣相对于图1被抑制，不明显，但是两个目 标的距离上的可分辨度变低(两个尖峰更宽，主瓣宽度变宽，更容易混 合到一起而不能分辨)。

参见图3所示，两个同一距离、不同速度(频率)的目标，在二维频 谱图中引起的在频率门上的旁瓣较为明显，但是两个目标的频率上的可 分辨度变高(两个尖峰更细，主瓣宽度更窄)。

参见图4所示，两个同一距离、不同速度(频率)的目标，在二维频 谱图中引起的在频率门上的旁瓣相对于图3被抑制，不明显，但是两个目 标的频率上的可分辨度变低(两个尖峰更宽，主瓣宽度变宽，更容易混 合到一起而不能分辨)。

由上述四副频谱图可以看出，加矩形窗进行距离维脉冲压缩后得到 回波信号分辨率高于加海明窗，更容易分辨相邻距离目标。但是相应距 离维旁瓣高于加海明窗，从而距离维虚警增多。同理，加矩形窗进行速 度维FFT后得到回波信号分辨率高于海明窗，更容易分辨相邻速度目标。 但是相应频率维旁瓣高于海明窗，从而速度维虚警增多。

因此，不论在何种情况下，采用单一的加窗处理方式均会产生一定 的缺点。

发明内容

本申请的目的是提供了一种采用多窗联合进行雷达目标检测的方法、 装置及雷达系统，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

在第一方面，本申请提供了一种采用多窗联合进行雷达目标检测的 方法，所述方法包括：

接收回波信号；

对回波信号的距离维和频率维进行一次脉冲压缩并加窗处理，其中， 距离维和频率维的加窗类型相同，根据一次加窗处理后的距离维和频率 维频谱进行二维恒虚警率检测获得第一组检测结果；

对回波信号的距离维和频率维进行脉二次冲压缩并加窗处理，其中， 距离维和频率维的加窗类型相同且不同于一次加窗类型，根据二次加窗 处理后的距离维和频率维频谱进行二维恒虚警率检测获得第二组检测结 果；

判断所述第一组检测结果和第二组检测结果，若第二组检测结果中 的目标对应的距离门和频率门在第一组检测结果中不存在，则所述目标 为二次加窗处理中的加窗类型所导致的旁瓣虚警，若第二组检测结果中 的目标存在于第一组检测结果中，则将第二组检测结果中的目标解算的 距离和频率作为目标的真实距离和频率。

在本申请的方法中，所述加窗类型包括海明窗、泰勒窗、汉宁窗、 凯撒窗和切比雪夫窗。

在本申请的方法中，所述二次加窗处理采用矩形窗。

在第二方面，本申请提出了一种采用多窗联合进行雷达目标检测的 装置，所述装置包括：

信号接收模块，用于接收回波信号；

一次处理模块，用于对回波信号的距离维和频率维进行一次脉冲压 缩并加窗处理，其中，距离维和频率维的加窗类型相同，根据一次加窗 处理后的距离维和频率维频谱进行二维恒虚警率检测获得第一组检测结 果；

二次处理模块，对回波信号的距离维和频率维进行脉二次冲压缩并 加窗处理，其中，距离维和频率维的加窗类型相同且不同于一次加窗类 型，根据二次加窗处理后的距离维和频率维频谱进行二维恒虚警率检测 获得第二组检测结果；

数据判断模块，用于判断所述第一组检测结果和第二组检测结果， 若第二组检测结果中的目标对应的距离门和频率门在第一组检测结果中 不存在，则所述目标为二次加窗处理中的加窗类型所导致的旁瓣虚警， 若第二组检测结果中的目标存在于第一组检测结果中，则将第二组检测 结果中的目标解算的距离和频率作为目标的真实距离和频率。

在本申请的装置中，在一次处理模块和/或二次处理模块进行加窗处 理过程中，所述加窗类型包括海明窗、泰勒窗、汉宁窗、凯撒窗和切比 雪夫窗。

在本申请的装置中，在二次处理模块进行二次加窗处理过程中采用 矩形窗。

在第三方面，本申请提供了一种雷达系统，所述雷达系统包括处理 机，所述处理机执行如上任一所述的采用多窗联合进行雷达目标检测的 方法。

在最后一方面，本申请提供了一种雷达系统，所述雷达系统包括：

一个或多个处理装置；

存储装置，其上存储有一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理装置执行，使得所述 一个或多个处理器实现如上任一所述的方法。

本申请的方法能够最大限度减小加窗函数对雷达信号处理目标检测 的影响，并提高雷达的性能，与现有技术相比具有如下优点：

1)与现有采用固定某一种类型窗函数加窗方式相比，本申请的方法 最大限度的利用不同加窗类型抑制旁瓣虚警和提高距离分别率以及降低 信噪比；

2)本申请的方法通过在雷达信号处理检测流程处实现，相对原来信 号处理算法改动较小，可以通过仅增加部分存储资源以及处理时间来获 取目标检测的最佳性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地 介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为现有技术中同一频率门距离存在偏差加矩形窗频谱图。

图2为现有技术中同一频率门距离存在偏差加海明窗频谱图。

图3为现有技术中同一距离门速度存在偏差加矩形窗频谱图。

图4为现有技术中同一距离门速度存在偏差加海明窗频谱图。

图5为本申请的采用多窗联合进行雷达目标检测的方法流程图。

图6为本申请的采用多窗联合进行雷达目标检测的装置框架图。

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。

为了完善雷达信号处理目标距离和速度检测过程中采用的单一加窗 方式的局限性，本申请提出一种同时采用不同类型窗函数进行目标距离 和速度检测，解决旁瓣虚假抑制和距离分别率以及信噪比恶化的问题。

如图5所示，本申请的采用多窗联合进行雷达目标检测的方法包括如 下步骤内容：

S10、雷达接收回波信号，经过AD采样以及数字下变频后得到数字 基带信号。

S20、对回波信号进行的距离维脉冲压缩，加窗类型选择海明窗，对 回波信号进行频率维进行FFT变化(相参处理)，加窗类型同样选择海明 窗。将第一处理得到的距离维和频率维(速度维)频谱进行二维恒虚警 率(Constant False-Alarm Rate，CFAR)检测得到第一组检测结果，第一 组检测结果存储在数组A。例如，存储第一组检测结果的数组A为[(467， 93，98.26)，(420，75，98.24)，(320，80，70)]。

S30、同时将AD采样后的数字基带信号进行距离维脉冲压缩，加窗 类型选择矩形窗。后续频率维进行FFT变化(相参处理)，加窗类型选择 矩形窗。将第二次得到的距离维和速度维频谱进行二维CFAR检测得到第 二组检测结果，第二组检测结果存储于数组B。例如，存储第二组检测结 果的数组B为[(450，90，98)，(421，73，96.5)，(320，81，68.5)]。

S40、如果数组B中的目标对应的距离门和频率门在数组A中不存在， 则删除对应目标。例如，根据上述实施例，删除对应目标后的数组B为[()， (421，73，96.5)，(320，81，68.5)]

如果数组B中目标也存在数组A中，则将数组B中目标解算的距离和 速度作为最终检测结果。

通过对比第一组检测结果和第二组检测结果，可以表第二次检测结 果中由于加窗类型可以所导致旁瓣虚静，从而可以剔除虚静目标。

需要说明的是，上述实施例中，第一次信号加窗处理和第二次信号 加窗处理中的加窗类型仅为示意性，其也可以为海明窗、泰勒窗、汉宁 窗、凯撒窗或切比雪夫窗。但第二次加窗处理中，加窗类型优先采用矩 形窗。

此外，上述实施例中，数组A和数组B中的值允许存在一定范围内的 偏差，在满足偏差的情况下，仍可认为数组B内的目标值等于或存在于数 组A中。

如图6所示，本申请还提出了一种采用多窗联合进行雷达目标检测的 装置50，所述装置50包括：信号接收模块51，用于接收回波信号；一次 处理模块52，用于对回波信号的距离维和频率维进行一次脉冲压缩并加 窗处理，其中，距离维和频率维的加窗类型相同，根据一次加窗处理后 的距离维和频率维频谱进行二维恒虚警率检测获得第一组检测结果；二 次处理模块53，对回波信号的距离维和频率维进行脉二次冲压缩并加窗 处理，其中，距离维和频率维的加窗类型相同且不同于一次加窗类型， 根据二次加窗处理后的距离维和频率维频谱进行二维恒虚警率检测获得 第二组检测结果；数据判断模块54，用于判断所述第一组检测结果和第 二组检测结果，若第二组检测结果中的目标对应的距离门和频率门在第 一组检测结果中不存在，则所述目标为二次加窗处理中的加窗类型所导 致的旁瓣虚警，若第二组检测结果中的目标存在于第一组检测结果中， 则将第二组检测结果中的目标解算的距离和频率作为目标的真实距离和 频率。

在本申请的装置50中，在一次处理模块52和/或二次处理模块53进行 加窗处理过程中，所述加窗类型包括海明窗、泰勒窗、汉宁窗、凯撒窗 和切比雪夫窗。

在本申请的装置50中，在二次处理模块53进行二次加窗处理过程中 采用矩形窗。

最后，最后，本申请提供了一种雷达系统，雷达系统包括：一个或 多个处理装置；存储装置，其上存储有一个或多个程序；当一个或多个 程序被一个或多个处理装置执行，使得一个或多个处理器实现如上任一 的方法。

其中，处理装置可以由雷达系统中的处理机担任，也可以另外增加 处理装置。

本申请的方法、装置及雷达系统简单实用，最大限度减小加窗函数 对雷达信号处理目标检测的影响，并提高雷达的性能，与现有技术相比 具有如下优点：

1)与现有采用固定某一种类型窗函数加窗方式相比，本申请的方法 最大限度的利用不同加窗类型抑制旁瓣虚警和提高距离分别率以及降低 信噪比；

2)本申请的方法通过在雷达信号处理检测流程处实现，相对原来信 号处理算法改动较小，可以通过仅增加部分存储资源以及处理时间来获 取目标检测的最佳性能。

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 (7)

1.一种采用多窗联合进行雷达目标检测的方法，其特征在于，所述方法包括

接收回波信号；

对回波信号的距离维和频率维进行一次脉冲压缩并加窗处理，其中，距离维和频率维的加窗类型相同，根据一次加窗处理后的距离维和频率维频谱进行二维恒虚警率检测获得第一组检测结果；

对回波信号的距离维和频率维进行脉二次冲压缩并加窗处理，其中，距离维和频率维的加窗类型相同且不同于一次加窗类型，根据二次加窗处理后的距离维和频率维频谱进行二维恒虚警率检测获得第二组检测结果；

判断所述第一组检测结果和第二组检测结果，若第二组检测结果中的目标对应的距离门和频率门在第一组检测结果中不存在，则所述目标为二次加窗处理中的加窗类型所导致的旁瓣虚警，若第二组检测结果中的目标存在于第一组检测结果中，则将第二组检测结果中的目标解算的距离和频率作为目标的真实距离和频率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加窗类型包括海明窗、泰勒窗、汉宁窗、凯撒窗和切比雪夫窗。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述二次加窗处理采用矩形窗。

4.一种采用多窗联合进行雷达目标检测的装置，其特征在于，所述装置包括

信号接收模块，用于接收回波信号；

一次处理模块，用于对回波信号的距离维和频率维进行一次脉冲压缩并加窗处理，其中，距离维和频率维的加窗类型相同，根据一次加窗处理后的距离维和频率维频谱进行二维恒虚警率检测获得第一组检测结果；

二次处理模块，对回波信号的距离维和频率维进行脉二次冲压缩并加窗处理，其中，距离维和频率维的加窗类型相同且不同于一次加窗类型，根据二次加窗处理后的距离维和频率维频谱进行二维恒虚警率检测获得第二组检测结果；

数据判断模块，用于判断所述第一组检测结果和第二组检测结果，若第二组检测结果中的目标对应的距离门和频率门在第一组检测结果中不存在，则所述目标为二次加窗处理中的加窗类型所导致的旁瓣虚警，若第二组检测结果中的目标存在于第一组检测结果中，则将第二组检测结果中的目标解算的距离和频率作为目标的真实距离和频率。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在一次处理模块和/或二次处理模块进行加窗处理过程中，所述加窗类型包括海明窗、泰勒窗、汉宁窗、凯撒窗和切比雪夫窗。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在二次处理模块进行二次加窗处理过程中采用矩形窗。

7.一种雷达系统，其特征在于，所述雷达系统包括：

一个或多个处理装置；

存储装置，其上存储有一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理装置执行，使得所述一个或多个处理装置实现如权利要求1至3中任一所述的方法。

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