CN116718989A - 一种大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法 - Google Patents

一种大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法，包括：获取三个接收通道数据；对接收通道数据Ⅰ/Ⅱ进行分段处理；利用直达波通道数据对导航卫星信号进行捕获与码环跟踪，确定导航卫星的匹配滤波函数，并与分段处理后的接收通道数据Ⅰ/Ⅱ进行时域相关处理；构造补偿函数D(f,tR)，乘以目标区域回波接收通道Ⅰ/Ⅱ的回波数据，并修正传统Keystone变换参数；采用修正后的Keystone变换进行Keystone变换；段内采用相干积累，段间采用非相干积累，恒虚警检测目标。本发明通过构建双通道补偿函数，并与Keystone变换相结合，避免了求取补偿因子的复杂矩阵运算，一次性校正距离走动和杂波相位差，实现较好的杂波抑制效果。

Description

一种大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法。
背景技术
传统地基外辐射源雷达接收的杂波主要集中在多普勒零频附近，而机载外辐射源雷达接收的地面杂波因为载机平台的运动而产生多普勒扩展，基于天基辐射源的机载外辐射源雷达杂波环境更加复杂，不仅由于无人机平台运动造成杂波谱的展宽，而且由于阵列天线口径较大，惯导给出的飞行方向与速度的误差会给对消增加额外的相位差，这些因素都造成传统自适应杂波对消方法已无法直接对杂波进行有效对消，影响目标检测效果。
为了消除地海杂波对目标探测的影响，通用的做法是利用双天线接收到的信号进行杂波对消，对消的基本原理是基于静止杂波在短时间内的稳定性，利用双通道接收信号对消掉静止杂波。静止目标在各通道间仅相差一个固定相位，而运动目标的多普勒参数随时间变化，在不同子处理区间中多普勒参数不同，位置也不同。利用这种差异，对双通道数据可以进行杂波对消，从而使运动目标被保留下来。但目前对消算法基于前提是对消区域位于双天线口面法线为中心，方位±20°区域，在该区域内双天线接收到的杂波几乎相同，可以忽略由惯导等给出的飞行方向与真实飞行方向偏差造成的额外附加相位的影响。但基于太阳能无人机的外辐射源雷达要求方位向全向探测，加之天线尺寸巨大，此时额外附加相位误差将不能被忽略，加之积累时间较长，多普勒分辨率提升，目标距离走动也会进一步影响杂波对消后目标判断效果。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法，针对由于阵列天线口径较大和长时间相干积累造成的杂波相位误差与距离走动相互耦合、验证影响双通道杂波对消效果的问题，通过构建双通道补偿函数，并与Keystone变换相结合，避免了求取补偿因子的复杂矩阵运算，修正传统Keystone变换参数，一次性校正距离走动和杂波相位差，实现较好的杂波抑制效果。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法，包括：
步骤1，通过雷达接收目标散射区域回波，将全向端射阵列天线一分为二分成两个子阵：子阵Ⅰ和子阵Ⅱ；其中，子阵Ⅰ和子阵Ⅱ分别对应目标区域回波接收通道Ⅰ和目标区域回波接收通道Ⅱ；
步骤2，获取三个接收通道数据：直达波通道数据、接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ；
步骤3，对接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ进行分段处理，段内为快时间，段间为慢时间；
步骤4，利用直达波通道数据对导航卫星信号进行捕获与码环跟踪，解算电文信息获得电文调制方式和卫星编号，并利用获得的电文调制方式对接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ进行导航电文数据调制剥离，再利用获得的卫星编号确定该导航卫星的匹配滤波函数；最后，利用确定的匹配滤波函数与步骤3分段处理后的接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ进行时域相关处理，完成对回波信号的匹配滤波；
步骤5，根据由惯导给出的太阳能无人机飞行方向与初始天线基准方向的夹角φ0，确定太阳能无人机飞行方向与初始天线基准方向的夹角的估计值
步骤6，对于经过步骤3分段处理后的接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ，由于段内不存在距离走动，只在段间存在距离走动问题，因此，相位变量只与快时间有关，而与慢时间无关，因此在快时间频域-慢时间域构造补偿函数D(f,tR)：
其中，f表示快时间频率，fc表示载波频率，vz表示太阳能无人机平台地速，L表示子阵Ⅰ和子阵Ⅱ的中心间距，tR表示虚拟慢时间，Δt表示变化时间，Δt＝L/vz；
步骤7，利用步骤6构造的补偿函数，乘以步骤4的目标区域回波接收通道Ⅰ和目标区域回波接收通道Ⅱ的回波数据，并修正传统Keystone变换参数；采用修正后的Keystone变换对本步骤得到的回波信号进行Keystone变换，实现距离单元补偿，同时校正目标距离走动和相位孔径误差；
步骤8，段内采用相干积累，段间采用非相干积累，恒虚警检测目标，若无目标则跳转到步骤5，且Δφn＝Δφn-1+0.5°；若检测到目标或Δφn＝φmax，则跳转到步骤3进行下一个周期的目标检测处理。
在上述大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法中，直达波通道数据为：通过直达波接收通道接收到的数据；接收通道数据Ⅰ为：通过目标区域回波接收通道Ⅰ接收的数据；接收通道数据Ⅱ为：通过目标区域回波接收通道Ⅱ接收的数据。
在上述大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法中，还包括：
根据当前雷达作战需求确定目标区域指向角度；
根据确定的目标区域指向角度，从预先存储的权值数据库中选取权值，利用DBF处理技术分别对子阵Ⅰ和子阵Ⅱ信号进行加权处理，形成两个回波接收通道：目标区域回波接收通道Ⅰ和目标区域回波接收通道Ⅱ。
在上述大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法中，权值，包括：幅度和相位。
在上述大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法中，对接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ进行分段处理的目的是：使段内无相对径向速度引起的距离走动的同时保证通过段间的平移能满足双通道对消的条件。
在上述大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法中，
其中，Δφ表示由误差造成的角度偏差，按照0.5°步长搜索，即：
Δφ＝[-φmax:0.5°:φmax],Δφ0＝-φmax
其中，±φmax表示太阳能无人机最大角度误差。
在上述大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法中，修正后的Keystone变换的快时间tr为：
本发明具有以下优点：
本发明公开了一种大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法，通过构建由于全向大尺寸双天线造成的相位偏差函数，同时将补偿操作与运动补偿操作进行一体化设计，利用修正的Keystone变换同时补偿相位偏差和目标速度走动，可以有效的抑制杂波，提升运动目标的检测能力。
附图说明
图1是本发明实施例中一种相干积累前幅度示意图；
图2是本发明实施例中一种相干化后多源融合后幅度示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
在本实施例中，该大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法，包括：
步骤1，通过雷达接收目标散射区域回波，将全向端射阵列天线一分为二分成两个子阵：子阵Ⅰ和子阵Ⅱ；其中，子阵Ⅰ和子阵Ⅱ分别对应目标区域回波接收通道Ⅰ和目标区域回波接收通道Ⅱ。
步骤2，获取三个接收通道数据：直达波通道数据、接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ。
在本实施例中，直达波通道数据为：通过直达波接收通道接收到的数据；接收通道数据Ⅰ为：通过目标区域回波接收通道Ⅰ接收的数据；接收通道数据Ⅱ为：通过目标区域回波接收通道Ⅱ接收的数据。
优选的，对于接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ，有：根据当前雷达作战需求确定目标区域指向角度；根据确定的目标区域指向角度，从预先存储的权值数据库中选取权值(包括幅度和相位)，利用DBF处理技术分别对子阵Ⅰ和子阵Ⅱ信号进行加权处理，形成两个回波接收通道：目标区域回波接收通道Ⅰ和目标区域回波接收通道Ⅱ。
步骤3，对接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ进行分段处理，段内为快时间，段间为慢时间。
在本实施例中，对接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ进行分段处理的目的是：使段内无相对径向速度引起的距离走动的同时保证通过段间的平移能满足双通道对消的条件，即分段后接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ的等效脉冲重复周期Td满足以下条件：
Td≤c/(Bvmax)
其中，c表示光速。
步骤4，利用直达波通道数据对导航卫星信号进行捕获与码环跟踪，解算电文信息获得电文调制方式和卫星编号，并利用获得的电文调制方式对接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ进行导航电文数据调制剥离，再利用获得的卫星编号确定该导航卫星的匹配滤波函数；最后，利用确定的匹配滤波函数与步骤3分段处理后的接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ进行时域相关处理，完成对回波信号的匹配滤波。
步骤5，根据由惯导给出的太阳能无人机飞行方向与初始天线基准方向的夹角φ0，确定太阳能无人机飞行方向与初始天线基准方向的夹角的估计值
在本实施例中，其中，Δφ表示由误差(飞行不平稳性、机动性、惯导数据延迟性等误差)造成的角度偏差。
仿真分析结果表明，当对消天线基线长度大于100λ、角度误差大于2.5°时，杂波对消效果将影响目标检测效果。根据太阳能无人机最大角度误差±φmax，可以按照0.5°步长搜索补偿，即：
Δφ＝[-φmax:0.5°:φmax],Δφ0＝-φmax
步骤6，对于经过步骤3分段处理后的接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ，由于段内不存在距离走动，只在段间存在距离走动问题，因此，相位变量只与快时间有关，而与慢时间无关，因此在快时间频域-慢时间域构造补偿函数D(f,tR)：
其中，f表示快时间频率，fc表示载波频率，vz表示太阳能无人机平台地速，L表示子阵Ⅰ和子阵Ⅱ的中心间距，tR表示虚拟慢时间，Δt表示变化时间，Δt＝L/vz。
步骤7，利用步骤6构造的补偿函数，乘以步骤4的目标区域回波接收通道Ⅰ和目标区域回波接收通道Ⅱ的回波数据，并修正传统Keystone变换参数；采用修正后的Keystone变换对本步骤得到的回波信号进行Keystone变换，实现距离单元补偿，同时校正目标距离走动和相位孔径误差。
在本实施例中，修正后的Keystone变换的快时间tr为：
步骤8，段内采用相干积累，段间采用非相干积累，恒虚警检测目标，若无目标则跳转到步骤5，且Δφn＝Δφn-1+0.5°；若检测到目标或Δφn＝φmax，则跳转到步骤3进行下一个周期的目标检测处理。
在本实施例中，为了验证本发明提出的大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法的有效性，仿真对比了利用本发明提出方法前后的目标检测结果。为了验证机载外辐射源雷达目标检测性能，在回波信号中仿真加入一个目标回波信号，如图1所示，图1(a)表示空时杂波抑制前回波信号相干+非相干处理结果，目标信号淹没在杂波和噪声之中无法被检测；图2(b)表示经本专利处理后目标检测结果，出现明显可检测目标峰值。该实验表明经本发明方法处理后，回波信号中的空时杂波得到有效抑制，实现机载外辐射源雷达的目标探测。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法，其特征在于，包括：
步骤1，通过雷达接收目标散射区域回波，将全向端射阵列天线一分为二分成两个子阵：子阵Ⅰ和子阵Ⅱ；其中，子阵Ⅰ和子阵Ⅱ分别对应目标区域回波接收通道Ⅰ和目标区域回波接收通道Ⅱ；
步骤2，获取三个接收通道数据：直达波通道数据、接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ；
步骤3，对接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ进行分段处理，段内为快时间，段间为慢时间；
步骤4，利用直达波通道数据对导航卫星信号进行捕获与码环跟踪，解算电文信息获得电文调制方式和卫星编号，并利用获得的电文调制方式对接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ进行导航电文数据调制剥离，再利用获得的卫星编号确定该导航卫星的匹配滤波函数；最后，利用确定的匹配滤波函数与步骤3分段处理后的接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ进行时域相关处理，完成对回波信号的匹配滤波；
步骤5，根据由惯导给出的太阳能无人机飞行方向与初始天线基准方向的夹角φ0，确定太阳能无人机飞行方向与初始天线基准方向的夹角的估计值
步骤6，对于经过步骤3分段处理后的接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ，由于段内不存在距离走动，只在段间存在距离走动问题，因此，相位变量只与快时间有关，而与慢时间无关，因此在快时间频域-慢时间域构造补偿函数D(f,tR)：
其中，f表示快时间频率，fc表示载波频率，vz表示太阳能无人机平台地速，L表示子阵Ⅰ和子阵Ⅱ的中心间距，tR表示虚拟慢时间，Δt表示变化时间，Δt＝L/vz；
步骤7，利用步骤6构造的补偿函数，乘以步骤4的目标区域回波接收通道Ⅰ和目标区域回波接收通道Ⅱ的回波数据，并修正传统Keystone变换参数；采用修正后的Keystone变换对本步骤得到的回波信号进行Keystone变换，实现距离单元补偿，同时校正目标距离走动和相位孔径误差；
步骤8，段内采用相干积累，段间采用非相干积累，恒虚警检测目标，若无目标则跳转到步骤5，且Δφn＝Δφn-1+0.5°；若检测到目标或Δφn＝φmax，则跳转到步骤3进行下一个周期的目标检测处理。
2.根据权利要求1所述的大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法，其特征在于，直达波通道数据为：通过直达波接收通道接收到的数据；接收通道数据Ⅰ为：通过目标区域回波接收通道Ⅰ接收的数据；接收通道数据Ⅱ为：通过目标区域回波接收通道Ⅱ接收的数据。
3.根据权利要求2所述的大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法，其特征在于，还包括：
根据当前雷达作战需求确定目标区域指向角度；
根据确定的目标区域指向角度，从预先存储的权值数据库中选取权值，利用DBF处理技术分别对子阵Ⅰ和子阵Ⅱ信号进行加权处理，形成两个回波接收通道：目标区域回波接收通道Ⅰ和目标区域回波接收通道Ⅱ。
4.根据权利要求3所述的大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法，其特征在于，权值，包括：幅度和相位。
5.根据权利要求1所述的大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法，其特征在于，对接收通道数据Ⅰ和接收通道数据Ⅱ进行分段处理的目的是：使段内无相对径向速度引起的距离走动的同时保证通过段间的平移能满足双通道对消的条件。
6.根据权利要求1所述的大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法，其特征在于，
其中，Δφ表示由误差造成的角度偏差，按照0.5°步长搜索，即：
Δφ＝[-φmax:0.5°:φmax],Δφ0＝-φmax
其中，±φmax表示太阳能无人机最大角度误差。
7.根据权利要求1所述的大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法，其特征在于，修正后的Keystone变换的快时间tr为：
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