CN116736297B - 一种异构多帧联合相参积累方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异构多帧联合相参积累方法,属于雷达信号处理与目标检测领域,首先通过改进Keystone变换实现了距离徙动与多普勒偏移的校正。然后,通过详细推导由异构引入的失配相位表达式,并结合分数化距离门的设置,实现了对于固定相位的显式补偿。最后,通过慢时间FFT实现了多帧相参积累。本发明大大降低了实现异构多帧相参积累所需的计算量,提高了算法的实时性,保障了实时检测微弱目标的可能性。
Description
技术领域
本发明属于雷达信号处理与目标检测领域,具体涉及一种异构多帧联合相参积累方法。
背景技术
现有脉冲多普勒体制雷达多采用相控阵天线,其具有快速波束扫描、灵活改变工作参数、抗干扰能力强、可靠性高、体积小、功耗低等优势,适应于现代雷达系统对高性能和多功能性的需求,在多领域具有广泛应用。在军事方面,其可用于空中监视、导弹防御、目标识别和空中作战等任务;在民用领域,其可用于天气预报、航空交通管制、地质勘探和无人机监测等。
在实际应用中,脉冲多普勒体制雷达会在扫描过程中灵活地改变工作参数,以应对多空间指向或距离处的目标探测需求,此处工作参数指的是载频、带宽、脉宽、脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency,PRF)、幅度等。定义雷达向同一个空间指向以相同的工作参数发射并接收信号的时间间隔(即相邻两次切换工作参数的时间间隔)为一个相干处理间隔(Coherent Processing Interval,CPI),或称为一帧。当微弱目标出现于雷达在不同空间指向形成的发射波束的交叠区域时,其会被不同CPI的雷达信号照射到,由此产生具有不同工作参数的回波,也即其回波是异构的,该场景示意图如图1所示,图中为时间,,/>,/>为发射信号,/>,/>,/>为发射信号载频,/>,/>,为发射信号带宽,/>,/>,/>为发射信号时宽,/>,/>,/>为发射信号重复频率。由于目标反射信号微弱以及背景杂波干扰,导致杂波抑制后的信杂噪比依然较低,仅凭单帧回波数据的积累往往无法提供足够的输出信噪比,从而导致目标难以被准确检测和定位。因此,联合异构多帧回波实现相参积累成为了一种提高微弱目标检测性能的潜在手段。
在观测时间内,目标的运动可能引起距离徙动,使得目标回波能量分散在多个距离门,从而导致输出信噪比的损失。为了提高相参积累增益,需要把目标能量校正到同一个距离门,传统方法采用Keystone变换作为一种常用的距离徙动校正方法,有着无需目标速度的先验知识且对噪声不敏感等优势,被广泛用于多帧相参积累中。然而,由于回波的异构性,使得多帧积累时帧间多普勒频率无法对齐,且相位非相参,传统的基于Keystone变换的多帧相参积累方法无法直接用于回波具有异构性的情况,因此需要进一步考虑由载频和PRF变化所引起的帧间多普勒频移和固定相位失配,这些问题给多帧相参积累提出了更大的挑战。
现有一种基于改进Keystone变换的多载频信号多普勒相位补偿技术,能够校准由载频与PRF差异引起的多源间多普勒差异,将此项技术引入多帧相参积累领域,能够解决异构引起的多普勒频率未对齐问题。在此基础之上,结合已有的固定相位补偿方法,如最小化图像熵方法,通过遍历固定相位,将满足距离-多普勒图像熵最小化的固定相位作为其估计值。最后,通过慢时间快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)实现异构多帧的相参积累。上述是基于现有方法的针对异构多帧相参积累问题的一个解决途径,其流程框图如图2所示。图中实线部分是多普勒模糊度估计前的步骤,虚线部分是估计完多普勒模糊后的步骤。虚线部分最终所得距离-多普勒图像即为所需相参积累结果。
然而,上述方法对噪声敏感,在低信噪比条件下相位估计误差大,难以获得较高的相参积累增益,因而无法有效提高对于微弱目标的检测概率。且上述方法是基于对固定相位的遍历实现的,随着异构帧数的增加,待遍历的相位个数随之增加,所需计算量会呈幂级数倍增大,算法的实时性难以得到保障。因此,提出一种具有更高的鲁棒性与更低的计算复杂度的异构多帧相参积累算法成为一项具有重要意义的研究工作。
综上所述,现有的异构多帧相参积累解决方案存在以下缺陷:
(1)现有方法对噪声敏感,在低信噪比条件下固定相位估计精度差,算法相干性无法得到保障,因而无法有效提高对于微弱目标的检测概率。
(2)由于异构多帧信号中存在着多个需要补偿的固定相位,基于遍历方案的现有方法所需计算量会灾难性地增大,导致算法的实时性难以得到保障。
也就是说,现有方法难以满足异构回波信号处理中的微弱目标探测需求,有必要提出一种鲁棒性更高、计算量更小的算法。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明公开一种异构多帧联合相参积累方法,首先通过改进Keystone变换实现了距离徙动与多普勒偏移的校正。然后,通过详细推导由异构引入的失配相位表达式,并结合分数化距离门的设置,实现了对于固定相位的显示补偿。最后,通过慢时间FFT实现了多帧相参积累。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种异构多帧联合相参积累方法,包括如下步骤:
步骤1、根据异构多帧参数,对潜在的多普勒模糊数组合进行计算,得到多组可能的多普勒模糊数组合;
步骤2、进行改进Keystone变换,通过慢时间插值重采样校准异构多帧参数间的距离徙动与多普勒偏差,按照步骤1计算获得的每个多普勒模糊数组合,构建多普勒模糊引入的残留相位,通过补偿多普勒模糊引入的残留相位来实现多普勒模糊度校正;
步骤3、进行固定相位补偿,包括对多普勒模糊相关固定相位和载频相关固定相位的补偿,多普勒模糊相关固定相位记为固定相位A,载频相关固定相位记为固定相位B,其中,固定相位A的补偿基于潜在的多普勒模糊数组合,固定相位B的补偿基于分数距离门;
步骤4、进行多普勒模糊数组合估计,包括:从多个步骤1中获得的潜在的多普勒模糊数组合中选出一组积累效果最好的多普勒模糊数组合,通过慢时间傅里叶变换实现多帧积累,每个多普勒模糊数组合对应于多个距离-多普勒图像结果,根据具有最高峰值的距离-多普勒图像结果估计多普勒模糊数组合,同时根据该最高峰值所在的距离门来估计参考距离;
步骤5、依据步骤4估计的多普勒模糊数组合和参考距离,重新回到步骤2进行改进Keystone变换,然后重新回到步骤3进行固定相位补偿,其中固定相位A的补偿基于多普勒模糊数组合的估计值,固定相位B的补偿基于参考距离的估计值,进行慢时间傅里叶变换,得到多帧相参积累结果。
有益效果:
(1)本发明实现了异构多帧相参积累,充分发挥了异构多帧回波的目标探测潜力。相比于限制于单CPI内的相参积累,本发明提高了相参积累后的输出信噪比与多普勒分辨率,因而能够获得更高的检测概率与测速精度。
(2)本发明依据由异构引入的固定相位偏差的可推导性,采用显式补偿的方法来校准多帧间相位失配。此种补偿方法对噪声不敏感,具有较高的鲁棒性,能够在低信噪比下满足算法的相参性,因而能够满足异构回波信号中的微弱目标探测需求。
(3)本发明不涉及到对于待补偿相位的遍历,且计算量几乎不受补偿精度与帧数的影响,计算复杂度较低。相较于现有方法,本发明大大降低了实现异构多帧相参积累所需的计算量,提高了算法的实时性,保障了实时检测微弱目标的可能性。
附图说明
图1为异构回波雷达工作示意图;
图2为现有技术中的方法流程图;
图3为本发明的一种异构多帧联合相参积累方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明公开了一种异构多帧联合相参积累方法。在本发明中,首先通过改进Keystone变换(楔石形变换,是一种尺度变换)实现了距离徙动与多普勒偏移的校正。然后,通过详细推导由异构引入的失配相位表达式,并结合分数化距离门的设置,实现了对于固定相位的显示补偿。最后,通过慢时间FFT实现了多帧相参积累。
如图3所示,本发明的一种异构多帧联合相参积累方法,具体包括如下步骤:
步骤1、根据异构多帧参数,因为每帧的雷达参数不同,每帧对应的多普勒模糊数不同,因此,存在多种可能的模糊数组合,步骤1实现对潜在的多普勒模糊数组合计算,得到多组可能的多普勒模糊数组合;
步骤2、进行改进Keystone变换,通过慢时间插值重采样校准异构多帧参数间的距离徙动与多普勒偏差,按照步骤1计算获得的每个多普勒模糊数组合,构建多普勒模糊导致的残留相位,通过补偿多普勒模糊引入的残留相位来实现多普勒模糊度校正;
步骤3、进行固定相位补偿,包括对多普勒模糊相关固定相位和载频相关固定相位的补偿,多普勒模糊相关固定相位记为固定相位A,载频相关固定相位记为固定相位B,其中,固定相位A的补偿基于潜在的多普勒模糊数组合,固定相位B的补偿基于分数距离门;
步骤4、进行多普勒模糊数组合估计,从步骤1中获得的多个潜在的多普勒模糊数组合中选出一组积累效果最好的多普勒模糊数组合,通过慢时间傅里叶变换实现多帧积累,潜在的多普勒模糊数组合对应于多个距离-多普勒图像结果,根据具有最高峰值的距离-多普勒图像结果估计多普勒模糊数组合,同时根据该最高峰值所在的距离门来估计参考距离;最高峰值所在的距离门即为快时间采样点对应的距离。
步骤5、依据步骤4估计的多普勒模糊数组合与参考距离,重新回到步骤2进行改进Keystone变换,然后重新回到步骤3进行固定相位补偿,其中固定相位A的补偿基于多普勒模糊数组合的估计值,固定相位B的补偿基于参考距离估计值。最终,进行慢时间傅里叶变换,得到多帧相参积累结果。
图3中实线部分是多普勒模糊度估计前的步骤,虚线部分是多普勒模糊估计后的步骤,后者操作需在前者完成之后进行。最终,输出多帧相参积累结果的距离-多普勒图像。
所述步骤1包括:
在本发明所讨论的同源异构多帧信号模型中,雷达回波由包含不同工作参数(载频、带宽、脉宽、PRF、幅度)的帧数据组成,设总共有N帧雷达回波数据,帧间不存在由硬件因素导致的初始相位差。设第帧内雷达发射信号形为/>的脉冲,其中/>是第/>帧信号的载频,/>是带宽为/>的基带信号(如线性调频波形), />表示复数,/>表示时间,/>为发射信号。设/>是目标在慢时间/>时所处的距离,称为参考距离,并且只考虑目标沿雷达视线以速度/>做匀速运动,则第/>个脉冲经时延被雷达接收,其中/>为光速,经解调后的基带信号/>可写为:
(1)
其中,为第/>个脉冲对应慢时间,/>为第/>帧内脉冲个数,为首个脉冲对应慢时间,/>为以自然常数为底的指数函数,/>为第/>帧脉冲信号的重复周期,/>。
经快时间匹配滤波后,信号在时域上可以建模成瑞利宽度约为秒的主峰与一系列较低的旁瓣。不失一般性地,距离压缩后的信号/>采用sinc函数表示为:
(2)
此处无需关心幅度因素,因此忽略掉。
由于目标运动,信号能量会沿距离维徙动。若徙动量大于一个距离门单元,便会使信号能量分散到不同距离门上,降低雷达的检测性能,因此需要对回波信号进行运动补偿。
此外,第帧内脉冲重复频率/>决定了多普勒频率的无模糊范围为,如果目标在该帧内的多普勒频率超出了此范围,便会产生多普勒模糊现象。记速度为/>的目标在第/>帧内的真实多普勒频率为/>,则经慢时间采样后的多普勒频率/>与多普勒模糊数/>可表示为:
(3)
(4)
式(3)中,mod表示求余函数。帧间雷达参数不一致会导致同一速度的目标在不同帧有着不同的多普勒频率,造成了帧间积累的困难,因此还需要进行帧间多普勒维频率的对齐。
对于异构信号,单个目标可能具有与多个帧相对应的多个多普勒模糊度数。考虑到目标的多普勒模糊度在实际场景中通常是未知的,可以通过使用几种不同的组合形成校正后的距离-多普勒图像,并把产生了最高峰值的组合作为多普勒模糊数的估计值。为了避免不必要的计算,对于感兴趣的最大目标速度,只需考虑满足以下方程的潜在的多普勒模糊数组合/>:
(5)
所述步骤2包括:
对沿着快时间做傅里叶变换,将回波信号变换到快时间频率-离散慢时间域上:
(6)
其中,表示快时间频率;/>是与快时间相关的项;/>是与慢时间相关的项,需要将其与快时间解耦,以校正距离徙动,同时还需要对齐该项中载频与PRF的帧间差异,以实现多普勒的对齐。
考虑到多普勒模糊效应,在将离散慢时间下的变换为连续慢时间形式时,应该用采样后的多普勒频率/>代替真实多普勒频率/>,并且需要添加一个相位项/>以确保变换前后相位一致,即:
(7)
为了校正距离徙动并对齐多普勒频率,通过改进Keystone变换来对齐各帧载频,采用如下尺度变换式来重新缩放慢时间:
(8)
其中,为对齐后的载频,/>为尺度变换后的慢时间。
经过尺度变换后的快时间频率-慢时时间信号可写为:
(9)
其中,为公式(8)所示的第/>帧所对应的慢时间尺度变换操作;第二个指数项/>为由于多普勒模糊而引入的快-慢时间耦合遗留项,需要被补偿掉。
将尺度变换后的离散慢时间数定义为,其中/>为对齐后的PRF。改进Keystone变换用离散慢时间表示为:
(10)
为了消除多普勒模糊引入的快-慢时间耦合遗留项,对乘以多普勒模糊补偿项/>:
(11)
经改进Keystone变换后,与慢时间相关的项实现了距离徙动的校正与多普勒偏移的对齐,其离散形式/>与连续形式/>分别可写为:
(12)
(13)
关于改进Keystone变换中的变量与/>的选取问题,虽然表面看来,这些参数的任意选取都不会导致算法错误,然而实际上,还是需要遵从某些选取准则来避免处理结果的多普勒频谱混叠。观察改进Keystone变换中的慢时间数变换式:
(14)
可以看出,改进的Keystone变换相较于传统Keystone变换,可视作是按照的频率对原采样率为/>的慢时间信号进行了插值重采样。为了避免重采样后多普勒频谱发生混叠,参数的选取应满足:
(15)
同时需注意,过高的采样率不会带来新的信息量。因此本发明给出的一个参数选取建议为:
(16)
其中,为取最大值函数,为取最小值函数,为帧序号。
该选取准则能在最小化计算复杂度的同时避免多普勒谱混叠问题。
所述步骤3包括:
经改进Keystone变换后,公式(13)中包含着与多普勒模糊相关的固定相位/>,简记为固定相位A,公式(6)中/>包含有与载频相关的固定相位,简记为固定相位B。为了实现相参积累,需要对这两个固定相位进行补偿。
在所述步骤2中,已经讨论了对慢时间相位项中固定相位A的补偿。此外,由于帧间载频变化,也会产生固定相位差异。下文将针对这些相位差异进行补偿。
对于公式(7)中连续慢时间变量,取/>,将连续慢时间变换为离散慢时间,得到/>的一个表达式为:
(17)
联立公式(6)与公式(17)中的两个表达式,求出固定相位A的解析形式:
(18)
为了将固定相位A补偿掉,对应的补偿项可写为:
(19)
经补偿后,信号的快时间频域-慢时间形式可写为:
(20)
对沿距离维做逆快速傅里叶变换,得到快时间-慢时间信号为:
(21)
将连续快时间转换为离散快时间(距离门数),得到离散快时间-连续慢时间形式的信号/>为:
(22)
其中,是快时间采样间隔,/>是参考距离所对应的距离门,是待补偿的固定相位B。
由于依赖于目标、是未知的,因此可以先沿着距离维进行形如的补偿,以实现对于/>的搜索。因为/>不一定是整数,所以在补偿时可以按照细分的距离门,即分数距离门来选取变量/>,以减少补偿误差。设按某一分母取分数距离门/>:
(23)
其中,为总的距离门个数,/>为整数距离门/>附近所取分数距离门的分子,符号/>为向上取整函数。定义分数距离门上的信号值为最接近的整数距离门上的信号值,即:
(24)
按分数距离门对信号进行相位补偿,得到补偿后的信号为:
(25)
最接近的距离门上的慢时间信号经该相位补偿后相干性最强,因此通过沿慢时间做FFT进行积累后,所得到的距离-多普勒图像的峰值会产生在该距离门上。记该距离门为检测距离门/>。检测距离门上经相位补偿后的慢时间信号/>形如:
(26)
其中,依赖于当前帧参数的残留项为,其在任意两帧即第i帧与第k帧间积累时引起的最大相位差/>为:
(27)
其中,i与k为N帧数据中的任意第i与第k帧。
由该式可知,相较于按整数距离门进行补偿(),按照分数距离门进行补偿能够将残留相位/>降低/>倍。参考上述公式,并结合实际应用中的系统参数,选取/>的值,便能够以增加一定的计算量为代价将残留相位的影响减小到可以接受的范围内。
所述步骤4包括:
对进行慢时间傅里叶变换,实现多帧积累,得到多个距离-多普勒图像结果。
由于只在检测距离门上是近似相参的,这会导致所得距离-多普勒图像结果中存在较高的旁瓣,可能会使虚警率增大。因此不直接将该距离-多普勒图像结果用于检测,而是将所测得检测门作为参考距离门的估计值,根据参考距离的估计值在所有距离门上补偿固定相位B。
同时考虑到校正多普勒模糊与补偿固定相位A时采用的是多组潜在的多普勒模糊数组合,因此会得到多个相对应的距离-多普勒图像结果。因此,根据具有最高峰值的距离-多普勒图像结果来估计正确的多普勒模糊数组合,同时将具有最高峰值的距离-多普勒图像结果所在检测距离门作为参考距离门/>的估计值。
所述步骤5包括:
重新回到步骤2进行改进Keystone变换,其中公式(11)所用的多普勒模糊数组合为步骤4中的多普勒模糊数组合的估计值。然后重新回到步骤3进行固定相位的补偿,其中,补偿固定相位A所用多普勒模糊数采用步骤4中的多普勒模糊数组合的估计值。
基于检测距离门来补偿固定相位B,对/>乘补偿项/>:
(28)
得到补偿后的信号为:
(29)
在上述相位补偿之后,沿着慢时间对信号做傅里叶变换,实现帧间相参积累,最终所得的距离-多普勒图像在/>位置上出现峰值。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种异构多帧联合相参积累方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1、根据异构多帧参数,对潜在的多普勒模糊数组合进行计算,得到多组可能的多普勒模糊数组合;
步骤2、进行改进Keystone变换,通过慢时间插值重采样校准异构多帧参数间的距离徙动与多普勒偏差,按照步骤1计算获得的每个多普勒模糊数组合,构建多普勒模糊引入的残留相位,通过补偿多普勒模糊引入的残留相位来实现多普勒模糊度校正;
步骤3、进行固定相位补偿,包括对多普勒模糊相关固定相位和载频相关固定相位的补偿,多普勒模糊相关固定相位记为固定相位A,载频相关固定相位记为固定相位B;
步骤4、进行多普勒模糊数组合估计,包括:从多个步骤1中获得的潜在的多普勒模糊数组合中选出一组积累效果最好的多普勒模糊数组合,通过慢时间傅里叶变换实现多帧积累,每个多普勒模糊数组合对应于多个距离-多普勒图像结果,根据具有最高峰值的距离-多普勒图像结果估计多普勒模糊数组合,同时根据该最高峰值所在的距离门来估计参考距离;
步骤5、依据步骤4估计的多普勒模糊数组合和参考距离,重新回到步骤2进行改进Keystone变换,然后重新回到步骤3进行固定相位补偿,其中固定相位A的补偿基于多普勒模糊数组合的估计值,固定相位B的补偿基于参考距离的估计值,进行慢时间傅里叶变换,得到多帧相参积累结果。
2.根据权利要求1所述的一种异构多帧联合相参积累方法,其特征在于,所述步骤1包括:
设总共有N帧雷达回波,第n帧雷达回波内发射的脉冲信号为:
;
其中是第n帧雷达回波的载频,/>是带宽为/>的基带信号, />表示复数,/>表示时间,/>为发射的脉冲信号;
设是目标在连续慢时间/>时所处的距离,称为参考距离,并且只考虑目标沿雷达视线以目标速度/>做匀速运动,则第m个脉冲信号经时延/>被雷达接收,其中/>为光速,/>为目标速度,/>为第m个脉冲对应慢时间,/>为首个脉冲对应慢时间,/>为第n帧雷达回波的脉冲信号重复周期;
经解调后的基带信号为:
(1)
其中,为第n帧内脉冲个数,/>为以自然常数为底的指数函数;;
经快时间匹配滤波后,距离压缩后的信号采用sinc函数表示为:
(2)
记目标速度为的目标在第n帧内的真实多普勒频率为/>,则经慢时间采样后的多普勒频率/>与多普勒模糊数/>表示为:
(3)
(4)
其中,mod表示求余函数,为第n帧雷达回波内的脉冲重复频率,决定多普勒频率的无模糊范围为/>;
对于最大目标速度,只考虑满足以下方程的潜在的多普勒模糊数组合:
(5)。
3.根据权利要求2所述的一种异构多帧联合相参积累方法,其特征在于,所述步骤2包括:
对沿着快时间做傅里叶变换,将雷达回波的信号变换到快时间频率-离散慢时间域上: /> (6)
其中,表示快时间频率;/>是与快时间相关的项;/>是与慢时间相关的项,将其与快时间解耦,以校正距离徙动,同时对齐/>中载频与PRF的帧间差异,以实现多普勒的对齐;
考虑到多普勒模糊效应,在将离散慢时间下的变换为连续慢时间形式时,用采样后的多普勒频率/>代替真实多普勒频率/>,并且添加一个相位项以确保变换前后相位一致,即:
(7)
为校正距离徙动并对齐多普勒频率,通过改进Keystone变换来对齐各帧载频,采用如下尺度变换式来重新缩放慢时间,即:
(8)
其中,为对齐后的载频,/>为尺度变换后的慢时间;
经过尺度变换后的快时间频率-慢时时间信号写为:
(9)
其中,为公式(8)所示的第n帧所对应的重新缩放慢时间的操作;指数项为多普勒模糊引入的快-慢时间耦合遗留项;
将尺度变换后的离散慢时间数定义为,其中/>为对齐后的PRF;改进Keystone变换用离散慢时间表示为:
(10)
为消除多普勒模糊引入的快-慢时间耦合遗留项,对乘以多普勒模糊补偿项/>:
(11)
经改进Keystone变换后,与慢时间相关的项实现距离徙动的校正与多普勒偏移的对齐,其离散形式/>与连续形式/>分别写为:
(12)
(13)
改进Keystone变换中的变量和/>按照以下准则选取:
(16)
其中,为取最大值函数,/>为取最小值函数。
4.根据权利要求3所述的一种异构多帧联合相参积累方法,其特征在于,所述步骤3包括:
经改进Keystone变换后,公式(12)中包含与多普勒模糊相关的固定相位,即为固定相位A,公式(6)中/>包含有与载频相关的固定相位/>,即为固定相位B;对固定相位A和固定相位B进行补偿;
对于公式(7)中连续慢时间,取/>,将连续慢时间变换为离散慢时间,得到/>的一个表达式为:
(17)
联立公式(6)与公式(17)中的两个表达式,求出固定相位A的解析形式:
(18)
为了补偿固定相位A,对应的补偿项写为:
(19)
经补偿后,信号的快时间频域-慢时间形式写为:
(20)
对沿距离维做逆快速傅里叶变换,得到快时间-慢时间信号为:
(21)
其中,表示距离维逆快速傅里叶变换;
将连续快时间转换为离散快时间,即距离门数,得到离散快时间-连续慢时间形式的信号/>为:
(22)
其中,是快时间采样间隔,/>是参考距离所对应的距离门,/>是待补偿的固定相位B;
为补偿固定相位B,先沿着距离维进行的补偿,以实现对于/>的搜索;在补偿时按照细分的距离门,即分数距离门来选取距离门数/>,以减少补偿误差;设按某一分母/>取分数距离门/>:
(23)
其中,为总的距离门个数,/>为整数距离门/>附近所取分数距离门的分子;符号为向上取整函数;
定义分数距离门上的信号值为最接近的整数距离门上的信号值,即:
(24)
按分数距离门对信号进行相位补偿,得到补偿后的信号/>为:
(25)
最接近参考距离门的距离门上的慢时间信号经相位补偿后相干性最强,因此通过沿慢时间做傅里叶变换进行积累后,得到的距离-多普勒图像的最高峰值产生在该距离门上;记该距离门为检测距离门/>;检测距离门/>上经相位补偿后的信号为:
(26)
其中,依赖于当前帧参数的残留项为,其在任意两帧,即第i帧与第k帧间积累时引起的最大相位差/>为:
(27)
其中,i与k为N帧数据中的任意第i帧与第k帧;
通过选取某一分母的值,减小最大相位差/>,以满足相参性。
5.根据权利要求4所述的一种异构多帧联合相参积累方法,其特征在于,所述步骤4包括:
对进行慢时间傅里叶变换,实现多帧积累,得到多个距离-多普勒图像结果,根据具有最高峰值的距离-多普勒图像结果来估计正确的多普勒模糊数组合,同时将具有最高峰值的距离-多普勒图像结果的最高峰值所在检测距离门/>作为参考距离门的估计值。
6.根据权利要求5所述的一种异构多帧联合相参积累方法,其特征在于,所述步骤5包括:
重新回到步骤2进行改进Keystone变换,其中公式(11)所用多普勒模糊数采用步骤4中的多普勒模糊数组合的估计值;然后重新回到步骤3进行固定相位的补偿,其中,补偿固定相位A所用多普勒模糊数组合采用步骤4中的多普勒模糊数组合的估计值;
基于检测距离门来补偿固定相位B,对/>乘补偿项/>:
(28)
得到补偿后的信号为:
(29)
在相位补偿之后,沿着慢时间对信号做傅里叶变换,实现帧间相参积累,最终所得的距离-多普勒图像结果在/>位置上出现最高峰值。
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