CN117826156A - 基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法 - Google Patents

基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于目标检测领域，公开了一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法，本发明根据步进频雷达的回波信号，获取目标初始速度，以目标初始速度为中心，结合速度搜索数组，确定速度补偿因子，得到最优差值，从而获取最佳补偿速度的范围，再结合步进频雷达的回波信号进行运动补偿，得到最终回波信号，完成补偿。本发明通过对步进频雷达的回波信号，获取目标初始速度，通过速度搜索数组确定最优差值和补偿速度，可以实现对回波信号的精细调控，使得补偿效果更加精准，从而实现对目标运动的精准补偿，提高了目标检测的准确性和效率，并且经过优化的补偿过程能够提高目标检测的可靠性，使得系统的稳定性和可靠性更高。

Description

基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法
技术领域
本发明属于目标检测领域，具体涉及基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法。
背景技术
运动补偿是步进频逆合成孔径雷达（ISAR）中对于移动目标进行一维像提取的关键技术，由于速度会引起距离一维像呈现畸变，而畸变的情况大体分为以下两种：
第一种，呈现出一维像与实际位置产生了一定的偏移，而这个偏移与目标的运动速度有关，目标速度越大，则偏移相对越大。
第二种，目标失真，即目标的一维像呈现出随着运动速度越来越宽，且峰值也越来越低。
因此，由目标移动速度引起的一维像畸变严重影响着对于目标的准确检测。对于步进频逆合成孔径雷达（ISAR），常用的运动补偿方法是对等频率间隔抽取的目标回波信号，用速度为参数的因子，在一定范围内，改变速度值，再进行补偿，最后通过在距离像的分析，估算出目标的径向速度，从而进行抵消补偿。由于时域分辨率的限制，导致传统的方法补偿的不够精确，甚至呈现误判的现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有方法补偿不够精确的不足，提供一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法，包括以下步骤：
根据步进频雷达的回波信号，获取目标初始速度；
根据目标初始速度，确定速度搜索数组；
根据速度搜索数组，确定速度补偿因子，得到最优差值；
根据最优差值，得到最佳补偿速度；
根据最佳补偿速度对步进频雷达的回波信号进行运动补偿，得到最终回波信号，完成补偿。
本发明进一步的改进在于，在根据步进频雷达的回波信号，获取目标初始速度的步骤中，具体包括：
获取步进频雷达的回波信号；
对步进频雷达的回波信号做N点的逆离散傅里叶变换，得到变换后的回波信号/>；
获取变换后的回波信号的绝对值，并用分贝对变换后的回波信号/>的绝对值进行表示，得到回波信号分贝值/>；
根据回波信号分贝值，计算所需分贝下的回波信号宽度/>；
根据所需分贝下的回波信号宽度，得到第一次估计出的径向速度/>；
根据第一次估计出的径向速度获取目标初始速度/>。
本发明进一步的改进在于，在根据回波信号分贝值，计算所需分贝下的回波信号宽度/>的步骤中，具体包括：
获取回波信号分贝值的最大值/>，以及回波信号分贝值/>的最大值所对应的时域索引/>；
对回波信号分贝值进行前后扩展，得到扩展后的回波信号分贝值/>；
基于扩展后的回波信号分贝值获取时域索引/>，得到索引值/>，小于索引值/>的临近索引为小于临近索引/>，大于索引值/>的临近索引为大于临近索引；
根据时域索引、小于临近索引/>和大于临近索引/>，得到所需分贝下的回波信号宽度/>。
本发明进一步的改进在于，在根据第一次估计出的径向速度获取目标初始速度的步骤中，具体包括：
根据第一次估计出的径向速度得到粗补偿因子/>；
根据粗补偿因子对步进频雷达的回波信号/>进行补偿，得到补偿后的回波信号/>；
对补偿后的回波信号做N点的逆离散傅里叶变换，得到变换后的补偿回波信号/>；
取变换后的补偿回波信号的绝对值，并用分贝对变换后的补偿回波信号的绝对值进行表示，得到补偿回波信号的分贝值/>；
根据补偿回波信号的分贝值计算所需分贝下的粗估反向径向速度对应的时域距离维带宽/>和粗估正向径向速度对应的时域距离维带宽/>；
根据粗估反向径向速度对应的时域距离维带宽和粗估正向径向速度对应的时域距离维带宽/>的大小关系，得到目标初始速度/>。
本发明进一步的改进在于，在根据目标初始速度，确定速度搜索数组的步骤中，具体包括：
预设频率范围，并确定搜索步进值；
根据目标初始速度和搜索步进值，确定速度搜索数组/>。
本发明进一步的改进在于，在根据速度搜索数组，确定速度补偿因子，得到最优差值的步骤中，具体包括：
预设补偿因子，结合补偿因子/>对步进频雷达的回波信号/>进行初步补偿，得到初步补偿结果/>；
根据初步补偿结果，计算当前分贝下的回波信号宽度/>；
对初步补偿结果进行N点的逆离散傅里叶变换，得到变换后的初步补偿结果/>；
提取变换后的初步补偿结果的绝对值，并转为分贝形式表示，得到初步补偿结果分贝值/>；
计算初步补偿结果分贝值的最大值/>及对应的索引/>，并将索引/>区分为左临近索引/>与右临近索引/>；
根据初步补偿结果分贝值、最大值/>、左临近索引/>和右临近索引/>，得到一维距离像残差值/>；
结合一维距离像残差值，得到判断因子/>；
结合初步补偿结果与判断因子/>，得到速度补偿因子/>；
对速度补偿因子做N点的逆离散傅里叶变换，并取绝对值，得到变换后的速度补偿因子绝对值/>；
计算变换后的速度补偿因子绝对值的最大值左边第一个邻近值和最大值右边第一个临近值/>；
根据速度补偿因子绝对值的最大值/>、最大值左边第一个邻近值/>和最大值右边第一个临近值/>，计算左邻差值/>和右邻差值/>；
比较左邻差值和右邻差值/>，将其中的大值作为最优差值/>。
本发明进一步的改进在于，在计算当前分贝下的回波信号宽度的步骤之后，将当前分贝下的回波信号宽度/>与预设门限值进行对比，若当前分贝下的回波信号宽度/>小于预设门限值，则对初步补偿结果/>进行N点的逆离散傅里叶变换；否则，/>自加1后，重新预设补偿因子/>。
本发明进一步的改进在于，得到最优差值后，令/>自加1，若自加1后的/>等于预设的搜索步进数/>，则根据最优差值/>，得到最佳补偿速度；否则，/>自加1后，重新预设补偿因子/>。
本发明进一步的改进在于，在根据最优差值，得到最佳补偿速度的步骤中，具体包括：
确定最优差值的最大值/>，以及最优差值/>的最大值所对应的索引/>；
结合最优差值的最大值/>所对应的索引/>以及速度搜索数组，得到最佳补偿速度/>。
本发明进一步的改进在于，在根据最佳补偿速度对步进频雷达的回波信号进行运动补偿，得到最终回波信号，完成补偿的步骤中，具体包括：
根据最佳补偿速度，获取运动补偿因子/>；
根据运动补偿因子对步进频雷达的回波信号/>进行运动补偿，得到运动补偿后的回波信号/>；
对运动补偿后的回波信号进行N点的逆离散傅里叶变换，得到运动补偿后的一维像/>，作为最终回波信号，完成补偿。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明根据步进频雷达的回波信号，获取目标初始速度，以目标初始速度为中心，结合速度搜索数组，确定速度补偿因子，得到最优差值，从而获取最佳补偿速度的范围，再结合步进频雷达的回波信号进行运动补偿，得到最终回波信号，完成补偿。本发明通过对步进频雷达的回波信号，获取目标初始速度，通过速度搜索数组确定最优差值和补偿速度，可以实现对回波信号的精细调控，使得补偿效果更加精准，从而实现对目标运动的精准补偿，提高了目标检测的准确性和效率，并且经过优化的补偿过程能够提高目标检测的可靠性，使得系统的稳定性和可靠性更高。本发明相较于传统大范围搜索的方法，处理速度更快。
进一步的，本发明采取自适应的判别方法，使得该方法获取的径向多普勒更加精确。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为步进频雷达的回波信号的I路图；
图3为步进频雷达的回波信号的Q路图；
图4为采用本发明前后的仿真一维距离像的示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。
参见图1，一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法，包括以下步骤：
S1，根据步进频雷达的回波信号，获取目标初始速度。
S2，根据目标初始速度，确定速度搜索数组。
S3，根据速度搜索数组，确定速度补偿因子，得到最优差值。
S4，根据最优差值，得到最佳补偿速度。
S5，根据最佳补偿速度对步进频雷达的回波信号进行运动补偿，得到最终回波信号，完成补偿。
实施例1：
参见图2和图3，本发明包括以下步骤：
步骤一、根据步进频雷达的回波信号，获取目标初始速度/>。
设经过与参考信号混频、采集数字化后某一个散射点相应的步进频雷达的回波信号为，/>，设目标最大长度为/>，步进频雷达的回波信号的脉冲重复周期为/>，/>为步进频雷达的回波信号的脉冲信号个数，按照如下步骤操作：
（1）回波信号分贝值的获取方法如下：
对步进频雷达的回波信号做/>点的逆离散傅里叶变换(IDFT)，得到变换后的回波信号/>，表示如下：
（/>）
取变换后的回波信号的绝对值，并用分贝对变换后的回波信号/>的绝对值进行表示，得到回波信号分贝值/>：
（2）将6dB的回波信号宽度作为所需分贝下的回波信号宽度，计算所需分贝下的回波信号宽度/>的方法如下：
对回波信号分贝值进行前后扩展，得到扩展后的回波信号分贝值/>，表示如下：
其中，，/>为平移门限，/>为时域扩展索引。
设为回波信号分贝值/>的最大值，回波信号分贝值/>的最大值所对应的时域索引为/>，并且：
其中，为时域索引/>基于扩展后的回波信号分贝值/>对应的索引值。
小于索引值的临近索引为小于临近索引/>，满足如下：
同理，大于索引值的临近索引为大于临近索引/>，满足如下：
即
（3）根据所需分贝下的回波信号宽度计算出第一次估计出的径向速度/>，计算方式如下：
（4）根据第一次估计出的径向速度获取目标初始速度/>，具体如下：
第一步，令粗估反向径向速度，得到粗补偿因子/>。
补偿后的回波信号表示步进频雷达的回波信号/>初步补偿之后的结果，补偿后的回波信号/>的表示如下：
对补偿后的回波信号做/>点的逆离散傅里叶变换(IDFT)，得到变换后的补偿回波信号/>，表示如下：
（/>）
取变换后的补偿回波信号的绝对值，并用分贝对变换后的补偿回波信号的绝对值进行表示，得到补偿回波信号的分贝值/>：
计算6dB宽度下，粗估反向径向速度对应的时域距离维带宽，方法同计算所需分贝下的回波信号宽度/>。
第二步、令粗估正向径向速度
按照第一步，计算出6dB宽度下，粗估正向径向速度对应的时域距离维带宽，方法同计算所需分贝下的回波信号宽度/>。
第三步、判断目标初始速度：
如果粗估反向径向速度对应的时域距离维带宽小于粗估正向径向速度对应的时域距离维带宽/>，则/>。
如果粗估反向径向速度对应的时域距离维带宽大于粗估正向径向速度对应的时域距离维带宽/>，则/>。
如果粗估反向径向速度对应的时域距离维带宽等于粗估正向径向速度对应的时域距离维带宽/>，则/>。
步骤二、根据目标初始速度确定估算速度搜索数组/>。
设频率范围是，以及搜索步进值/>。
设，则速度搜索数组/>表示如下：
其中，/>为扫频信号的频率步进数，/>为目标最大长度，/>搜索步进数。
步骤三、根据速度搜索数组确定速度补偿因子/>：
设初始值。
第一步、计算6dB宽度下，当前分贝下的回波信号宽度：
预设补偿因子，补偿因子/>的表示如下：
其中，为复数标识，/>为频率初值与频率步进的商，/>为搜索速度。
结合补偿因子对步进频雷达的回波信号/>进行初步补偿，得到初步补偿结果/>，表示如下：
根据初步补偿结果计算出6dB宽度下，当前分贝下的回波信号宽度/>。
如果6dB宽度下，当前分贝下的回波信号宽度小于预设门限值/>，/>，为距离分辨率倍数，进入下一步。否则/>自加1，重复第一步。
第二步、根据6dB宽度下，当前分贝下的回波信号宽度获取判断因子/>。
对初步补偿结果做/>点的逆离散傅里叶变换(IDFT)，得到变换后的初步补偿结果/>，表示如下：
（/>）
获取变换后的初步补偿结果的绝对值，并转为分贝形式表示，得到初步补偿结果分贝值/>：
计算初步补偿结果分贝值的最大值/>以及对应的索引/>。并将索引/>区分为左临近索引/>与右临近索引/>，表示如下：
如果，则：
否则：
其中，为一维距离像残差值。
判断因子表示如下：
。
第三步、获取最佳速度补偿值：
对速度补偿因子做N点逆离散傅里叶变换（IDFT），并取绝对值，得到变换后的速度补偿因子绝对值/>。
设最大值左边第一个邻近值和最大值右边第一个临近值/>满足
、/>
其中，为/>对应的索引值，/>为/>对应的索引值，/>为/>对应的索引值，/>为左邻差值，/>为右邻差值。
选取左邻差值和右邻差值/>中比较大的值，记为最优差值/>。令自加1，当自加1后的/>等于预设的搜索次数/>时，进入步骤四，否则重复第一步。
步骤四、根据最优差值确定最佳补偿速度/>：
找出最优差值中的最大值/>，最优差值/>的最大值所对应的索引/>，即：
。
步骤五、根据最佳补偿速度对步进频雷达的回波信号进行运动补偿，得到最终回波信号，完成补偿。具体如下：
运动补偿的方法如下：
设运动补偿因子为：
根据运动补偿因子对步进频雷达的回波信号/>进行运动补偿，得到运动补偿后的回波信号/>：
对运动补偿后的回波信号进行N点的逆离散傅里叶变换，得到运动补偿后的一维像/>，作为最终回波信号，完成补偿。
实施例2：
1、仿真环境
在Matlab2007下进行仿真。
2、输入数据
其中，为步进频的脉冲信号个数，设步进频信号的初始频率为/>Hz，频率步进为/>Hz。步进频雷达的回波信号/>的表示如下：
其中，为信噪比，当前设为15。/>在此设为复随机噪声，/>为/>对应的信号幅度，在仿真中设为1，目标最大尺寸/>米，目标散射点径向距离与基准距离的差值米，/>为结合/>与/>得到的量化值，定义如下：
、/>、/>、/>、/>。速度步进表示如下：
、/>。
2、仿真内容
按照说明书具体实施方式中的步骤对目标的径向速度进行提取和补偿，仿真结果如图4所示。
3、仿真结果
在0.5个距离分辨单位之内，传统的方法将很难检测到更加精确的速度。而0.5个距离单元分辨率对应的最小速度，按照该发明仿真给的参数，传统的方法检测的速度误差将不小于1.494米/秒。
从仿真结果可以看出，该发明检测的速度与实际速度差0.08米/秒。可见该方法较传统方法，对于径向速度提取的精度，相比较传统方法，有着显著提升。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据步进频雷达的回波信号，获取目标初始速度；
根据目标初始速度，确定速度搜索数组；
根据速度搜索数组，确定速度补偿因子，得到最优差值；
根据最优差值，得到最佳补偿速度；
根据最佳补偿速度对步进频雷达的回波信号进行运动补偿，得到最终回波信号，完成补偿。
2.根据权利要求1所述的一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法，其特征在于，在根据步进频雷达的回波信号，获取目标初始速度的步骤中，具体包括：
获取步进频雷达的回波信号；
对步进频雷达的回波信号做N点的逆离散傅里叶变换，得到变换后的回波信号；
获取变换后的回波信号的绝对值，并用分贝对变换后的回波信号/>的绝对值进行表示，得到回波信号分贝值/>；
根据回波信号分贝值，计算所需分贝下的回波信号宽度/>；
根据所需分贝下的回波信号宽度，得到第一次估计出的径向速度/>；
根据第一次估计出的径向速度获取目标初始速度/>。
3.根据权利要求2所述的一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法，其特征在于，在根据回波信号分贝值，计算所需分贝下的回波信号宽度/>的步骤中，具体包括：
获取回波信号分贝值的最大值/>，以及回波信号分贝值/>的最大值所对应的时域索引/>；
对回波信号分贝值进行前后扩展，得到扩展后的回波信号分贝值/>；
基于扩展后的回波信号分贝值获取时域索引/>，得到索引值/>，小于索引值/>的临近索引为小于临近索引/>，大于索引值/>的临近索引为大于临近索引/>；
根据时域索引、小于临近索引/>和大于临近索引/>，得到所需分贝下的回波信号宽度/>。
4.根据权利要求2所述的一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法，其特征在于，在根据第一次估计出的径向速度获取目标初始速度/>的步骤中，具体包括：
根据第一次估计出的径向速度得到粗补偿因子/>；
根据粗补偿因子对步进频雷达的回波信号/>进行补偿，得到补偿后的回波信号/>；
对补偿后的回波信号做N点的逆离散傅里叶变换，得到变换后的补偿回波信号；
取变换后的补偿回波信号的绝对值，并用分贝对变换后的补偿回波信号的绝对值进行表示，得到补偿回波信号的分贝值/>；
根据补偿回波信号的分贝值计算所需分贝下的粗估反向径向速度对应的时域距离维带宽/>和粗估正向径向速度对应的时域距离维带宽/>；
根据粗估反向径向速度对应的时域距离维带宽和粗估正向径向速度对应的时域距离维带宽/>的大小关系，得到目标初始速度/>。
5.根据权利要求1所述的一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法，其特征在于，在根据目标初始速度，确定速度搜索数组的步骤中，具体包括：
预设频率范围，并确定搜索步进值；
根据目标初始速度和搜索步进值，确定速度搜索数组/>。
6.根据权利要求1所述的一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法，其特征在于，在根据速度搜索数组，确定速度补偿因子，得到最优差值的步骤中，具体包括：
预设补偿因子，结合补偿因子/>对步进频雷达的回波信号/>进行初步补偿，得到初步补偿结果/>；
根据初步补偿结果，计算当前分贝下的回波信号宽度/>；
对初步补偿结果进行N点的逆离散傅里叶变换，得到变换后的初步补偿结果；
提取变换后的初步补偿结果的绝对值，并转为分贝形式表示，得到初步补偿结果分贝值/>；
计算初步补偿结果分贝值的最大值/>及对应的索引/>，并将索引区分为左临近索引/>与右临近索引/>；
根据初步补偿结果分贝值、最大值/>、左临近索引/>和右临近索引，得到一维距离像残差值/>；
结合一维距离像残差值，得到判断因子/>；
结合初步补偿结果与判断因子/>，得到速度补偿因子/>；
对速度补偿因子做N点的逆离散傅里叶变换，并取绝对值，得到变换后的速度补偿因子绝对值/>；
计算变换后的速度补偿因子绝对值的最大值左边第一个邻近值和最大值右边第一个临近值/>；
根据速度补偿因子绝对值的最大值/>、最大值左边第一个邻近值和最大值右边第一个临近值/>，计算左邻差值/>和右邻差值；
比较左邻差值和右邻差值/>，将其中的大值作为最优差值/>。
7.根据权利要求6所述的一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法，其特征在于，在计算当前分贝下的回波信号宽度的步骤之后，将当前分贝下的回波信号宽度/>与预设门限值进行对比，若当前分贝下的回波信号宽度/>小于预设门限值，则对初步补偿结果/>进行N点的逆离散傅里叶变换；否则，/>自加1后，重新预设补偿因子/>。
8.根据权利要求6所述的一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法，其特征在于，得到最优差值后，令/>自加1，若自加1后的/>等于预设的搜索步进数/>，则根据最优差值/>，得到最佳补偿速度；否则，/>自加1后，重新预设补偿因子/>。
9.根据权利要求5所述的一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法，其特征在于，在根据最优差值，得到最佳补偿速度的步骤中，具体包括：
确定最优差值的最大值/>，以及最优差值/>的最大值所对应的索引/>；
结合最优差值的最大值/>所对应的索引/>以及速度搜索数组/>，得到最佳补偿速度/>。
10.根据权利要求1所述的一种基于自适应判决的步进频雷达运动补偿方法，其特征在于，在根据最佳补偿速度对步进频雷达的回波信号进行运动补偿，得到最终回波信号，完成补偿的步骤中，具体包括：
根据最佳补偿速度，获取运动补偿因子/>；
根据运动补偿因子对步进频雷达的回波信号/>进行运动补偿，得到运动补偿后的回波信号/>；
对运动补偿后的回波信号进行N点的逆离散傅里叶变换，得到运动补偿后的一维像/>，作为最终回波信号，完成补偿。
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