本發(fā)明屬于雷達，具體涉及一種基于分數(shù)傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制方法。

背景技術：

1、在雷達處理接收到的信號時，雜波成分會對目標信號的檢測產(chǎn)生不良影響，若不加以抑制，則無法準確有效地發(fā)現(xiàn)目標。在真實海雜波環(huán)境中，海雜波干擾強度大，雷達面臨的干擾種類復雜，頻譜中心頻率變化大，往往還具有非高斯、非平穩(wěn)特性；同時海面上低速目標多普勒頻移較小，與強雜波及低頻雜波在多普勒域存在嚴重交疊。

2、雖然傳統(tǒng)的雜波抑制方法如mti及mtd算法可從時域或頻域上濾除雜波，但進行慢動目標檢測時，當目標與零頻雜波在多普勒域嚴重交疊時，難以區(qū)分目標與雜波信號。而基于子空間的算法基于信號特征，通過對回波信號矩陣進行特征分解，分離雜波子空間，從而抑制信號中雜波成分，提取弱目標特征能力較強，突顯目標。sira等提出了基于子空間方法的海雜波抑制技術，通過估計海雜波子空間來進行海雜波抑制，雜波子空間的選擇直接影響抑制效果；rafaat?khan等提出基于奇異值分解的海雜波抑制技術，該算法在海雜波bragg峰不顯著情況下，很難有效抑制掉海雜波。

3、為了解決上述問題，公布號為cn116224277a的現(xiàn)有技術通過將時頻譜能量分布與奇異值分解進行結合，能夠有效濾除海雜波信號和保護低速目標信號能量，在濾除干擾信號的同時能減少有效信號的損失，提高了目標信雜噪比，避免了在強海雜波環(huán)境下海雜波抑制效果較差、易將弱目標當作雜波抑制掉的問題；但當時頻圖上目標與雜波重疊時，該現(xiàn)有方法難以有效地將目標與雜波分離。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于分數(shù)階傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制方法：

2、本發(fā)明要解決的技術問題通過以下方法實現(xiàn)，包括以下步驟：

3、回波信號重排步驟：將目標回波信號按周期重排成快慢時間維矩陣；

4、回波信號相位解調步驟：將按周期重排成快慢時間維矩陣的目標回波信號進行相位解調，得到解調后的目標回波信號；

5、分數(shù)階傅里葉變換步驟：對解調后的目標回波信號按照最佳分數(shù)階進行分數(shù)階傅里葉變換，得到變換到最佳分數(shù)階分數(shù)域的目標回波信號；

6、逆傅里葉變換步驟：對變換到最佳分數(shù)階分數(shù)域的目標回波信號進行逆傅里葉變換，得到變換回時域的目標回波信號；

7、奇異值分解雜波抑制步驟：對變換回時域的目標回波信號進行奇異值分解，得到目標回波信號的奇異值分解結果，選取表征雜波成分的大奇異值得到奇異值集合，基于奇異值集合構建與雜波子空間正交的信號子空間矩陣；將變換回時域的目標回波信號投影到信號子空間矩陣中得到抑制雜波后的目標回波信號；

8、傅里葉變換步驟：對抑制雜波后的目標回波信號進行傅里葉變換，得到變換回分數(shù)域的抑制雜波后的目標回波信號；

9、反分數(shù)階傅里葉變換步驟：按慢時間維依次對所述變換回分數(shù)域的抑制雜波后的目標回波信號進行反分數(shù)階傅里葉變換，得到完成雜波抑制的目標回波信號。

10、進一步地，在回波信號重排步驟中，還包括：

11、將雷達發(fā)射的目標信號進行相位調制得到調制后的目標信號，調制后的目標信號被接收端接收得到目標回波信號。

12、進一步地，將雷達發(fā)射的目標信號進行相位調制得到調制后的目標信號，實現(xiàn)如下：

13、

14、其中，s(t)為調制后的目標信號，n為采樣點數(shù)，tr為脈沖重復周期，s1(t)為雷達發(fā)射的目標信號，m和n表示取值范圍為1到n的參數(shù)，t為連續(xù)時間，c1(m)為相位編碼信號。

15、進一步地，調制后的目標信號被接收端接收得到目標回波信號，實現(xiàn)如下：

16、x(l)＝fss(l)+zb(l)+zs(l)l＝0,…,n-1

17、

18、zb(l)＝[zb1(l),…,zbm(l),…,zbn(l)]

19、zs(l)＝[zs1(l),…,zsm(l),…,zsn(l)]

20、其中，x(l)表示目標回波信號，fs表示目標回波的多普勒矢量，fd表示多普勒矢量頻率，s(l)為調制后的目標信號s(t)的回波信號，zb(l)表示第l個距離單元的雜波、zs(l)表示第l個距離單元的噪聲矢量，l表示取值范圍為0到n-1的距離單元。

21、進一步地，回波信號重排步驟，實現(xiàn)如下：

22、

23、其中，m×n階矩陣x為按周期重排成快慢時間維矩陣的目標回波信號，m為脈沖數(shù)。

24、進一步地，回波信號相位解調步驟，實現(xiàn)如下：

25、

26、其中，r(t)為解調后的目標回波信號，c2(m)為解調信號，j為復數(shù)，μ為調頻斜率。

27、進一步地，最佳分數(shù)階p，計算公式如下：

28、

29、其中，b為信號帶寬，fs為信號采樣頻率。

30、進一步地，在奇異值分解雜波抑制步驟中對變換回時域的目標回波信號進行奇異值分解，得到目標回波信號矩陣的奇異值分解結果，實現(xiàn)如下：

31、

32、其中，xc為變換回時域的目標回波信號，c、t、n分別表示雜波子空間的奇異值集合、目標子空間的奇異值集合和噪聲子空間的奇異值集合，上標()h表示矩陣的共軛轉置，ui為xc的第i個左奇異向量，vi為xc的第i個右奇異向量，λi為第i個奇異值，且ui＞vi＞λi并且其按從大到小降序排列。

33、進一步地，在奇異值分解雜波抑制步驟中基于所述奇異值集合構建與雜波子空間正交的信號子空間矩陣，包括：

34、基于奇異值集合計算得到表征雜波子空間的奇異向量矢量積，計算公式如下：

35、

36、其中，pc表示奇異向量矢量積；

37、根據(jù)奇異向量矢量積基于最小二乘法構建與雜波子空間正交的信號子空間矩陣計算公式如下：

38、

39、其中，為信號子空間矩陣，i表示單位矩陣，pc表示奇異向量矢量積。

40、進一步地，在奇異值分解雜波抑制步驟中將所述變換回時域的目標回波信號投影到信號子空間矩陣中得到抑制雜波后的目標回波信號，計算公式如下：

41、

42、其中，xr表示抑制雜波后的目標回波信號，表示信號子空間矩陣，xc表示變換回時域的目標回波信號。

43、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

44、本發(fā)明采用了基于分數(shù)階傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制處理方法，利用雷達信號相較于單頻信號在分數(shù)域具有較好能量聚集性的特點，將分數(shù)階傅里葉變換與奇異值分解相結合，能夠有效濾除海雜波信號，同時能減少有效信號的損失提高目標信雜噪比。克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)的雜波抑制方法無法抑制時頻圖上與目標重疊海雜波的問題，提升了雷達的檢測能力。

45、以下將結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

技術特征：

1.一種基于分數(shù)階傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的基于分數(shù)階傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制方法，其特征在于，在回波信號重排步驟中，還包括：

3.根據(jù)權利要求2所述的基于分數(shù)階傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制方法，其特征在于，將雷達發(fā)射的目標信號進行相位調制得到調制后的目標信號，實現(xiàn)如下：

4.根據(jù)權利要求2所述的基于分數(shù)階傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制方法，其特征在于，所述調制后的目標信號被接收端接收得到目標回波信號，實現(xiàn)如下：

5.根據(jù)權利要求1所述的基于分數(shù)階傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制方法，其特征在于，所述回波信號重排步驟，實現(xiàn)如下：

6.根據(jù)權利要求1所述的基于分數(shù)階傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制方法，其特征在于，所述回波信號相位解調步驟，實現(xiàn)如下：

7.根據(jù)權利要求1所述的基于分數(shù)階傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制方法，其特征在于，所述最佳分數(shù)階p，計算公式如下：

8.根據(jù)權利要求1所述的基于分數(shù)階傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制方法，其特征在于，在所述奇異值分解雜波抑制步驟中對所述變換回時域的目標回波信號進行奇異值分解，得到目標回波信號矩陣的奇異值分解結果，實現(xiàn)如下：

9.根據(jù)權利要求1所述的基于分數(shù)階傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制方法，其特征在于，在所述奇異值分解雜波抑制步驟中基于所述奇異值集合構建與雜波子空間正交的信號子空間矩陣，包括：

10.根據(jù)權利要求1所述的基于分數(shù)階傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制方法，其特征在于，在所述奇異值分解雜波抑制步驟中將所述變換回時域的目標回波信號投影到信號子空間矩陣中得到抑制雜波后的目標回波信號，計算公式如下：

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于分數(shù)階傅里葉變換的奇異值分解海雜波抑制方法，包括：對目標回波信號重排后進行相位解調；對解調后的目標回波信號進行分數(shù)階傅里葉變換，得到變換后的目標回波信號再進行逆傅里葉變換使其變換回時域；對變換回時域的目標回波信號進行奇異值分解并構建信號子空間矩陣，將變換回時域的目標回波信號投影到信號子空間矩陣中得到抑制海雜波后的目標回波信號，最后進行傅里葉變換和反分數(shù)階傅里葉變換得到完成海雜波抑制的目標回波信號。本發(fā)明克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)的雜波抑制方法無法抑制時頻圖上與目標重疊海雜波的問題，提升了雷達的檢測能力。

技術研發(fā)人員：左磊,陳銳琪,高永嬋,孫李斌
受保護的技術使用者：西安電子科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30