基于修正頻域補(bǔ)償和分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的多幀相參tbd方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多幀雷達(dá)信號(hào)處理和空間機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基 于修正頻域補(bǔ)償和分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的多幀相參TBD方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于天基雷達(dá)探測(cè)的空間目標(biāo)具有高速和高機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，同時(shí)空間目標(biāo)距離 較遠(yuǎn)且雷達(dá)對(duì)于目標(biāo)的觀測(cè)時(shí)間較短，這就使得目標(biāo)的回波信號(hào)非常微弱。另外，由于目標(biāo) 的高速和高機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，使得目標(biāo)回波數(shù)據(jù)在相干積累時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)距離走動(dòng)和多普 勒走動(dòng)的現(xiàn)象，即目標(biāo)的回波能量會(huì)分散到不同的距離單元和多普勒單元中，這就使得在 回波數(shù)據(jù)中檢測(cè)到微弱的目標(biāo)信號(hào)變得非常困難。
[0003] 針對(duì)微弱目標(biāo)檢測(cè)的方法有跟蹤前檢測(cè)方法和檢測(cè)前（TBD)跟蹤方法，其中跟蹤 前檢測(cè)方法通過(guò)對(duì)雷達(dá)接收到的多幀數(shù)據(jù)進(jìn)行硬決策以獲取點(diǎn)跡，然后根據(jù)點(diǎn)跡獲取目標(biāo) 的航跡，然而，硬決策造成了許多有用的微弱信息喪失，從而降低了雷達(dá)對(duì)微弱目標(biāo)的檢測(cè) 能力。而檢測(cè)前跟蹤方法能夠在不改變現(xiàn)有雷達(dá)系統(tǒng)硬件和結(jié)構(gòu)的前提下，采用軟決策處 理雷達(dá)接收到的多幀數(shù)據(jù)，即對(duì)是否存在目標(biāo)不首先進(jìn)行判斷，而是對(duì)多幀數(shù)據(jù)中可能的 目標(biāo)航跡同時(shí)進(jìn)行跟蹤，并對(duì)這些航跡的真實(shí)性進(jìn)行軟判斷，逐漸將由噪聲和雜波等構(gòu)成 的虛假航跡消除，而將真實(shí)的航跡保留下來(lái)，當(dāng)軟判斷超過(guò)某一個(gè)門(mén)限時(shí)，判斷為發(fā)現(xiàn)目 標(biāo)。檢測(cè)前跟蹤方法可以充分利用目標(biāo)的多幀回波數(shù)據(jù)，可以有效地提高檢測(cè)概率。
[0004] 但是目前的TBD方法都是將幀間數(shù)據(jù)進(jìn)行非相參積累來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于非相參積累 會(huì)丟失目標(biāo)的相位信息，造成積累效果比相干積累的效果差。
[0005] 多幀相參TBD方法是最近才提出的利用雷達(dá)回波間數(shù)據(jù)相位而進(jìn)行相干積累的 目標(biāo)檢測(cè)新方法。該方法在利用多幀目標(biāo)回波信號(hào)間的相位信息基礎(chǔ)上，將多幀目標(biāo)回波 數(shù)據(jù)進(jìn)行相干積累，從而能夠有效地提高回波數(shù)據(jù)的信噪比，使雷達(dá)能夠在低信噪比下檢 測(cè)到目標(biāo)。
[0006] 由于多幀相參TBD方法充分利用了回波間的相位信息，能夠比現(xiàn)有的常規(guī)TBD方 法有更高的積累增益，另外針對(duì)該技術(shù)的理論研宄成果非常少；所以研宄在多幀相參TBD 框架下的機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0007] 目前還尚未出現(xiàn)利用修正頻域補(bǔ)償和分?jǐn)?shù)階傅里葉變換對(duì)空間機(jī)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢 測(cè)的多幀相參TBD技術(shù)的相關(guān)研宄成果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于修正頻域補(bǔ)償和分?jǐn)?shù)階傅里 葉變換的多幀相參TBD方法。
[0009] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的基于修正頻域補(bǔ)償和分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的多幀 相參TBD方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟：
[0010] 1)對(duì)天基雷達(dá)接收得到的機(jī)動(dòng)目標(biāo)回波數(shù)據(jù)在距離頻域-慢時(shí)間域中進(jìn)行脈沖 壓縮處理，然后沿距離頻域做逆傅里葉變換后得到經(jīng)過(guò)脈沖壓縮后的距離門(mén)-慢時(shí)間數(shù) 據(jù)；
[0011] 2)從上述經(jīng)過(guò)脈沖壓縮后的回波數(shù)據(jù)的每幀中選擇同一個(gè)方位向單元的數(shù)據(jù)，同 時(shí)將其他數(shù)據(jù)進(jìn)行置零處理，并將沒(méi)有置零的數(shù)據(jù)作為目標(biāo)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
[0012] 3)在步驟2)中得到的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，在目標(biāo)的參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行搜索，根據(jù)搜索結(jié)果 計(jì)算修正的頻域補(bǔ)償項(xiàng)，用頻域補(bǔ)償項(xiàng)校正回波數(shù)據(jù)的距離走動(dòng)和距離彎曲現(xiàn)象；
[0013] 4)利用步驟3)中得到的經(jīng)過(guò)修正頻域校正的回波數(shù)據(jù)，補(bǔ)償一個(gè)距離單元中數(shù) 據(jù)間的相位差，然后把補(bǔ)償完相位差的數(shù)據(jù)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，將分?jǐn)?shù)階域中的峰值 記錄下來(lái)并回到步驟3)循環(huán)操作，直到目標(biāo)參數(shù)搜索完，并把一系列峰值的最大值放到新 的信息矩陣中；
[0014] 5)重復(fù)步驟2)至步驟4)，直到將總的回波數(shù)據(jù)幀的方位向單元數(shù)據(jù)選取并進(jìn)行 相應(yīng)處理完畢；
[0015] 6)將信息矩陣中的最大值進(jìn)行比較，從中選取一個(gè)最值作為檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，并在由 這些最大值組成的檢測(cè)單元圖中進(jìn)行恒虛警檢測(cè)。
[0016] 在步驟1)中，所述的對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮處理的方法是：
[0017] 天基雷達(dá)工作在檢測(cè)和跟蹤模式下，將探測(cè)的空域劃分為10個(gè)方位向，利用頻域 匹配濾波方法對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮處理后的第k幀，第η個(gè)方位單元的機(jī)動(dòng)目標(biāo)回波 數(shù)據(jù)形式為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于修正頻域補(bǔ)償和分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的多帖相參T抓方法，其特征在于，所 述的方法包括按順序進(jìn)行下列的步驟： 1) 對(duì)天基雷達(dá)接收得到的機(jī)動(dòng)目標(biāo)回波數(shù)據(jù)在距離頻域-慢時(shí)間域中進(jìn)行脈沖壓縮 處理，然后沿距離頻域做逆傅里葉變換后得到經(jīng)過(guò)脈沖壓縮后的距離口-慢時(shí)間數(shù)據(jù)； 2) 從上述經(jīng)過(guò)脈沖壓縮后的回波數(shù)據(jù)的每帖中選擇同一個(gè)方位向單元的數(shù)據(jù)，同時(shí)將 其他數(shù)據(jù)進(jìn)行置零處理，并將沒(méi)有置零的數(shù)據(jù)作為目標(biāo)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理； 3) 在步驟2)中得到的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，在目標(biāo)的參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行捜索，根據(jù)捜索結(jié)果計(jì)算 修正的頻域補(bǔ)償項(xiàng)，用頻域補(bǔ)償項(xiàng)校正回波數(shù)據(jù)的距離走動(dòng)和距離彎曲現(xiàn)象； 4) 利用步驟3)中得到的經(jīng)過(guò)修正頻域校正的回波數(shù)據(jù)，補(bǔ)償一個(gè)距離單元中數(shù)據(jù)間 的相位差，然后把補(bǔ)償完相位差的數(shù)據(jù)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，將分?jǐn)?shù)階域中的峰值記錄 下來(lái)并回到步驟3)循環(huán)操作，直到目標(biāo)參數(shù)捜索完，并把一系列峰值的最大值放到新的信 息矩陣中； 5) 重復(fù)步驟2)至步驟4)，直到將總的回波數(shù)據(jù)帖的方位向單元數(shù)據(jù)選取并進(jìn)行相應(yīng) 處理完畢； 6) 將信息矩陣中的最大值進(jìn)行比較，從中選取一個(gè)最值作為檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，并在由該些 最大值組成的檢測(cè)單元圖中進(jìn)行恒虛警檢測(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于修正頻域補(bǔ)償和分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的多帖相參T抓方 法，其特征在于；在步驟1)中，所述的對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮處理的方法是： 天基雷達(dá)工作在檢測(cè)和跟蹤模式下，將探測(cè)的空域劃分為10個(gè)方位向，利用頻域匹配 濾波方法對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮處理后的第k帖，第n個(gè)方位單元的機(jī)動(dòng)目標(biāo)回波數(shù)據(jù) 形式為：
式（1)中4 =4e邱f-Z竿巧是回波數(shù)據(jù)的復(fù)幅度，tm=mTr+(k-l)NMTr+(n-l)MTr是 慢時(shí)間，k = 1，. . .，K表示第k個(gè)掃描周期，n = 1，. . .，N是第n個(gè)空域中的方位向單元， =t-tm是快時(shí)間，表示距離口的長(zhǎng)度，T,表示脈沖重復(fù)時(shí)間，其中 M表示相干處理時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，f。表示信號(hào)的載波頻率，^ = 為信號(hào)波長(zhǎng)，B,為信號(hào) 帶寬，A =^，R。表示目標(biāo)的初始距離，V。表示目標(biāo)的初始速度，a。表示目標(biāo)的加速度， 欠(/。,）=乃,+1，,/,,,+^/,/^,是目標(biāo)與雷達(dá)之間的徑向距離油式（1)可知雷達(dá)回波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 一個(gè)矩陣中，該矩陣的橫坐標(biāo)是慢時(shí)間tm，縱坐標(biāo)是對(duì)應(yīng)距離單元r"的快時(shí)間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于修正頻域補(bǔ)償和分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的多帖相參TBD方 法，其特征在于；在步驟3)中，所述的在步驟2)中得到的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，在目標(biāo)的參數(shù)范圍內(nèi) 進(jìn)行捜索，根據(jù)捜索結(jié)果計(jì)算修正的頻域補(bǔ)償項(xiàng)，用頻域補(bǔ)償項(xiàng)校正回波數(shù)據(jù)的距離走動(dòng)
和距離彎曲現(xiàn)象的方法是： 在目標(biāo)參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行捜索，在捜索的同時(shí)根據(jù)每個(gè)目標(biāo)的參數(shù)組合計(jì)算出目標(biāo)對(duì)于 不同數(shù)據(jù)帖和不同方位向單元的各自的修正頻域補(bǔ)償項(xiàng)，然后將回波數(shù)據(jù)沿著距離維做傅 里葉變換，能夠得到距離頻域-慢時(shí)間數(shù)據(jù)，接著在此基礎(chǔ)上乘W計(jì)算出來(lái)的修正頻域補(bǔ) 償項(xiàng)，能夠?qū)⒕嚯x頻域f和速度、加速度W及慢時(shí)間之間的禪合解除，達(dá)到校正距離走動(dòng)和 距離彎曲現(xiàn)象的目的；之后沿著距離頻域進(jìn)行逆傅里葉變換得到經(jīng)過(guò)距離走動(dòng)和距離彎曲 校正后的距離口-慢時(shí)間域數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于修正頻域補(bǔ)償和分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的多帖相參T抓方 法，其特征在于；在步驟4)中，所述的利用步驟3)中得到的經(jīng)過(guò)修正頻域校正的回波數(shù)據(jù)， 補(bǔ)償一個(gè)距離單元中數(shù)據(jù)間的相位差，然后把補(bǔ)償完相位差的數(shù)據(jù)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變 換，將分?jǐn)?shù)階域中的峰值記錄下來(lái)并回到步驟3)循環(huán)操作，直到目標(biāo)參數(shù)捜索完，并把一 系列峰值的最大值放到新的信息矩陣中的方法是： 在步驟3)基礎(chǔ)上補(bǔ)償一個(gè)距離單元中回波數(shù)據(jù)間由于不同的數(shù)據(jù)帖和方位向單元帶 來(lái)的固有相位差，使得數(shù)據(jù)間的相位滿足相位相參性，接著取出補(bǔ)償完相位的一個(gè)距離單 元中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，做完分?jǐn)?shù)階傅里葉變換后將分?jǐn)?shù)階域中的峰值取出， 然后回到步驟3)重新計(jì)算新的修正頻域補(bǔ)償項(xiàng)，進(jìn)行循環(huán)操作，直到將回波數(shù)據(jù)的范圍捜 索完為止，捜索完成后把各個(gè)分?jǐn)?shù)階域中得到的峰值的最大值取出并依次放到一個(gè)新的信 息矩陣Aixw中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于修正頻域補(bǔ)償和分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的多帖相參TBD方 法，其特征在于；在步驟6)中，所述的將信息矩陣中的最大值進(jìn)行比較，從中選取一個(gè)最值 作為檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，并在由該些最大值組成的檢測(cè)單元圖中進(jìn)行恒虛警檢測(cè)的方法是： 在步驟5)之后得到的信息矩陣中存儲(chǔ)了每次方位向單元掃描并處理后的分?jǐn)?shù)階域的 最大值，比較得到的一系列數(shù)值，將其中的最值取出作為檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，然后在檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量周 圍選出保護(hù)單元和參考單元，從而根據(jù)變換域中的單元平均恒虛警檢測(cè)處理方法確定出自 適應(yīng)口限，由檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量是否過(guò)口限來(lái)判斷目標(biāo)有無(wú)，完成檢測(cè)。
【專利摘要】一種基于修正頻域補(bǔ)償和分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的多幀相參TBD方法。其在雷達(dá)接收到多幀回波數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對(duì)各幀數(shù)據(jù)的方位向單元進(jìn)行搜索，在每一數(shù)據(jù)幀中選擇同一個(gè)方位向數(shù)據(jù)并將其他數(shù)據(jù)都做置零處理，把沒(méi)有置零的數(shù)據(jù)作為目標(biāo)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；然后在距離頻域-慢時(shí)間域內(nèi)對(duì)距離走動(dòng)和距離彎曲現(xiàn)象進(jìn)行校正，使得每一幀中的目標(biāo)回波數(shù)據(jù)較好地校正到一個(gè)距離單元中，接著將這個(gè)距離單元中的數(shù)據(jù)進(jìn)行相位補(bǔ)償，使得回波相位是相參的，最后對(duì)該距離單元中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，根據(jù)分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的結(jié)果進(jìn)行恒虛警檢測(cè)，從而判斷目標(biāo)有無(wú)，完成相應(yīng)的檢測(cè)。本方法能在低信噪比情況下有效地檢測(cè)到空間機(jī)動(dòng)目標(biāo)，從而驗(yàn)證了本方法的有效性。
【IPC分類】G01S7-41
【公開(kāi)號(hào)】CN104597435
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510018043
【發(fā)明人】李海, 馬頔, 吳仁彪
【申請(qǐng)人】中國(guó)民航大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月14日