一種岸基雷達(dá)的信號(hào)處理算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及一種岸基雷達(dá)的信號(hào)處理算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在岸基雷達(dá)的研制過(guò)程中，信號(hào)處理算法是雷達(dá)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的核心技術(shù)。為了滿(mǎn)足 雷達(dá)能夠?qū)０逗Ｓ蜻M(jìn)行全天時(shí)的監(jiān)控，監(jiān)測(cè)侵入的海面艦船目標(biāo)并定位的主要任務(wù)， 需要合適的信號(hào)處理算法?，F(xiàn)有的機(jī)載雷達(dá)的算法并不能滿(mǎn)足岸基雷達(dá)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種岸基雷達(dá)的信號(hào)處理算法，使岸基雷達(dá)能夠完成對(duì)近海 岸海域進(jìn)行全天時(shí)的監(jiān)控，監(jiān)測(cè)侵入的海面艦船目標(biāo)并定位的任務(wù)。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種岸基雷達(dá)的信號(hào)處理算法，包括如下步驟:得到回波信號(hào)后，將回波信號(hào)每個(gè) 脈沖重復(fù)頻率內(nèi)的采樣點(diǎn)存儲(chǔ)在距離向，積累點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)在方位向，從而形成一個(gè)二維矩陣； 所述二維矩陣即為一幀數(shù)據(jù)，如果采樣多幀信號(hào)，則把所述二維矩陣擴(kuò)充到三維矩陣;然后 對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行脈壓處理，之后通過(guò)雙極點(diǎn)濾波器，進(jìn)行視頻積累得到處理信號(hào)，確定目標(biāo) 距離，接著進(jìn)行CFAR恒虛警概率檢測(cè)，先通過(guò)固定門(mén)限再通過(guò)浮動(dòng)門(mén)限。
[0006] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：
[0007] 海防搜索雷達(dá)采用脈沖體制X波段雷達(dá)信號(hào)，采用頻率捷變技術(shù)抑制海雜波，通過(guò) 非相參積累和多目標(biāo)處理等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)海面目標(biāo)的搜索與跟蹤。對(duì)脈沖回波進(jìn)行脈壓 處理，隨后通過(guò)雙極點(diǎn)濾波器，進(jìn)行距離向非相參積累計(jì)，得到目標(biāo)的距離。此項(xiàng)目中不考 慮目標(biāo)速度，所以并不進(jìn)行多普勒維的FFT處理。
[0008] 積累的功能是將相鄰幾個(gè)主脈沖內(nèi)相同距離門(mén)的幅值做滑窗積累，以此提高信噪 比。相參積累嚴(yán)格按照相位關(guān)系累加，若參與積累的距離門(mén)數(shù)為N，則信噪比改善N倍。不同 于相參積累處理，由于脈沖回波的初始相位時(shí)隨機(jī)的，故采用非相參積累。因?yàn)榛夭ǖ姆?是不均勻的，因此在對(duì)目標(biāo)回波進(jìn)行積累之前要按一定規(guī)則進(jìn)行加權(quán)處理。
[0009] 雷達(dá)的視頻積累是在相同距離單元不同重復(fù)周期之間進(jìn)行的，因此在距離門(mén)內(nèi)有 多少個(gè)距離單元就要進(jìn)行多少次積累。盡管在每個(gè)距離單元的積累運(yùn)算量不大，但全部距 離單元視頻積累總運(yùn)算量是相當(dāng)大的，因此采用遞歸型積累器如雙極點(diǎn)濾波器來(lái)近似實(shí)現(xiàn) 最優(yōu)加權(quán)以減少運(yùn)算量，本發(fā)明正是采用了雙極點(diǎn)濾波的加權(quán)方式對(duì)回波進(jìn)行加權(quán)處理來(lái) 檢測(cè)目標(biāo)的距離。
[0010] 通過(guò)本發(fā)明的信號(hào)處理算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)回波信號(hào)的有效處理并成功檢測(cè)出目標(biāo)位 置，滿(mǎn)足脈沖體制雷達(dá)檢測(cè)近海岸的艦船等目標(biāo)的要求。有效檢測(cè)距離小船為11.2km，大船 為12.73km，均滿(mǎn)足10公里的技術(shù)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是信號(hào)處理算法流程圖。
[0012]圖2是回波信號(hào)存儲(chǔ)示意圖。
[0013] 圖3是雙極點(diǎn)濾波的時(shí)域框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015] 本發(fā)明的算法流程如圖1所示，首先構(gòu)建回波信號(hào)，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行脈壓處理，之 后通過(guò)雙極點(diǎn)濾波器，進(jìn)行視頻積累得到處理信號(hào)，確定目標(biāo)距離，由于不考慮目標(biāo)速度參 數(shù)，不進(jìn)行多普勒維FFT處理。接著進(jìn)行CFAR恒虛警概率檢測(cè)，先通過(guò)固定門(mén)限再通過(guò)浮動(dòng) 門(mén)限。
[0016] 1)回波信號(hào)構(gòu)建
[0017] 信號(hào)的存儲(chǔ)方式如圖2所示，在得到回波信號(hào)之后，每個(gè)PRF(脈沖重復(fù)頻率）內(nèi)的 采樣點(diǎn)存儲(chǔ)在距離向，方位向?yàn)榉e累點(diǎn)數(shù)從而形成一個(gè)二維矩陣。此二維矩陣即為一幀數(shù) 據(jù)，如果采樣多幀信號(hào)，再把這個(gè)二維矩陣擴(kuò)充到三維矩陣。
[0018] 2)脈壓處理
[0019]脈沖壓縮，即在雷達(dá)發(fā)射機(jī)中發(fā)射時(shí)寬較寬，峰值功率較低的脈沖，通過(guò)對(duì)載頻進(jìn) 行編碼以增加發(fā)射波形的帶寬，然后再接收機(jī)中對(duì)回波實(shí)施脈沖壓縮，從而達(dá)到窄脈沖，高 峰值功率的簡(jiǎn)單脈沖體制雷達(dá)所具有的分辨能力和探測(cè)能力。
[0020] 3)雙極點(diǎn)濾波
[0021] 雙極點(diǎn)濾波器是一個(gè)二階IIR濾波器，可以近似實(shí)現(xiàn)最優(yōu)加權(quán)，雙極點(diǎn)濾波系統(tǒng)函 數(shù)存在兩個(gè)極點(diǎn)，也就是沖擊響應(yīng)可以求出兩個(gè)解得濾波器，即是一個(gè)有兩個(gè)反饋的加權(quán) 運(yùn)算器。
[0022] 雙極點(diǎn)濾波的時(shí)域框圖如圖3所示。由此可得它的傳遞函數(shù)：
[0027] 根據(jù)框圖可得出系統(tǒng)的狀態(tài)方程如下：
[0028] y(n) =x(n)-k2Z(n_l)
[0029] z(n) = y(n-l)+kiz(n-l)
[0030] 4)視頻積累
[0031] 當(dāng)雷達(dá)波束掃過(guò)目標(biāo)，雷達(dá)接收到一串幅度受天線(xiàn)放線(xiàn)圖調(diào)制的回波信號(hào)，為了 充分利用回波能量，提高雷達(dá)的檢測(cè)能力，通常要對(duì)接受到得多個(gè)脈沖進(jìn)行積累。在檢波后 完成的積累叫視頻積累。因?yàn)榛夭ǖ姆仁遣痪鶆虻?，因此在?duì)目標(biāo)回波進(jìn)行積累之前要 按一定規(guī)則進(jìn)行加權(quán)處理。雷達(dá)的視頻積累是在相同距離單元不同重復(fù)周期之間進(jìn)行的， 因此在距離門(mén)內(nèi)有多少個(gè)距離單元就要進(jìn)行多少次積累。盡管在每個(gè)距離單元的積累運(yùn)算 量不大，但全部距離單元視頻積累總運(yùn)算量是相當(dāng)大的，因此采用遞歸型積累器如雙極點(diǎn) 濾波器來(lái)近似實(shí)現(xiàn)最優(yōu)加權(quán)以減少運(yùn)算量。
[0032] 由上式可得視頻積累的公式如下：
[0033] z(n) =x(n-l)+kiz(n-l)-k2z(n-2)
[0034] 回波信號(hào)通過(guò)濾波器之后得到處理信號(hào)，之后的仿真結(jié)果里可見(jiàn)處理信號(hào)可以準(zhǔn) 確的分辨出目標(biāo)，此算法合理可行。
[0035] 5)CFAR目標(biāo)檢測(cè)
[0036] CFAR(恒虛警概率)處理是雷達(dá)信號(hào)處理的重要內(nèi)容之一，在自動(dòng)檢測(cè)中，恒虛警 率處理可使終端計(jì)算機(jī)不至于因干擾過(guò)強(qiáng)而過(guò)載。為了對(duì)雜波圖效果進(jìn)行改進(jìn)，本次方案 中采用單元平均的方法，即對(duì)每個(gè)雜波單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理：
[0038] 為了設(shè)定檢測(cè)單元所需的門(mén)限電平，同一單元的干擾功率電平必須已知。由于干 擾功率電平時(shí)變化的，必須通過(guò)數(shù)據(jù)估計(jì)得到。這種估計(jì)方法基于兩個(gè)重要的假設(shè)：
[0039] 臨近單元的所含雜波的統(tǒng)計(jì)特性與待檢單元一致
[0040] 臨近單元不包含任何目標(biāo)，其僅僅存在干擾噪聲
[0041] 根據(jù)地雜波空間分布變化，參考單元(滑窗大小)數(shù)值η-般區(qū)在4-16之間。本方案 中考慮的是海雜波，通常在空間是成片分布的，片內(nèi)分布比地雜波要均勻一些，所以參考單 元可以取得大一些，一般不超過(guò)50.門(mén)限因子是一個(gè)標(biāo)量，大小根據(jù)所需的恒虛警概率的大 小來(lái)確定。瑞利雜波下單目標(biāo)檢測(cè)可參考公式：
[0042] 1/Pfa = (1+ratio) 'n〇
[0043] 以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例?？梢岳斫?，本 領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變 化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種岸基雷達(dá)的信號(hào)處理算法，其特征在于，包括如下步驟:得到回波信號(hào)后，將回 波信號(hào)每個(gè)脈沖重復(fù)頻率內(nèi)的采樣點(diǎn)存儲(chǔ)在距離向，積累點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)在方位向，從而形成一 個(gè)二維矩陣;所述二維矩陣即為一幀數(shù)據(jù)，如果采樣多幀信號(hào)，則把所述二維矩陣擴(kuò)充到三 維矩陣;然后對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行脈壓處理，之后通過(guò)雙極點(diǎn)濾波器，進(jìn)行視頻積累得到處理信 號(hào)，確定目標(biāo)距離，接著進(jìn)行CFAR恒虛警概率檢測(cè)，先通過(guò)固定門(mén)限再通過(guò)浮動(dòng)門(mén)限。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種岸基雷達(dá)的信號(hào)處理算法，在得到回波信號(hào)之后，將回波信號(hào)每個(gè)脈沖重復(fù)頻率內(nèi)的采樣點(diǎn)存儲(chǔ)在距離向，積累點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)在方位向，從而形成一個(gè)二維矩陣；所述二維矩陣即為一幀數(shù)據(jù)，如果采樣多幀信號(hào)，則把所述二維矩陣擴(kuò)充到三維矩陣；然后對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行脈壓處理，之后通過(guò)雙極點(diǎn)濾波器，進(jìn)行視頻積累得到處理信號(hào)，確定目標(biāo)距離，接著進(jìn)行CFAR恒虛警概率檢測(cè)，先通過(guò)固定門(mén)限再通過(guò)浮動(dòng)門(mén)限。通過(guò)本發(fā)明的信號(hào)處理算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)回波信號(hào)的有效處理并成功檢測(cè)出目標(biāo)位置，滿(mǎn)足脈沖體制雷達(dá)檢測(cè)近海岸的艦船等目標(biāo)的要求。
【IPC分類(lèi)】G01S7/41
【公開(kāi)號(hào)】CN105589061
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510918172
【發(fā)明人】吳一凡, 高雁, 郭偉, 趙翠蕓, 楊鵬程, 孫友禮, 孔峰, 王德奇
【申請(qǐng)人】無(wú)錫市雷華科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年12月11日