基于部分高分辨距離像的旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明基于部分高分辨距離像的旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方法，采取的技術(shù)方案如下：第一步，雷達(dá)高分辨距離像矩陣獲??；第二步，選取部分高分辨距離像；第三步，旋轉(zhuǎn)微多普勒頻率估計(jì)；第四步，目標(biāo)旋轉(zhuǎn)直徑估計(jì)。本發(fā)明的有益效果在于：第一，不需要雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，提高了雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的效率；第二，能對(duì)被部分干擾的目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，提高了雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的可靠性；第三，不需要進(jìn)行大量復(fù)雜運(yùn)算，僅僅利用解曲線方程的方式進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，計(jì)算量較小且過程較為便捷。
【專利說明】基于部分高分辨距離像的旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域，具體涉及雷達(dá)微動(dòng)目標(biāo)特征提取技術(shù)，特別是一 種利用部分高分辨距離像估計(jì)旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目標(biāo)參數(shù)的方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 微動(dòng)是雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域一種常見現(xiàn)象，雷達(dá)微動(dòng)目標(biāo)回波包含大量目標(biāo)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng) 的細(xì)節(jié)特征，微動(dòng)參數(shù)估計(jì)也成為雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別研究的熱點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)微動(dòng)是一種典型的目標(biāo) 微動(dòng)形式，常見于直升機(jī)旋翼、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等，其特征參數(shù)主要包括旋轉(zhuǎn)微多普勒頻 率、旋轉(zhuǎn)直徑(或半徑)等。
[0003] 微動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)通常有RCS序列方法、時(shí)頻分析方法和高分辨距離像方法等，這 些參數(shù)估計(jì)方法共同特點(diǎn)是要求觀測(cè)時(shí)間內(nèi)包含一個(gè)或者多個(gè)微動(dòng)周期，要求雷達(dá)觀測(cè)的 時(shí)間要足夠長(zhǎng)。導(dǎo)致的缺陷主要表現(xiàn)在:一是由于雷達(dá)觀測(cè)實(shí)時(shí)性的要求，雷達(dá)目標(biāo)回波可 能并不包含一個(gè)完整的目標(biāo)微動(dòng)周期;二是由于噪聲等因素的影響，可能導(dǎo)致微動(dòng)回波分 量部分被干擾，只有部分雷達(dá)目標(biāo)信號(hào)可用于目標(biāo)識(shí)別。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:利用雷達(dá)目標(biāo)部分高分辨距離像完成對(duì)旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目 標(biāo)參數(shù)的可靠估計(jì)，本方法不僅實(shí)時(shí)性好而且估計(jì)精度高，結(jié)果可靠。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
[0006] 第一步，雷達(dá)高分辨距離像矩陣獲取
[0007] 利用頻率步進(jìn)信號(hào)合成寬帶雷達(dá)發(fā)射信號(hào)s(m，n)，me [1，M]是第m個(gè)頻率步進(jìn)信 號(hào)，Μ是總的信號(hào)個(gè)數(shù)，ne[l，N]是單個(gè)頻率步進(jìn)信號(hào)中第η個(gè)子脈沖，N是總的子脈沖數(shù)。對(duì) 目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換得到雷達(dá)目標(biāo)高分辨距離像，將各次雷達(dá)回波信號(hào)對(duì)應(yīng)的高 分辨距離像按行排列形成二維雷達(dá)高分辨距離像矩陣H A(m，n)。
[0008] 第二步，選取部分高分辨距離像
[0009] 選取HA(m，n)中未被干擾的部分，然后取該部分旋轉(zhuǎn)目標(biāo)距離像上振幅最大的兩 個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的距離像曲線L A(m)和LB(m)，計(jì)算兩曲線差值絕對(duì)值對(duì)應(yīng)的曲線U (m) = | La (m)-LB(m)|，| · I表示取絕對(duì)值。
[0010] 第三步，旋轉(zhuǎn)微多普勒頻率估計(jì)
[0011]選取曲線1^〇11)上任意三點(diǎn)，以旋轉(zhuǎn)微多普勒頻率為未知數(shù)聯(lián)立方程組，解方程并 計(jì)算得到旋轉(zhuǎn)微多普勒頻率估計(jì)值β。
[0012] 第四步，目標(biāo)旋轉(zhuǎn)直徑估計(jì)
[0013] 利用第三步中估計(jì)得到的S，再選取ftLiOii)上任意二點(diǎn)，以旋轉(zhuǎn)直徑為未知數(shù)聯(lián) 立方程組，解方程并計(jì)算得到目標(biāo)旋轉(zhuǎn)直徑估計(jì)值F。
[0014] 本發(fā)明的有益效果主要包括：
[0015] 第一，不需要雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，提高了雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的效率；
[0016] 第二，能對(duì)被部分干擾的目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，提高了雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的可靠性；
[0017] 第三，不需要進(jìn)行大量復(fù)雜運(yùn)算，僅僅利用解曲線方程的方式進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)
[0018] 算，計(jì)算量較小且過程較為便捷。 【【附圖說明】】
[0019] 圖1是旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目標(biāo)示意圖。
[0020] 圖2是完整目標(biāo)高分辨距離像示意圖。
[0021 ]圖3是選取的部分標(biāo)高分辨距離像回波示意圖。
[0022]圖4是旋轉(zhuǎn)微多普勒頻率估計(jì)結(jié)果。
[0023]圖5是目標(biāo)旋轉(zhuǎn)直徑估計(jì)結(jié)果。 【【具體實(shí)施方式】】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。步驟如下：
[0025]第一步，獲取高分辨距離像對(duì)應(yīng)的曲線。如圖1所示，設(shè)旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目標(biāo)上振幅最大 的兩個(gè)點(diǎn)為A和B，其各自對(duì)應(yīng)的高分辨距離像曲線表達(dá)式可表示為：
[0027]其中Ro是旋轉(zhuǎn)中心0距離雷達(dá)的距離，γα和rB為A和B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)半徑，f 〇是雷 達(dá)信號(hào)s(m，n)的起始頻率，Af是信號(hào)s(m，n)的步進(jìn)值，TR是脈沖重復(fù)周期，ω為旋轉(zhuǎn)微多 普勒頻率，(Κ= ωπιΝΤ??+Φο為旋轉(zhuǎn)角度，Φο是初始角度
為常 數(shù)。
[0028]第二步，計(jì)算部分距離像對(duì)應(yīng)的差值絕對(duì)值曲線。從圖2中可見，雖然旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目 標(biāo)對(duì)應(yīng)的高分辨距離像包含多個(gè)微動(dòng)周期，但是由于大部分被噪聲干擾，常規(guī)微動(dòng)參數(shù)估 計(jì)方法面臨困難。選取部分距離像曲線如圖3所示，然后計(jì)算兩曲線差值的絕對(duì)值：
[0029] Li(m)= |LA(m)_LB(m) | =r*sin( ω*ηι+Φ〇-ε)(公式二）
[0031]第三步，估計(jì)旋轉(zhuǎn)微多普勒頻率。以ρ為間隔，從U (m)中取三個(gè)點(diǎn)：U (mo-p)，U (mo)，Li(m〇+p)，由下式計(jì)算每一個(gè)p值對(duì)應(yīng)下的ω*(ρ):
[0033]其中_為m=2,3, · · ·，Μ-1 中任意一點(diǎn)：
.，pe [1 ,Μ-mo]。再求得：
[0035]然后對(duì)ω (p)求和再取平均，可得旋轉(zhuǎn)微多普勒率估計(jì)值為：
[0037]旋轉(zhuǎn)微多普勒率ω(ρ)隨著p的變化如圖4所示，最后求得旋轉(zhuǎn)微多普勒率估計(jì)值 S =32.14 (rad/S) ?與真實(shí)值30 · 79 (rad/s)相對(duì)誤差為4 · 2 %。
[0038] 第四步估計(jì)旋轉(zhuǎn)目標(biāo)直徑。從LKm)中取二個(gè)點(diǎn)^(nnAm)，由下式計(jì)算每 一個(gè)Am值對(duì)應(yīng)下的r( Am):
[0039]
[0040] 其中，mi為m=l，2,3, · · ·，M-1中任意一點(diǎn)，Am=l，2,3, · · ·，M-mi。然后對(duì)r( Am)求 和再取平均，可得旋轉(zhuǎn)目標(biāo)直徑估計(jì)值為：
[0042]旋轉(zhuǎn)目標(biāo)直徑r( △ m)隨著△ m的變化如圖5所示，最后求得旋轉(zhuǎn)目標(biāo)直徑估計(jì)值 F = 15.05m，與真實(shí)值14.63m相對(duì)誤差為2.9%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于部分高分辨距離像的旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于，包括如下 步驟： 步驟一:雷達(dá)高分辨距離像矩陣獲取 利用頻率步進(jìn)信號(hào)合成寬帶雷達(dá)發(fā)射信號(hào)3(111，11)，111￡[1，1]是第111個(gè)頻率步進(jìn)信號(hào)，1 是總的信號(hào)個(gè)數(shù)，ne[l，N]是單個(gè)頻率步進(jìn)信號(hào)中第η個(gè)子脈沖，N是總的子脈沖數(shù);對(duì)目標(biāo) 回波信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換得到雷達(dá)目標(biāo)高分辨距離像，將各次雷達(dá)回波信號(hào)對(duì)應(yīng)的高分辨 距離像按行排列形成二維雷達(dá)高分辨距離像矩陣化(m，n); 步驟二:選取部分高分辨距離像 選取化(m，n)中未被干擾的部分，然后取該部分旋轉(zhuǎn)目標(biāo)距離像上振幅最大的兩個(gè)旋轉(zhuǎn) 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的距離像曲線LA(m)和LB(m)，計(jì)算兩曲線差值絕對(duì)值對(duì)應(yīng)的曲線^(m)=|LA(m)-LB (m) I，I · I表示取絕對(duì)值； 步驟Ξ:旋轉(zhuǎn)微多普勒頻率估計(jì) 選取曲線^如)上任意Ξ點(diǎn)，W旋轉(zhuǎn)微多普勒頻率為未知數(shù)聯(lián)立方程組，解方程并計(jì)算 得到旋轉(zhuǎn)微多普勒頻率估計(jì)值^ ; 步驟四：目標(biāo)旋轉(zhuǎn)直徑估計(jì) 利用第Ξ步中估計(jì)得到的0)，再選取曲^如)上任意二點(diǎn)，W旋轉(zhuǎn)直徑為未知數(shù)聯(lián)立方 程組，解方程并計(jì)算得到目標(biāo)旋轉(zhuǎn)直徑估計(jì)值f。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于部分高分辨距離像的旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方法，其特 征在于:在步驟二中，設(shè)旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目標(biāo)上振幅最大的兩個(gè)點(diǎn)為A和B，其各自對(duì)應(yīng)的高分辨距 離像曲線表達(dá)式表示為：其中Ro是旋轉(zhuǎn)中屯、0距離雷達(dá)的距離，Μ和η為A和B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)半徑，時(shí)是雷達(dá)信號(hào) s(m，n)的起始頻率，Af是信號(hào)s(m，n)的步進(jìn)值，Tr是脈沖重復(fù)周期，ω為旋轉(zhuǎn)微多普勒頻 率，Φη= ωπιΝΤκ+Φ〇為旋轉(zhuǎn)角度，Φο是初始角虔為常數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于部分高分辨距離像的旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方法，其特 征在于:在步驟二中，選取部分距離像曲線，然后計(jì)算兩曲線差值的絕對(duì)值：(公式二） 其中，r = rA+rB為目標(biāo)旋轉(zhuǎn)直徑，ω*= coNTr。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于部分高分辨距離像的旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方法，其特 征在于：在步驟Ξ中，Wp為間隔，從b(m)中取Ξ個(gè)點(diǎn)：Li(m〇-p)，b(m〇)，b(m〇+p)，由下式計(jì) 算每一個(gè)P值對(duì)應(yīng)下的ω^ρ): V ·* /5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于部分高分辨距離像的旋轉(zhuǎn)微動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方法，其特 征在于:在步驟四中，從b(m)中取二個(gè)點(diǎn):Li(mi)，b(mi+ Am)，由下式計(jì)算每一個(gè)Am值對(duì)應(yīng) 下的!( Am):其中，mi為m=l,2,3,. . . ,Μ-1 中任意一點(diǎn)，Am=l,2,3,. . . 然后對(duì)!( Am)求和再 取平均，得到旋轉(zhuǎn)目標(biāo)直徑估計(jì)值為：
【文檔編號(hào)】G01S7/41GK106093900SQ201610373341
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】潘小義, 王偉, 馮德軍, 傅其祥, 顧趙宇, 劉永才, 徐樂濤, 張文明
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)