[發明專利]雷達動目標Radon-分數階傅里葉變換長時間相參積累檢測方法

有效

• 申請號: 201310053874.9
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103176178A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 陳小龍;關鍵;何友;包中華;柴勇;王國慶;蔡復青;宋杰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍航空工程學院
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明屬于雷達信號處理和檢測技術領域，更具體地，本發明涉及一種雷達動目標Radon-分數階傅里葉變換長時間相參積累檢測方法，可用于復雜環境下微弱動目標的雷達檢測處理。

二、背景技術

隨著科學技術的發展，尤其是高速目標的不斷發展和隱身技術的日益成熟，穩健和有效的雷達動目標檢測始終是雷達信號處理領域的難題，研究提高雷達對微弱動目標檢測能力的信號處理方法具有重要意義。目標探測的復雜性不僅來自于目標本身，而且受到日益復雜的電磁環境和雜波背景的影響，具有低可觀測特性的運動目標種類很多，歸納起來可分為如下四類：1)目標本身尺寸比較小，從而使其回波很微弱，例如小木船、潛望鏡和無人機等；2)采用了隱身技術的隱身目標，使得雷達反射截面積(Radar?Cross?Section，RCS)急劇減少，這類目標的尺寸可能不小，但由于采用了隱身措施，也使其回波很微弱，例如隱身快艇、飛機、巡航導彈以及高超聲速飛行器等；3)大目標，但由于距離遠、雜波背景強等因素導致目標單元中信雜比很低，例如預警雷達的遠程探測和監視；4)高速高機動目標，如戰斗機、導彈以及海面快艇等，其運動速度大大超過平穩運動目標，其回波能量有限。

上述四類目標的一個共同點是，無論是在時域還是在頻域(多普勒域)，目標距離和多普勒分辨單元中的信雜(噪)比都很低，難以對抗地物雜波、海雜波以及電子干擾等，降低了雷達的檢測性能。在雷達信號處理中，通常可以延長積累時間以增加目標的能量，達到提高信號信雜(噪)比的要求。然而，對于常規機械掃描雷達，雷達通過旋轉天線探測目標，波束在每個指向的駐留時間有限，因此可供脈沖積累的回波數目有限。數字相控陣雷達的出現，為目標的長時間積累提供了可能性，通過采用數字波束形成(Digital?Beam?Forming，DBF)和相控陣天線，可采用多個波束覆蓋更廣闊的空間，同時增加了波束的駐留時間。

根據長時間脈沖積累是否利用目標信號的相位信息，可分為非相參積累(僅利用采樣信號幅度信息)和相參積累(同時利用采樣信號的幅度和相位信息)兩種。常用的非相參積累方法包括包絡插值移位補償法、動態規劃法、最大似然法，Hough變換法等，非相參積累對系統沒有嚴格的相參要求，在工程實現上比較簡單，但其信號積累效率和信雜(噪)比改善均明顯低于相參積累方法，不適于復雜環境下微弱動目標的檢測。相參積累技術利用目標的運動特性和多普勒信息，可獲得更高的積累增益，但目前長時間相參積累主要面臨以下兩個方面的問題：一方面由于雷達距離分辨力的不斷提高和目標的高速運動，在長時間積累時，目標回波包絡在不同脈沖周期之間走動，稱為距離徙動效應(Across?Range?Walk，ARU)，使得目標能量在距離向分散，傳統的基于距離單元的動目標檢測(Moving?Target?Detection，MTD)方法已不能有效適應該類目標的檢測，需在檢測前進行回波距離徙動補償；另一方面在長時間相參積累時，目標的勻加速運動或高階運動會引起回波相位變化，使雷達回波信號具有時變特性并表現為高階相位形式，目標的多普勒頻率將跨越多個多普勒單元，稱為多普勒徙動效應(Doppler?Frequency?Migration，DFM)，使得目標能量在頻域分散，降低了相參積累增益。此外，對于高速運動目標，其距離和多普勒頻率在較短的積累時間內仍會有較大的變化，同樣會出現距離和多普勒徙動，影響積累效果。

針對距離徙動補償，現有的方法包括包絡相關法(如互相關法、最小熵法、譜峰跟蹤法等)，但在低信雜(噪)比情況下由于相鄰回波相關性較差而無法獲得較好的包絡對齊效果；Keystone變換法依賴于目標回波的多普勒模糊度；Radon-傅里葉變換法(Radon-Fourier?Transform，RFT)通過聯合搜索參數空間中目標參數的方式解決了距離徙動與相位調制耦合的問題，但它假設目標勻速運動，且算法復雜度較高。針對多普勒徙動補償，現有的方法包括De-chirp法、Chirp-傅里葉變換法、多項式相位法和分數階傅里葉變換法(FRactional?Fourier?Transform，FRFT)等，但補償性能均受估計信號長度的限制。目前，很少有能夠同時補償距離和多普勒徙動的長時間相參積累方法，并且積累增益往往受信雜(噪)比的影響，不適于復雜雜波背景環境中的信號處理。上述問題限制了遠距離微弱動目標或高速高機動目標的長時間相參積累方法在實際中的應用。

三、發明內容

1.要解決的技術問題

本發明的目的在于同時利用運動目標回波的幅度和相位信息，提供一種雷達動目標Radon-分數階傅里葉變換長時間相參積累檢測方法。其中要解決的技術問題包括：