[發明專利]一種基于回波相位檢測的被測目標實時速度估計方法

無效

• 申請號: 201310087614.3
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103163517A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 柏業超;張興敢;唐嵐;薛振南;戴軍;杜仲林;魏耀
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01S13/58
• 分類號: G01S13/58
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產權代理事務所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔

技術領域

本發明涉及一種估計被測目標實時速度的方法，更具體是一種基于回波相位檢測的被測目標實時速度估計方法。

背景技術

與靜止目標相比，人們往往更關心運動目標。運動目標的檢測與運動速度的測量廣泛應用于軍事、交通和生物醫學等領域。

運動目標檢測與速度測量常使用雷達或聲納。雷達發射的電磁波或聲納發射的超聲波經目標反射后，回波中就包含了目標的形態信息和運動信息。通過對信號的積累可以檢測出回波中是否存在目標。通過測量回波相對于發射信號的延時，可以估計目標的距離，并根據多普勒效應計算目標的速度。

很多文獻對目標實時速度的估計方法進行了研究，現有的方法主要包括多波束法、圖像相關法等。

多波束法利用兩個波束或陣列，估計出目標相對每個波束的視線方向速度，然后根據波束的方向的空間關系進行綜合，得到目標的二維速度。這種方法需要多個波束，而且估計精度受波束方向夾角及目標距離影響。

圖像相關法利用兩幅圖像中的斑點跟蹤來估計速度矢量，通過相鄰圖像的二維互相關獲得圖像中某區域的移動方向和距離，再結合兩幅圖像的時間差就可以得到目標的移動速度矢量，即獲得徑向速度和垂直視線方向速度。該方法使用兩幅圖像，數據量大，對兩幅圖像的相關性要求高；同時二維相關也使得運算量增大。

Anderson和Jensen提出基于空間調制技術估計實時速度。這種方法采用空間調制使得回波受垂直視線方向運動的影響，但在實現時仍然需要多個波束。Folster和Rohling利用多普勒效應測出目標上兩個散射點的視線方向速度，利用單脈沖技術測出兩點所在的角度，然后根據幾何關系測出目標垂直視線方向速度。這種方法要求目標的體積較大，要有兩個散射點。Newhouse等人研究了垂直視線方向運動速度與回波多普勒帶寬的關系，提出利用多普勒帶寬來估計垂直視線方向速度。Haderer等人提出一種通過二次相位擬合來估計垂直視線方向運動速度的方法。這兩種方法都考慮了垂直視線方向運動對回波相位的影響，但沒有對垂直視線方向運動目標的高階多普勒效應和時頻特性進行分析。

綜上所述，視線方向運動目標的檢測與速度估計技術已經非常成熟，并在軍事及日常生活中獲得廣泛的應用。而對垂直視線方向運動目標檢測與速度估計技術的研究則相對較少，且缺乏系統的研究?，F有的方法多是借助對目標的圖像的處理來獲得目標的垂直視線方向速度。若是在雷達系統中使用，就要先進行成像，這樣就導致系統復雜，且運算量大。也有方法借助于多個波束觀測目標，或者同時觀測目標上的兩個散射點，然后根據測出的徑向速度和幾何關系來算出垂直視線方向運動速度。這種方法需要多個波束或是對目標的尺寸有要求。

發明內容

發明目的：針對現有目標實時速度估計方法對垂直于視線方向運動速度估計能力不足，且存在運算量大等缺點，本發明的目的是提供一種基于回波相位檢測的被測目標實時速度估計方法。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為一種基于回波相位檢測的被測目標實時速度估計方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）對被測目標的回波進行采樣得到回波采樣序列；（2）對所述回波采樣序列進行相位差分運算，得到一個新的序列；（3）對步驟（2）所得序列尾部補零，并進行離散傅里葉變換；（4）估算步驟（3）中離散傅里葉變換的峰值位置并由此計算出回波采樣序列的二次相位；（5）由回波采樣序列的二次相位計算出被測目標垂直于視線方向的運動速度并由回波采樣序列的傅里葉變換求出被測目標沿視線方向的運動速度；（6）由步驟（5）結果求出被測目標運動的實時速度。

進一步的，所述步驟（5）中，由回波采樣序列的二次相位計算出被測目標垂直于視線方向的運動速度的步驟如下：

1）寫出被測目標與測試信號源之間的距離與初始時刻被測目標實時速度的關系；

2）將步驟1）的表達式在初始時刻附近展開為泰勒級數；

3）根據回波采樣序列的相位與所述距離之間的關系得到所述二次相位與垂直視線方向速度的關系。

更進一步的，所述步驟2）中，忽略高次項。

進一步的，所述步驟（4）中，估算離散傅里葉變換峰值位置包括：

設離散傅里葉變換結果的最大值位置為L，幅度為X，最大值前一點和后一點的幅度分別為X₁和X₂，則估算離散傅里葉變換峰值位置????????????????????????????????????????????????為?

，其中為相鄰點之間的距離。