[發明專利]基于回波精確模型的高速機動弱目標檢測方法

有效

• 申請號: 201310390704.X
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103412295A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 曹運合;靳松陽;王勝華;劉宏偉;彭志剛;張子敬
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種基于回波精確模型的高速機動弱目標檢測方法，包括如下步驟：

（1）構建高速機動目標回波信號的精確模型s(t_k,t_m)：

s(t_k,t_m)＝Au_c[α(t_k-τ′(t_m))]exp(-j2πf₀ατ′(t_m))，

exp(j2πf₀t_k)exp(j2πf_dt_k)

其中，t_k為目標回波脈沖內的快時間，t_m為目標回波脈沖間的慢時間，A為目標回波信號的幅度，u_c(t)為發射的線性調頻脈沖信號，t為時間，α＝(c-v(t_m))/(c+v(t_m))為目標回波包絡的展縮因子，c為光速，v(t_m)＝v₀+a₀t_m為第m個脈沖內目標的初始速度，v₀為目標的初速度，a₀為目標的加速度，τ′(t_m)為目標回波信號相對于發射信號的延遲時間，exp(·)為指數，j為虛數單位，f₀為載波頻率，f_d為目標回波信號的多普勒頻率；

（2）設計一個與上述回波信號相匹配的精確匹配濾波器用該精確匹配濾波器對回波信號s(t_k,t_m)進行精確匹配濾波，輸出頻域信號為Y(f,t_m)：

Y(f,tm)=Aα2|μ|rect(f-fd/2αB-fd)exp[j2πf(fdα2μ-2R0c-v(tm))]]]>

exp(j2πfd0α·f+f0f0tm)exp(j2πnk·PRFα·f+f0f0tm),]]>

exp(jπγacc-v(tm)·f+f0f0tm2)exp(-jπfd2α2μ)exp(-j2πf02R0c-v(tm))]]>

其中，*表示共軛運算，f為輸出頻域信號的頻率，μ為發射信號的調頻率，rect(t)為矩形函數，且rect(t)=1|t|≤1/20|t|>1/2,]]>B為發射信號的帶寬，R₀為雷達與目標之間的初始距離，f_d0為模糊以后的多普勒頻率，n_k為多普勒模糊因子，PRF為脈沖重復頻率，γ_a為多普勒調頻率；

（3）構造變量用變量τ_m替換目標回波脈沖間的慢時間t_m，將頻域信號變形為Y(f,τ_m)：

Y(f,τm)=Aα2|μ|rect(f-fd/2αB-fd)exp[j2πf(fdα2μ-2R0c-v(tm))]]]>

exp(j2πfd0α·f+f0f0τm)exp(j2πnk·PREα·f+f0f0τm);]]>

exp(jπγacc-v(tm)τm2)exp(-jπfd2α2μ)exp(-j2πf02R0c-v(tm))]]>

（4）根據變形后的頻域信號Y(f,τ_m)產生頻域補償因子H_w(f,τ_m;n_k,α)：

Hw(f,τm;nk,α)=exp(-j2πnk·PREα·f+f0f0τm)exp(-jπfd0α·ff0τm);]]>

（5）用上述頻域補償因子對變形后的頻域信號Y(f,τ_m)進行頻域補償，即用變形后的頻域信號Y(f,τ_m)乘以頻域補償因子，補償后回波信號的包絡對齊；

（6）將上述補償后的信號通過IFFT變換到距離時域，得到補償后的時域信號y(t_k,τ_m)：

y(tk,τm)=Aα2|μ|sinc[(αB-fd)(tk-2R0c-v(τm)+fdα2μ)],]]>

exp(jπfdtk-jπ4f0R0c+jπγaτm2)exp(j2πfd0α·τm)]]>

其中，IFFT表示傅里葉逆變換；

（7）采用去線調頻法對時域信號y(t_k,τ_m)進行多普勒調頻率的估計，利用估計得到的多普勒調頻率產生相位補償因子并對時域信號y(t_k,τ_m)進行補償，即用時域信號y(t_k,τ_m)乘以相位補償因子，其中γ'_a為估計的多普勒調頻率；

（8）對上述補償后的時域信號做脈沖維的FFT，完成回波信號的相參積累，實現對目標的檢測。

2.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟（2）所述的用精確匹配濾波器對回波信號s(t_k,t_m)進行精確匹配濾波，按如下步驟進行：

2a）對回波信號s(t_k,t_m)進行快速傅里葉變換，得到回波頻域信號為FFT[s(t_k,t_m)]：

FFT[s(tk,tm)]=A|α|1|μ|exp[jπ4sgn(μ)]rect(f-fdαB)exp[-jπ(f-fd)2α2μ],]]>

exp[-j2π(f-fd)τ′(tm)]exp(-j2πf0ατ′(tm))]]>

其中，t_k為目標回波脈沖內的快時間，t_m為目標回波脈沖間的慢時間，A為目標回波信號的幅度，α為目標回波包絡的展縮因子，μ為發射信號的調頻率，exp(·)為指數，j為虛數單位，sgn(μ)為符號函數，且sgn(μ)=1μ≥0-1μ<0,]]>rect(t)為矩形函數，且rect(t)=1|t|≤1/20|t|>1/2,]]>f為輸出頻域信號的頻率，B為發射信號的帶寬，f_d為目標回波信號的多普勒頻率，f_d＝f_d0+n_k·PRF，f_d0為模糊以后的多普勒頻率，n_k為多普勒模糊因子，PRF為脈沖重復頻率，τ′(t_m)為目標回波信號相對于發射信號的延遲時間，f₀為載波頻率；

2b）將精確匹配濾波器變換到頻域，得到頻域的精確匹配濾波器FFT[uc*(-αtk)]:]]>

FFT[uc*(-αtk)]=1|α||μ|exp(-jπ4sgn(μ))rect(fαB)exp(jπf2α2μ),]]>

其中，*表示共軛運算，u_c(t)為發射的線性調頻脈沖信號，t為時間；

2c）將上述變換到頻域的精確匹配濾波器與回波頻域信號相乘，完成回波信號的精確匹配濾波，輸出頻域信號為Y(f,t_m)：

Y(f,tm)=FFT[s(tk,tm)]·FFT[uc*(-αtk)]]]>

=Aα2|μ|rect(f-fd/2αB-fd)exp[j2πf(fdα2μ-2R0c-v(tm))]]]>

exp(j2πfd0α·f+f0f0tm)exp(j2πnk·PRFα·f+f0f0tm),]]>

exp(jπγacc-v(tm)·f+f0f0tm2)exp(-jπfd2α2μ)exp(-j2πf02R0c-v(tm))]]>

其中，R₀為雷達與目標之間的初始距離，c為光速，v(t_m)＝v₀+a₀t_m為第m個脈沖內目標的初始速度，v₀為目標的初速度，a₀為目標的加速度，f_d0為模糊以后的多普勒頻率，γ_a為多普勒調頻率。