[發明專利]基于相位分析的雷達目標多普勒譜估計方法

有效

• 申請號: 201410558775.0
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104297740A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 蘇洪濤;李龍;劉宏偉;劉子威;胡勤振
• 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: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，具體地說是公開了一種高精度的雷達目標多普勒譜的估計方法，可用于雷達動目標檢測中復正弦回波信號幅度、頻率和相位等參數的估計。

背景技術

正弦波信號頻率的估計是通信、雷達、聲納以及電子對抗等領域信號處理的一個重要問題。傳統的DFT(離散傅里葉變換)因為可以采用快速算法而被廣泛采用，但DFT的頻率分辨力和頻率估計精度取決于信號的測量時間長度。

為了提高DFT的參數估計精度，人們提出一種基于相位分析的傅里葉變換(FFT)方法(FFT相位分析法)，該方法利用分段傅里葉變換的相位差對首先粗略估計出的頻率進行補差修正從而提高了頻率估計精度并且避免了相位測量模糊問題，但是FFT相位分析法的頻率分辨率和DFT方法一樣受到相干積累時間的限制。

為了克服FFT相位分析法頻率分辨率低的缺點，人們提出一種聯合Capon-APES，即CAPES方法，這種聯合了Capon法以及幅度與相位估計APES法的超分辨譜估計方法兼有兩種方法各自的優點，在實現頻率超分辨的同時還能準確地估計出信號的幅度與相位信息。但是CAPES方法的頻率估計精度受到離散頻率采樣點數的影響，當離散頻率采樣點數較密集使得信號真實頻率位于某個頻率采樣點上時，估計精度較高，但是當信號真實頻率和頻率采樣點有一定的偏差時，參數的估計精度都會下降。

發明內容

本發明針對復正弦波信號參數估計中上述方法的不足，公開了一種基于相位分析的雷達目標多普勒譜估計方法。本發明中，將FFT相位分析法利用分段數據的相位差補償頻率差的思想應用于CAPES方法，解決了CAPES方法在正弦波真實頻率和離散頻率采樣點對不準時參數估計精度差的問題。改進后的方法頻率分辨率高，幅度相位參數估計準確并且即使正弦波真實頻率和離散頻率采樣點有偏差時也能獲得很高的參數估計精度。

為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下步驟：

一種基于相位分析的雷達目標多普勒譜估計方法包括以下步驟：

步驟1，雷達向目標發射信號，并接收經目標反射的回波數據；得到原始回波數據矩陣W，W＝[w₁,w₂,…,w_z,…,w_Z]^T，w_z表示雷達接收的第z個距離單元的回波數據矢量，w_z為N維的列向量，z取1至Z，Z為雷達的一個脈沖重復周期的距離單元數，N為一個相干積累周期中所包含的脈沖個數，N為偶數，[·]^T表示轉置；

步驟2，令數據矢量X＝w_z，X＝[x₁,x₂,…x_n,…,x_N]，x_n表示數據矢量X的第n個元素，n取1至N；將數據矢量X劃分為第一子序列X₁和第二子序列X₂，X₁＝[x₁,x₂,…,x_N/2]，X₂＝[x_N/2+1,x_N/2+2,…,x_N]；

步驟3，對數據矢量X做譜分析，得到初始估計頻率，所述初始估計頻率為數據矢量X的復幅度譜絕對值的最大值對應的離散頻率；

步驟4，得出第一子序列X₁在初始估計頻率處的復幅度譜以及第二子序列X₂在初始估計頻率處的復幅度譜

步驟5，提取第一子序列X₁的復幅度譜的相位、以及第二子序列X₂的復幅度譜的相位，得出初始相位差

步驟6，對初始相位差進行修正，以解決可能出現的相位模糊問題，得到修正后相位差

步驟7，由修正后相位差計算信號真實頻率和初始頻率的偏差并得到目標多普勒頻率

步驟8，計算數據矢量X在目標多普勒頻率處的多普勒譜復幅度得到目標多普勒譜的幅度估計值和相位估計值；

步驟9，令z依次取1至Z，并根據步驟2到步驟8，得出Z個距離單元的目標的多普勒譜。