[發明專利]基于AR模型外推的天波超視距雷達短時探測方法

在審

• 申請號: 201611149027.2
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN108181619A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 鮑拯;陳建文;盧琨
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍預警學院
• 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

本發明公開了基于AR模型外推的天波超視距雷達短時探測方法。該方法利用Burg法對經空時域處理后的原始脈沖數據進行AR模型重構外推，并綜合利用原始數據與重構數據，使得到的結果與真實頻譜緊密相關，又引入了重構數據的改善效果，大尺度模型階數與外推長度的采用，提高了外推的效果，在改善譜估計效果的同時避免了畸變產生的可能。具體步驟見附圖。技術并不局限于天波超視距雷達系統，可廣泛應用于多種類型的大型相控陣雷達，具有推廣應用價值。

技術領域

本發明涉及雷達信號處理領域中的多普勒譜估計方法，適用于天波超視距雷達的信號處理系統，可以用于相干積累時間較長的慢速運動目標檢測和需快速探測的機動目標檢測。同時，核心理論和方法還可應用于其他多種存在短時探測需求的信號處理系統中。

背景技術

天波超視距雷達利用電離層對電磁波的反射實現對視距外目標的檢測，覆蓋范圍大，能夠提供遠程預警情報信息，其工作距離相對傳統視距雷達增加達一個數量級以上。由雷達方程可知，要實現這一目標，系統接收到的SNR(Signal Noise Ratio)相對常規雷達會低40dB，須通過各種措施加以補償。為此，天波雷達系統的發射功率通常設計為200-600kW，較常規雷達高20dB，部分補償了SNR的損失，但進一步提高發射功率受到器件穩定性等一系列限制。另一方面，由于天波雷達工作在波長較長的高頻頻段，受此局限，天線電孔徑難以擴展，天線增益提升有限，只能從積累時間上來挖掘潛力。因此，天波雷達探測飛機目標的典型CPI(Coherent Processing Interval)為1-4s，這些CPI較微波雷達所采用的毫秒級CPI要高100倍，有效補償了天波雷達由于傳播路徑的增加而引入的傳播損耗。探測艦船目標時，為了從強海雜波中分辨目標，CPI還需進一步提升至10-40s或更高。

然而，相干積累時間的增加帶來了其他問題。首先，相干積累時間與數據率成反比，增加相干積累時間必然犧牲系統數據率，不利于目標的發現和跟蹤。尤其對一些快速機動目標，時間較長時信號能量不能有效積累，影響此類目標的檢測。其次，在長相干積累時間下，外部電磁環境非平穩變化的可能性大大增加，對回波信號的調制機理更復雜，導致海雜波譜呈現展寬、彎曲、漂移等現象，嚴重影響對艦船等慢速目標的有效檢測。因此，縮短目標探測所需的相干積累時間有助于提升天波雷達系統性能。為此，在天波雷達多普勒譜分析中引入超分辨譜估計技術成為一種趨勢。但是，一般超分辨譜估計方法如AR譜估計、MUSIC算法等存在階數難以判定和對低信噪比目標估計效果差的問題，實用性難以保證。

針對這些問題，文獻[1]Guiseppe Aureliano Fabrizio，”HIGH FREQUENCY OVER-THE-HORIZON RADAR FUNCAMENTAL PRINCIPLES，SIGNAL PROCESSING，AND PRACTIACALAPPLICATIONS”，McGRAW Hill，2013，提出利用低階AR模型可以精確反映天波雷達地海雜波多普勒譜的特性，通過建立在雜波低階AR模型上的數據外推可以實現相干積累時間的減半，解決了常規超分辨譜估計方法實用性差的問題。但該方法的AR模型實質上沒有計入可能存在的目標信號，而是利用相干積累過程中幅度加權中間高、兩邊低的特點，降低外推部分在最終多普勒頻譜中的比例和權重，從而減小因模型失配引起的誤差，在探測目標時存在信噪比損失，對所需相干積累時間的縮短也只有一半。只能起到將系統數據率提高一倍的效果，對單幀數據中的目標檢測并無改善。

發明內容

本發明的目的在于解決天波雷達探測快速機動目標和慢速艦船目標面臨的困難和問題，克服已有技術的不足。在不改變系統硬件結構的前提下，以盡可能小的代價，實現多種目標的正常探測與跟蹤。

為了實現上述發明目的，本發明提供了一種基于AR模型外推的天波超視距雷達短時探測方法，包括如下步驟：

(1)利用雷達固有的S個通道，將雷達接收數據X送入信號處理系統，對X進行空域波束形成、時域脈沖壓縮與瞬態干擾挖除，形成M×N×P維方位-距離-脈沖數據矩陣Z，M為形成的方位波束數，N為距離單元數目，P為脈沖數目；