[發明專利]基于脈內多普勒頻率模糊補償的外輻射源動目標探測方法

在審

• 申請號: 201810820543.6
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN108549064A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 張花國;劉瑩;尤少欽;曾輝;高嵐;薛文麗
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

1.基于脈內多普勒頻率模糊補償的外輻射源動目標探測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、設飛行目標位于空間位置O處，依水平方向按照速度v勻速飛行，在t時刻，飛行目標位置為O'；設發射方距飛行目標距離為R_T(t)，飛行目標距接收方距離為R_R(t)；則目標回波信號傳播路徑為R(t)＝R_T(t)+R_R(t)，其時延與多普勒頻率可表示為：

其中，λ表示發射信號的波長，c為光速；

對時延項τ_r在t＝0處進行泰勒級數展開，并忽略二階項及高階項得到：

τ_r(t)≈τ_r0+a_τt

其中，τ_r0為初始時延，a_τ為時延變化率；

S2、將飛行目標近似為點源目標，則發射信號經點源目標反射后，到達接收天線，則回波信號表示為：

s_e(t)＝s_ref(t-τ_r(t))

＝s_r(t-τ_r0-a_τt)exp(j2πf_c(t-τ_r0-a_τt))

其中，s_ref(t)為參考信號，f_c為信號載波頻率；

S3、對接收到的回波信號與直達波信號做混頻分離，分別得到基帶回波信號與直達波信號，其中，基帶回波信號表示為：

S4、對于長時間相參積累，采用頻域脈沖壓縮的方法實現模糊函數的計算，具體為：

S41、對混頻后的直達波信號、回波信號做分段處理，分為M_seg段，每段長度為L_seg，并將長度擴展T_dmax，即每段長度為L_seg+T_d；段內時間稱為快時間t_f，段間時間稱為慢時間t_m；其中，直達波信號拓展T_dmax長的0向量；回波信號拓展T_dmax長的數據向量；

S42、根據步驟S41設定的條件，回波信號表示為：

其中，為分段后的回波信號，模糊系數為F，視在頻率為f_d'；

S43、令f_d＝-f_ca_τ為回波信號對目標的多普勒頻移，設多普勒頻率與模糊系數F,視在頻率f_d'，三者的關系為：

f_d＝f′_d+F·PRF

則回波信號改寫為：

忽略視在頻率f′_d在快時間內的相位影響，則上式化簡為：

S44、對兩信號分別求快時間的傅氏變換，得到：

對回波信號快時間維求傅氏變換：

對直達波快時間維求傅氏變換：

S45、由于回波信號快時間頻域存在F·PRF頻移，因此對直達波做頻移得到S_ref(f-F·PRF,t_m)，實現脈內多普勒頻移模糊補償，與回波信號共軛相乘，實現脈沖頻域壓縮：

S5、利用Keystone變換：

其中，f為脈沖內頻率，t'_m為引入的變量，虛擬慢時間維；則引入Keystone變換后，數據矩陣S_i(f,t_m)表示為：

其中，上述計算可以通過Chirp-Z變換快速實現，具體步驟如下：

S51、用M表示雷達接收回波的脈沖數，選取滿足條件L≥2M-1且L為2的整數次冪的最小整數，并令θ₀＝0，A₀＝W₀＝1，則有

S52、生成L點序列g(n)和h(n)，并進行FFT變換得到G(k)和H(k),即：

S53、并取v(n)的前M點作為權值，可得0≤n≤M-1；

S54、距離徙動補償后的信號頻譜為Z(f,t'_m)＝IFFT[X(z_n)]；

S6、由步驟S5，得到數據矩陣S_i(f,t_m)經Keystone變換后數據矩陣：

由于f_d＝f_ca_τ＝f′_d+F·PRF

則帶入上式有：

令為多普勒頻率模糊的慢時間補償項，補償后為：

再對該式在快時間維上做傅氏逆變換，得：

S_c(t_f,t'_m)＝s_{I_im}(t_f-τ₀)exp(-j2πf_cτ₀)

×exp(-j2πf_ca_τt'_m)

其中，u_{I_im}(t_f)＝IFFT{|S_r(f-FPRF)|²}，上式表明已消除距離徙動；

S7、再沿慢時間維做快速傅里葉變換，即計算：

T(τ,f_d)＝F{S_c(t_f,t'_m)}|

S8、對T(τ,f_d)進行CFAR檢測，若T(τ,f_d)>μ(1≤i≤N_seg,1≤j≤L_seg)則判為該位置存在目標，估計出該位置對應的多普勒頻率和時延根據f_d＝f_d'+F·PRF計算估計真實多普勒頻率；否則判為該位置不存在目標，μ為該位置對應的CFAR門限。