[發明專利]一種脈沖體制1-比特雷達非線性目標重構問題降維方法

有效

• 申請號: 201910284211.5
• 申請日: 2019-04-10
• 公開（公告）號: CN110007284B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 晉本周;李建峰;李澤昊
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種脈沖體制1?比特雷達非線性目標重構問題降維方法，包括如下步驟：接收端，在模擬域對每個脈沖的接收回波分別進行移相，實現對目標多普勒的搬移；對單幀采樣后得到的1?比特數據立方體進行線性處理，分別在三個域完成對目標信號能量的積累，得到線性處理后的數據立方體；對線性處理后的數據立方體，保留目標所在多普勒區間內的數據，完成非匹配諧波抑制；對非匹配諧波抑制后的數據立方體進行三維恒虛警預檢測，得到預檢測目標點跡信息；基于預檢測點跡所在的多普勒、空域和距離單元編號，計算降維觀測矩陣，代替原始觀測矩陣，獲得1?比特雷達降維觀測模型。本發明解決由于信號觀測模型維度過高常規非線性重構算法無法求解的問題。

技術領域

本發明涉及雷達探測技術領域，尤其是一種脈沖體制1-比特雷達非線性目標重構問題降維方法。

背景技術

隨著超高精度、超低速度等新的雷達探測需求的出現，寬帶化、全數字化成為重要的發展趨勢，進而對模數轉換器(ADC)采樣率和數據傳輸、存儲、處理能力提出了更高要求。這一要求與器件水平不足、數據傳輸與存儲等資源受限之間的矛盾成為常規雷達系統面臨的挑戰。例如，谷歌“Soli”項目，將毫米波雷達搭載于手表等設備，利用雷達捕捉人的手勢，對機器進行隔空操作。為了實現超高距離精度，所需探測帶寬可達數GHz甚至更大，同時要求小體積和低功耗。但是，當前應用較多的主流模數轉換器(ADC)采樣率通常小于3GHz，更高速率的ADC短時間內尚難以廣泛應用。另一方面，采樣率＞1GHz時，ADC芯片功耗大。比如，ADI公司AD9625-2000芯片，采樣率為2GHz、12比特量化，其功耗達3.48W。

1-比特雷達針對上述挑戰提供了新的解決途徑。與常規采用高精度量化ADC的雷達不同，1-比特雷達基于1-比特ADC對接收信號進行采樣和量化，1-比特ADC采樣得到的信號也稱之為1-比特感知信號。與常規雷達相比，在二者均以奈奎斯特采樣率進行采樣的條件下，1-比特雷達可以大幅降低陣面數據產生速率，進而降低數據傳輸、存儲能力需求。另一方面，1-比特ADC僅需一個比較器即可實現，在易于實現超高速率采樣的同時保持低功耗。

然而，由于1-比特ADC是一個高度非線性器件，基于1-比特感知信號的目標檢測面臨挑戰。1-比特量化使得各散射中心回波產生復雜耦合關系，量化后的信號除包含各散射中心自身分量外，還將產生自身高階諧波分量和各散射中心交叉諧波分量。高階諧波即包含與脈壓參考函數相匹配的諧波，也包含非匹配諧波。傳統線性信號處理方法，如匹配濾波等，難以完全抑制復雜諧波分量，需要采用非線性處理方法。但是在雷達中，由于雷達觀測模型中觀測矩陣維度巨大，非線性處理方法難以求解。以全數字化陣列雷達為例，假設天線單元數為100，單幀脈沖個數為25，快時間域采樣點數為400，目標檢測時需要聯合處理的采樣點數為100×25×400＝10⁶。進一步，假設待重構目標向量維度與采樣點數相同，那么，對應的信號模型中觀測矩陣維度為10⁶×10⁶。如果觀測矩陣每個復元素用4個字節表示，僅觀測矩陣的所需存儲空間就高達3T Byte以上，現有硬件實時存儲、讀取和處理能力難以滿足需求。因此，高維度觀測模型的降維是非線性處理方法在1-比特雷達中應用的關鍵。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種脈沖體制1-比特雷達非線性目標重構問題降維方法，能夠大幅降低信號觀測型的維度，解決由于觀測模型維度過高常規非線性重構算法無法求解的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種脈沖體制1-比特雷達非線性目標重構問題降維方法，包括如下步驟：

(1)接收端，在模擬域對每個脈沖的接收回波分別進行移相，實現對目標多普勒的搬移，改變目標的多普勒區間；

(2)對單幀回波采樣后得到的1-比特數據立方體進行線性處理，在慢時間域、空域和快時間域三個域完成對目標信號能量的積累，提升目標信噪比SNR，得到線性處理后的數據立方體；