[發(fā)明專利]一種基于雙正交傅里葉變換的高速目標(biāo)加速度估計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310191366.0
• 申請(qǐng)日: 2023-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN116482670A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 申明磊;姚禹舜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/58
• 分類號(hào): G01S13/58;G01S13/08;G01S7/41;G01P15/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 何宇

本申請(qǐng)公開了一種基于雙正交傅里葉變換的高速目標(biāo)加速度估計(jì)方法，首先將接收到的回波信號(hào)后首先在快時(shí)鐘維對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行FFT變換；然后在慢時(shí)鐘維做keystone變換校正距離走動(dòng)，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行拉伸和壓縮；接著通過(guò)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)MTD對(duì)目標(biāo)的速度進(jìn)行粗略估計(jì)，獲得目標(biāo)模糊速度，并在頻域上對(duì)信號(hào)進(jìn)行多普勒濾波來(lái)提高信噪比；然后根據(jù)估計(jì)值補(bǔ)償信號(hào)的多普勒頻率；然后在keystone變換的基礎(chǔ)上使用BFT變換對(duì)回波信號(hào)做雙正交基打開，進(jìn)行加速度估計(jì)，并補(bǔ)償目標(biāo)加速度；最后通過(guò)MTD完成距離速度解模糊并獲得目標(biāo)精確速度和距離。本方法能夠增大信號(hào)處理的線性動(dòng)態(tài)范圍并提高改善因子；解決在分析加速目標(biāo)時(shí)，單獨(dú)使用keystone變換不能消除加速度帶來(lái)的影響的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于雙正交傅里葉變換的高速目標(biāo)加速度估計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，制導(dǎo)技術(shù)占據(jù)著越來(lái)越重要的地位，精確制導(dǎo)技術(shù)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。雷達(dá)導(dǎo)引頭由于具備較好的跟蹤和截獲目標(biāo)的性能，已經(jīng)成為雷達(dá)探測(cè)器的重要部件。為滿足雷達(dá)對(duì)測(cè)量精度的要求，信號(hào)需要具備大的時(shí)寬和帶寬，現(xiàn)代雷達(dá)大都采用線性調(diào)頻(Liner?Frequency?Modulated，LFM)脈沖信號(hào)通過(guò)脈沖壓縮處理，來(lái)兼顧雷達(dá)距離分辨力和探測(cè)的威力。LFM脈沖體制雷達(dá)在目標(biāo)跟蹤、截獲方面有較大的優(yōu)勢(shì)，在雜波抑制方面也有良好的表現(xiàn)，因此在雷達(dá)系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。

傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)的信號(hào)處理過(guò)程一般為對(duì)目標(biāo)回波進(jìn)行匹配濾波與動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(Moving?Target?Detection,MTD)，將信號(hào)能量集中在一個(gè)距離單元與速度單元內(nèi)，完成相參積累的過(guò)程。根據(jù)傳統(tǒng)PD雷達(dá)的設(shè)計(jì)原則，在相參積累時(shí)間內(nèi)，目標(biāo)的距離走動(dòng)不能超過(guò)半個(gè)距離分辨單元。當(dāng)相干積累時(shí)間較長(zhǎng)或信號(hào)帶寬很大，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度很高時(shí)，這一要求往往不能得到滿足。因此，脈沖回波出現(xiàn)跨距離單元走動(dòng)，是影響雷達(dá)探測(cè)性能的主要因素。對(duì)于勻速運(yùn)動(dòng)的高速目標(biāo)，現(xiàn)有技術(shù)中已提出很多檢測(cè)方法，但都存在一定的問(wèn)題。

Radon最早提出用MTD檢測(cè)高速目標(biāo)的參數(shù)，雖然能夠直接得到目標(biāo)的速度和距離等信息，但是當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度過(guò)快時(shí)，在進(jìn)行多脈沖相參積累處理期間，目標(biāo)回波頻率在多普勒頻率單元存在擴(kuò)展，目標(biāo)多普勒頻率將跨越多個(gè)頻率單元，導(dǎo)致對(duì)目標(biāo)處理的線性動(dòng)態(tài)范圍有限，還可能會(huì)受到一定的雜波干擾。Perry提出了keystone變換，通過(guò)尺度變換消除了所有移動(dòng)目標(biāo)的線性范圍偏移影響，這種方法無(wú)需知道目標(biāo)的速度信息，但是由于目標(biāo)存在加速度，脈沖壓縮后信號(hào)能量不能集中在一個(gè)距離單元內(nèi)，就會(huì)導(dǎo)致在單獨(dú)進(jìn)行keystone變換檢測(cè)時(shí)，無(wú)法消除運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的加速度帶來(lái)的影響。張守宏等通過(guò)對(duì)綜合處理多距離單元并結(jié)合時(shí)頻分析來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償與匹配積累，可以通過(guò)不同旋轉(zhuǎn)角度的多普勒濾波器組同時(shí)消除多普勒頻率偏移和跨距離單元的影響，但在檢測(cè)時(shí)用到多組多普勒濾波器來(lái)完成運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，濾波器各次冪系數(shù)的搜索需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，并且補(bǔ)償時(shí)由于改善因子過(guò)小，引起積累效率過(guò)低，將導(dǎo)致積累能量擴(kuò)散，無(wú)法完成目標(biāo)檢測(cè)或精確測(cè)速。

雙正交傅里葉變換法(BFT，Bi-orthogonal?Fourier?transform)是基于keystone變換的目標(biāo)加速度估計(jì)算法，它是將信號(hào)用雙正交基打開，得到信號(hào)的調(diào)頻斜率密度譜，一種類似于頻譜的密度分布。通過(guò)雙正交傅里葉變換法BFT，單斜率譜LFM信號(hào)就會(huì)表現(xiàn)為相應(yīng)的單沖激函數(shù)。針對(duì)已知速度裝訂條件下的加速目標(biāo)，該算法對(duì)keystone變換后的信號(hào)做MTD，根據(jù)裝訂的速度信息對(duì)速度解模糊得到目標(biāo)的速度估計(jì)值，將速度補(bǔ)償后的信號(hào)運(yùn)用BFT得到斜率密度譜，計(jì)算出目標(biāo)加速度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于解決高速目標(biāo)檢測(cè)時(shí)單獨(dú)使用keystone變換不能消除加速度帶來(lái)的影響的問(wèn)題，提供了一種基于雙正交傅里葉變換的高速目標(biāo)加速度估計(jì)方法，主要應(yīng)用于主動(dòng)LFM體制雷達(dá)下的高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明公開了一種基于雙正交傅里葉變換的高速目標(biāo)加速度估計(jì)方法，包括以下步驟：