一种高机动目标运动补偿方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高机动目标运动补偿方法及系统，主要解决现有同类方法无法完全补偿高机动目标整体平动的问题。其实现过程是：对目标的慢时间回波信号进行短时傅里叶变换；记录时频分布中最大值位置；通过最大值位置估计目标的瞬时多普勒频率值；对瞬时多普勒频率值进行经验模态分解，利用分解结果估计目标整体平动多普勒频率；利用整体平动多普勒频率计算目标整体平动的瞬时相位值以及补偿量；利用补偿量对慢时间回波信号进行整体平动补偿，得到运动补偿后的信号。本发明可消除机动目标的整体平动带来的时变多普勒调制现象，可用于对高机动目标的整体平动进行运动补偿。
【专利说明】一种高机动目标运动补偿方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种目标运动补偿方法，尤其一种高机动目标运动补偿方法及系统， 属于雷达【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 雷达对运动目标进行探测时，回波信号会产生多普勒频率。若目标相对雷达匀速 运动，产生的多普勒频率是一个不随时间变化的固定值。实际中，目标相对于雷达通常是非 勻速运动的，此时目标相对雷达的运动具有加速度，或者加加速度等商阶的运动变化量。由 这些高阶运动变化量引起的多普勒频率不再是一个固定值，而是随时间变化的变量。这种 由目标机动引起的多普勒频率随时间变化的特性对某些雷达功能的实现，如长时间相干积 累，微动特征提取等是不利的。因此，需要对机动目标进行运动补偿。
[0003]在运动补偿领域，目前已有的方法如Chirp-Fourier变换是对目标的运动参数进 行估计，从而进行运动补偿。利用这种方法进行运动补偿时需要提前假设目标的运动模型。 当目标加速度恒定时，多普勒随时间呈线性变化，雷达回波信号具有线性调频的特点，符合 Chirp-Fourier变换假设的运动模型，因此利用这种方法可以取得较好的补偿效果。当目标 加速度随时间变化时，目标整体运动引起的多普勒是随时间变化的曲线，对于这类存在高 阶运动分量的运动补偿，Chirp-Fourier变换等方法不再适用。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种基于经验模态分 解的高机动目标运动补偿方法，以消除机动目标的整体平动带来的时变多普勒调制现象。
[0005]本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高机动目标运动补偿方法，具体 包括以下步骤：
[0006] 步骤1 :采集目标的慢时间回波信号，对所述慢时间回波信号进行变换处理，得到 慢时间回波信号的时频分布；
[0007] 步骤2:根据慢时间回波信号的时频分布，得到时频分布中的频率最大值对应的 位置值，进而得到时频分布的多个位置值；
[0008] 步骤3:根据时频分布中的多个位置值，计算得到目标的瞬时多普勒频率值；
[0009] 步骤4:对瞬时多普勒频率值进行经验模态分解，得到分解结果，利用分解结果估 计目标整体平动的多普勒频率；
[0010] 步骤5 :利用目标整体平动的多普勒频率计算得到目标整体平动的瞬时相位值和 目标平动的补偿量；
[0011] 步骤6 :根据目标整体平动的补偿量对慢时间回波信号进行整体平动补偿，得到 平动补偿后的信号，结束。
[0012] 本发明的有益效果是：本发明可消除机动目标的整体平动带来的时变多普勒调制 现象，可用于对高机动目标的整体平动进行运动补偿。
[0013] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0014] 进一步，所述步骤4具体包括以下步骤：
[0015]步骤4. 1 :对目标的瞬时多普勒频率值进行经验模态分解，得到一个余项和多个 本征模函数；
[0016] 步骤4.2:将余项作为目标整体平动的多普勒频率的估计，得到目标整体平动的 多普勒频率。
[0017] 进一步，所述步骤5具体包括以下步骤：
[0018] 步骤5. 1:利用目标整体平动的多普勒频率计算得到目标整体平动的瞬时相位 值；
[0019] 步骤5. 2 :根据目标整体平动的瞬时相位值，计算得到目标平动的补偿量。
[0020] 进一步，所述步骤1中对所述慢时间回波信号进行变换处理采用短时傅里叶变 换，得到慢时间回波信号的时频分布。
[0021] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高机动目标运动补偿系统，包括 采集模块、位置值模块、多普勒估计模块、分解模块、补偿量模块和平动补偿模块；
[0022] 所述采集模块用于采集目标的慢时间回波信号，对所述慢时间回波信号进行变换 处理，得到慢时间回波信号的时频分布；
[0023] 所述位置值模块用于根据慢时间回波信号的时频分布，得到时频分布中的频率最 大值对应的位置值，进而得到时频分布的多个位置值；
[0024] 所述多普勒估计模块用于根据时频分布中的多个位置值，计算得到目标的瞬时多 普勒频率值；
[0025] 所述分解模块用于对瞬时多普勒频率值进行经验模态分解，得到分解结果，利用 分解结果估计目标整体平动的多普勒频率；
[0026] 所述补偿量模块用于利用目标整体平动的多普勒频率计算得到目标整体平动的 瞬时相位值和目标平动的补偿量；
[0027] 所述平动补偿模块用于根据目标整体平动的补偿量对慢时间回波信号进行整体 平动补偿，得到平动补偿后的信号。
[0028] 本发明的有益效果是：本发明可消除机动目标的整体平动带来的时变多普勒调制 现象，可用于对高机动目标的整体平动进行运动补偿。
[0029] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0030] 进一步，所述分解模块包括模态分解模块和平动估计模块；
[0031] 所述模态分解模块用于对目标的瞬时多普勒频率值进行经验模态分解，得到一个 余项和多个本征模函数；
[0032] 所述平动估计模块用于将余项作为目标整体平动的多普勒频率的估计，得到目标 整体平动的多普勒频率。
[0033] 进一步，所述补偿量模块包括相位值模块和补偿量计算模块；
[0034] 所述相位值模块用于利用目标整体平动的多普勒频率计算得到目标整体平动的 瞬时相位值；
[0035] 所述补偿量计算模块用于根据目标整体平动的瞬时相位值，计算得到目标平动的 补偿量。
[0036] 进一步，所述采集模块中对所述慢时间回波信号进行变换处理采用短时傅里叶变 换，得到慢时间回波信号的时频分布。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 图1为本发明所述的一种高机动目标运动补偿方法的流程图；
[0038] 图2为本发明所述的一种高机动目标运动补偿系统结构框图；
[0039] 图3为本发明具体实施例所述的一种高机动目标运动补偿方法流程图；
[0040] 图4为目标的慢时间回波信号的短时傅里叶变换时频分布图；
[0041] 图5为采用本发明对高机动目标整体平动多普勒频率估计示意图；
[0042] 图6为采用本发明对高机动目标整体平动补偿效果示意图；
[0043] 图7为现有的Chirp-Fourier变换方法补偿结果示意图。
[0044] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0045] 1、采集模块，2、位置值模块，3、多普勒估计模块，4、分解模块，5、补偿量模块，6、平 动补偿模块。
【具体实施方式】
[0046] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0047] 如图1所示，为本发明所述的一种高机动目标运动补偿方法，具体包括以下步骤： [0048]步骤1 :采集目标的慢时间回波信号，对所述慢时间回波信号进行短时傅里叶变 换，得到慢时间回波信号的时频分布；
[0049] 步骤2:根据慢时间回波信号的时频分布，得到时频分布中的频率最大值对应的 位置值，进而得到时频分布的多个位置值；
[0050] 步骤3:根据时频分布中的多个位置值，计算得到目标的瞬时多普勒频率值；
[0051] 步骤4:对瞬时多普勒频率值进行经验模态分解，得到分解结果，利用分解结果估 计目标整体平动的多普勒频率；
[0052] 步骤5:利用目标整体平动的多普勒频率计算得到目标整体平动的瞬时相位值和 目标平动的补偿量；
[0053] 步骤6 :根据目标整体平动的补偿量对慢时间回波信号进行整体平动补偿，得到 平动补偿后的信号，结束。
[0054] 如图2所示，为本发明所述的一种高机动目标运动补偿系统，包括采集模块1、位 置值模块2、多普勒估计模块3、分解模块4、补偿量模块5和平动补偿模块6;
[0055] 所述采集模块1用于采集目标的慢时间回波信号，对所述慢时间回波信号进行短 时傅里叶变换，得到慢时间回波信号的时频分布；
[0056] 所述位置值模块2用于根据慢时间回波信号的时频分布，得到时频分布中的频率 最大值对应的位置值，进而得到时频分布的多个位置值；
[0057] 所述多普勒估计模块3用于根据时频分布中的多个位置值，计算得到目标的瞬时 多普勒频率值；
[0058]所述分解模块4用于对瞬时多普勒频率值进行经验模态分解，得到分解结果，利 用分解结果估计目标整体平动的多普勒频率；
[0059] 所述补偿量模块5用于利用目标整体平动的多普勒频率计算得到目标整体平动 的瞬时相位值和目标平动的补偿量；
[0060] 所述平动补偿模块6用于根据目标整体平动的补偿量对慢时间回波信号进行整 体平动补偿，得到平动补偿后的信号。
[0061] 如图3所示，为本发明具体实施例所述的一种高机动目标运动补偿方法流程图， 具体实现步骤如下：
[0062]步骤1，对目标的慢时间回波信号进行短时傅里叶变换。
[0063] 雷达接收到的慢时间回波信号为：s= {Sl，s2, . . .，sN}，其中Si为慢时间回波信号 s第i点的值，i= 1，2, . . .，N，N为脉冲积累数，对慢时间回波信号s进行短时傅里叶变换：
【权利要求】
1. 一种高机动目标运动补偿方法，其特征在于，具体包括以下步骤： 步骤1:采集目标的慢时间回波信号，对所述慢时间回波信号进行变换处理，得到慢时 间回波信号的时频分布； 步骤2:根据慢时间回波信号的时频分布，得到时频分布中的频率最大值对应的位置 值，进而得到时频分布的多个位置值； 步骤3 :根据时频分布中的多个位置值，计算得到目标的瞬时多普勒频率值； 步骤4 :对瞬时多普勒频率值进行经验模态分解，得到分解结果，利用分解结果估计目 标整体平动的多普勒频率； 步骤5 :利用目标整体平动的多普勒频率计算得到目标整体平动的瞬时相位值和目标 平动的补偿量； 步骤6 :根据目标整体平动的补偿量对慢时间回波信号进行整体平动补偿，得到平动 补偿后的信号，结束。
2. 根据权利要求1所述的一种高机动目标运动补偿方法，其特征在于，所述步骤4具体 包括以下步骤： 步骤4. 1 :对目标的瞬时多普勒频率值进行经验模态分解，得到一个余项和多个本征 模函数； 步骤4. 2 :将余项作为目标整体平动的多普勒频率的估计，得到目标整体平动的多普 勒频率。
3. 根据权利要求2所述的一种高机动目标运动补偿方法，其特征在于，所述步骤5具体 包括以下步骤： 步骤5. 1 :利用目标整体平动的多普勒频率计算得到目标整体平动的瞬时相位值； 步骤5. 2 :根据目标整体平动的瞬时相位值，计算得到目标平动的补偿量。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的一种高机动目标运动补偿方法，其特征在于，所述 步骤1中对所述慢时间回波信号进行变换处理采用短时傅里叶变换，得到慢时间回波信号 的时频分布。
5. -种高机动目标运动补偿系统，其特征在于，包括采集模块、位置值模块、多普勒估 计模块、分解模块、补偿量模块和平动补偿模块； 所述采集模块用于采集目标的慢时间回波信号，对所述慢时间回波信号进行变换处 理，得到慢时间回波信号的时频分布； 所述位置值模块用于根据慢时间回波信号的时频分布，得到时频分布中的频率最大值 对应的位置值，进而得到时频分布的多个位置值； 所述多普勒估计模块用于根据时频分布中的多个位置值，计算得到目标的瞬时多普勒 频率值； 所述分解模块用于对瞬时多普勒频率值进行经验模态分解，得到分解结果，利用分解 结果估计目标整体平动的多普勒频率； 所述补偿量模块用于利用目标整体平动的多普勒频率计算得到目标整体平动的瞬时 相位值和目标平动的补偿量； 所述平动补偿模块用于根据目标整体平动的补偿量对慢时间回波信号进行整体平动 补偿，得到平动补偿后的信号，结束。
6. 根据权利要求5所述的一种高机动目标运动补偿系统，其特征在于，所述分解模块 包括模态分解模块和平动估计模块； 所述模态分解模块用于对目标的瞬时多普勒频率值进行经验模态分解，得到一个余项 和多个本征模函数； 所述平动估计模块用于将余项作为目标整体平动的多普勒频率的估计，得到目标整体 平动的多普勒频率。
7. 根据权利要求6所述的一种高机动目标运动补偿系统，其特征在于，所述补偿量模 块包括相位值模块和补偿量计算模块； 所述相位值模块用于利用目标整体平动的多普勒频率计算得到目标整体平动的瞬时 相位值； 所述补偿量计算模块用于根据目标整体平动的瞬时相位值，计算得到目标平动的补偿 量。
8. 根据权利要求5-7任一项所述的一种高机动目标运动补偿系统，其特征在于，所述 采集模块中对所述慢时间回波信号进行变换处理采用短时傅里叶变换，得到慢时间回波信 号的时频分布。
【文档编号】G01S7/41GK104330781SQ201410601345
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】李彦兵, 陈殿宇, 高红卫, 王正杨, 孙照强, 谭澄, 叶春茂 申请人:北京无线电测量研究所