本发明涉及一种目标特征提取方法，具体涉及一种基于GLONASS卫星信号进行目标特征提取的方法、装置及系统，属于雷达技术领域。
背景技术：
目标特征提取技术在国防事业和民用需求方面展现了广泛的应用前景。在军事领域，地面运动目标成像系统能够进行战场态势评估，作战控制与指导等；在民用领域，该系统能够对交通进行管制，对环境进行监控等。
现有的相关目标特征提取系统及方法方面的专利如《一种基于小波多尺度分析的微动目标特征提取方法及系统》，《一种用于超宽带穿墙雷达中多人体目标检测的系统及方法》等系统均包含发射机和接收机，皆属于单基地主动式系统，由于发射机成本较高，因此整套系统造价昂贵。此外，主动式系统在实际操作中主动发射电磁波，因此极易被察觉，因此其系统隐蔽性，安全性较差。再者，上述现有技术方案的照射源均只有一个，因此观测角度较为单一，获取的信息量较为有限。综上，上述方案在实际运用中有一定的技术限制。
技术实现要素：
鉴于此，本发明的目的是提供一种基于GLONASS卫星信号来进行目标特征提取的方法、装置及系统，其输出为观测目标的速度与位置信息。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案是这样实现的：
一种基于GLONASS卫星信号的目标特征提取方法，其特征在于，包括：
信息接收模块在相同的频域和时域上接收第一、第二、第三、第四信号，所述第一信号来自GLONASS卫星发射的电磁波，所述第二、第三、第四信号均来自GLONASS卫星发射至目标并反射的电磁波；
对所述第一信号进行频域滤波，获得第一峰值角度向量、第一峰值频率向量、GLONASS电文信息向量、第一峰值位置信息向量及GLONASS卫星位置信息向量；
对所述第二、三、四信号分别进行平滑滤波计算，获得第一、第二、第三目标场景信息重构矩阵；
对所述第一、第二、第三目标场景信息重构矩阵进行平滑滤波、模糊化计算、阈值判决、速度计算，获得目标特征，包括其位置和速度。
进一步的，对所述第一信号进行频域滤波，获得第一峰值角度向量、第一峰值频率向量、GLONASS电文信息向量、第一峰值位置信息向量及GLONASS卫星位置信息向量，具体包括：对所述第一信号按照一个GLONASS信号码长为一个处理单元进行频域滤波，获得所述第一峰值角度向量，对所述第一峰值角度向量进行差分峰值检测，获得所述GLONASS电文信息向量、所述第一峰值频率向量及所述第一峰值位置信息向量；对所述GLONASS电文信息向量进行解码，获得GLONASS卫星位置信息向量。
进一步的，所述GLONASS卫星信号选自三种不同频段中的一种，分别为L1频段，L2频段和L3频段，其中，L1频段的频点中心为1575.42MHz，带宽为15MHz；L2频段的频点中心为1227.60MHz，带宽为15MHz；L2频段的频点中心为1207.14MHz，带宽为25MHz；优选情况是选自L3频段。
进一步的，对所述第二、三、四信号分别进行处理，获得第一、第二、第三目标场景信息重构矩阵，其中，所述第一目标场景信息重构矩阵方法包括：对所述第二信号基于一个GLONASS信号码字长度为行长度进行串并变换，获得第二信号矩阵；对所述第一峰值角度向量、所述第一峰值频率向量、所述GLONASS电文信息向量、所述第一峰值位置信息向量以及GLONASS基带信号进行计算，获得参考矩阵；对所述第二信号矩阵、所述参考矩阵及所述GLONASS卫星位置信息向量进行时域二维匹配滤波计算，获取第一目标场景信息重构矩阵；根据所述第三、四信号分别获取所述第二、第三目标场景信息重构矩阵的方法与所述第一目标场景信息重构矩阵的获取方法一致。
进一步的，对所述第一、第二、第三目标场景信息重构矩阵进行平滑滤波、模糊化计算、阈值判决、速度计算，获得目标特征，包括其位置和速度，具体包括：对所述第一、第二目标场景信息重构矩阵进行平滑滤波处理，获得第一特征矩阵；对所述第一、第三目标场景信息重构矩阵进行平滑滤波处理，获得第二特征矩阵；对所述第一特征矩阵及所述第二特征矩阵进行模糊化计算，获得场景信息特征矩阵，对所述场景信息特征矩阵去除冗余信息，获取第二场景特征矩阵，对所述第二场景特征矩阵进行信噪比阈值判决、角度-速度变化，获得目标的位置与速度。
本发明还提供一种基于GLONASS卫星信号的目标特征提取装置，其特征在于，包括：
信息接收模块，用于在相同的时域和频域上接收第一信号、第二信号、第三信号和第四信号；所述第一信号来自GLONASS卫星发射的电磁波，所述第二信号、第三信号和第四信号均来自GLONASS卫星发射至目标并反射的电磁波；
第一处理模块，用于对所述第一信号进行频域滤波，获得第一峰值角度向量、第一峰值频率向量、GLONASS电文信息向量、第一峰值位置信息向量及GLONASS卫星位置信息向量；
第二处理模块，用于对所述第二、三、四信号进行平滑滤波计算，获得第一、第二、第三目标场景信息重构矩阵；
第三处理模块，用于对所述第一、第二、第三目标场景信息重构矩阵进行平滑滤波、模糊化计算、阈值判决、速度计算，获得目标特征，包括其位置和速度。
本发明还提供一种基于GLONASS卫星信号的目标特征提取系统，其特征在于，包括：如上所述的目标特征提取装置。
进一步地，该系统还包括定位模块，通讯模块，共享驻留模块，判定模块，主控模块；其中：
所述定位模块，用于获取所述目标特征提取装置的实时位置并输出；
所述通讯模块，用于将所述信息接收模块接收的信号传输入至第一处理模块；
所述共享驻留模块，用于留存从通信模块，第一处理模块，第二处理模块，第三处理模块，主控模块，判定模块所获得的各类数据，亦用于所述主控模块从所述共享驻留模块中获取各类数据；
所述判定模块，用于进行第一处理模块和第三处理模块中峰值判定和阈值判定计算；
所述主控模块，用于对所述通讯模块，第一处理模块，第二处理模块，第三处理模块，以及判定模块进行任务调度。
进一步的，所述信号接收模块包括四路接收天线，标记为第一天线，用于接收第一信号，以及第二、三、四天线，用于接收第二、三、四信号，所述第二、三、四天线地理位置分开。
进一步的，所述共享驻留模块包含指引部分、信息驻留部分及共享数据部分，所述指引部分对各类共享数据部分的位置和长度进行标识，所述信息驻留部分存储所述主控模块对所述其它模块进行任务调度的信号，所述共享数据部分存储通信模块、第一处理模块、第二处理模块、第三处理模块、主控模块、判定模块间传输的各路信号。
因此，根据本公开内容，具体有益效果是：
1)本发明的目标提取装置能够提供多点照射。由于在同一时刻同一地点天上GLONASS卫星较多，能够对同一区域进行多点观测，提供更多的信息。
2)本发明的目标特征提取装置能提供无覆盖照射。现有的目标特征提取技术方案均为单基地装置，由于地形的原因，极易产生阴影效应，导致部分区域未被照射。本发明属于双基地装置，作业拓扑结构灵活，能够有效克服阴影效应，提供无覆盖观测。
3)本发明的目标特征提取装置属于被动式设备，因此，装置即使离目标非常近也不会被发现，操作隐蔽性高，适用于低空近距离战场监测。
4)本发明的目标特征提取装置部署成本低，使用的硬件模块均为常用器件，价格低廉。
附图说明
图1是本发明的目标特征提取方法实现总流程示意图。
图2是第一处理模块流程示意图。
图3是第二处理模块流程示意图。
图4是第三处理模块流程示意图。
图5是目标特征提取装置框图。
图6是共享驻留模块结构示意图。
附图中标记说明：1.第一信号接收天线，2.第二、三、四信号接收天线，3.射频前端电路，4.混频电路，5.信号发生电路，6.低通滤波电路，7.放大电路，8.定位模块，9.模数转换电路，10.通信模块，11.第一处理模块，12.第二处理模块，13第三处理模块，14共享驻留模块，15判定模块，16主控模块。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
图1为本发明实施例采用GLONASS信息实现目标特征提取的方法的实现流程示意图，本发明实施例实现目标特征提取的方法包括：
步骤S100:对所述第一信号进行处理，获取第一峰值角度向量、第一峰值频率向量、GLONASS电文信息向量以及第一峰值位置信息向量。
步骤S110:对所述第二、三、四信号进行处理，获取第一、第二、第三目标场景信息重构矩阵。
步骤S120：基于步骤S100及S110的输出的所述第一、二、三目标场景信息重构矩阵进行平滑滤波、模糊化计算、阈值判决、速度计算，获取目标特征，包括其位置和速度。
图2是所述第一处理模块流程图，本发明的第一处理模块方法包括：
步骤S200：基于每个GLONASS信号码字长度为一个处理单元，进行傅里叶变换，计算出每个处理单元的频率数据。
步骤S210：计算每个处理单元的第一峰值信息和第二峰值信息。
步骤S220：对所述第一峰值信息和第所述二峰值信息进行峰值判决，当所述第一峰值幅度与所述第二峰值幅度信息比值大于设定阈值，保留第一峰值及所在所述处理单元内的位置信息。否则，取所述第一峰值为零，且保留所述第一峰值所在所述处理单元内的位置信息。具体实现时，例如可以设定阈值为2。依次对所述第一信号每个处理单元计算出所述处理单元内的第一峰值信息及所述处理单元的第一峰值位置信息。
步骤S230:存储所有所述处理单元的第一峰值信息及所述处理单元的第一峰值位置信息，产生第一峰值信息向量及第一峰值位置信息向量。
步骤S240:计算出所述第一峰值角度信息向量。基于所述第一峰值角度信息向量，计算出第一峰值角度差分信息向量。
步骤S250:进而基于第一峰值角度差分信息向量计算出第一峰值相位翻转信息向量，进而基于第一峰值相位翻转信息向量计算出以所述GLONASS信号码字长度为处理单元的GLONASS电文向量。
步骤S260:基于所述GLONASS电文向量及所述第一峰值角度信息向量，计算出第一峰值频率信息向量。另一方面，基于所述GLONASS电文向量进而计算出GLONASS卫星的时间序列坐标向量。
所述GLONASS卫星信号选自三种不同频段中的一种，分别为L1频段，L2频段和L3频段，其中，L1频段的频点中心为1575.42MHz，带宽为15MHz；L2频段的频点中心为1227.60MHz，带宽为15MHz；L2频段的频点中心为1207.14MHz，带宽为25MHz；优选情况是选自L3频段。采用上述不同频段均可使用本方法进行目标特征提取；区别是信号带宽越大，分辨率越高。
所述第二、三、四信号获取所述第一、第二、第三目标场景信息重构矩阵方法一致。
图3是所述第二处理模块流程图，本发明的第二处理模块方法包括：
S300：首先将所述第二信号按照所述一个GLONASS码字长度为行长度转换成第二信号矩阵。
S310：接着将基于所述第一峰值频率信息向量、所述第一峰值位置信息向量、所述第一峰值角度信息向量及所述GLONASS电文向量引入GLONASS基带信号，进而产生参考矩阵。
S320：基于所述第二信号矩阵及所述参考矩阵以行为一个处理单位进行行阵列卷积运算，产生第二信号卷积矩阵。
S330:基于成像区域的三维坐标，产生成像场景位置矩阵。
S330S340：基于所述GLONASS卫星时间序列坐标向量，所述本硬件装置时间序列坐标向量以及成像广场场景位置矩阵计算出基于所述成像广场场景位置矩阵的几何相位矩阵。
S340S350：基于所述第二信号卷积矩阵及所述几何相位矩阵以行为一个处理单位进行行整理卷积运算，产生第一目标场景信息重构矩阵。
所述第三、四信号的处理流程与所述第二信号处理流程一致，进而第二、三、四信号通过所述第二信号处理流程后，产生第一目标场景信息重构矩阵，第二目标场景信息重构矩阵及第三目标场景信息重构矩阵。
图4是第三处理模块流程示意图，本发明的第三处理模块处理方法包括：
步骤S400：对所述第一目标场景信息重构矩阵及所述第二目标场景信息重构矩阵进行处理，产生第一特征矩阵。对所述第一目标场景信息重构矩阵及所述第三目标场景信息重构矩阵进行处理，产生第二特征矩阵。需要说明的是，所述第一特征矩阵产生方法和所述第二特征矩阵产生方法一致。所述特征矩阵产生方法，具体实现时，例如可以包括：
以所述第一特征矩阵产生方法为例，具体步骤为：将所述第一目标场景信息矩阵与所述第二目标场景信息矩阵以若干大小的面积快为一个单位进行计算，产生所述第一目标场景信息矩阵与所述第二目标场景信息矩阵在该所述单位的临近数值。具体实现时，例如可以设定面积块的大小为3x3。首先，将所述面积快放置在所述第一目标场景信息矩阵的最左上方进行计算，进而获得所述该次计算的所述第一目标场景信息矩阵与所述第二目标场景信息矩阵在该所述单位的临近数值。接着，依次将面积块向左移动，进而产生每次移动后的所述第一目标场景信息矩阵与所述第二目标场景信息矩阵在该所述单位的临近数值。当所述面积块移动至最右边时，将所述面积块移动至下一行最左边。直至面积块移动至最右下角。每移动一次，计算进而产生所述第一目标场景信息矩阵与所述第二目标场景信息矩阵在该所述单位的临近数值。最后，产生所述第一目标场景信息矩阵与所述第二目标场景信息矩阵在该所述单位的临近数值矩阵，即第一特征矩阵。
步骤S410：对所述第一特征矩阵及所述第二特征矩阵对应位置进行判决计算，构成场景信息特征矩阵。具体实现时，例如可以将所述第一特征矩阵及所述第二特征矩阵进行模糊化计算。
步骤S420：对所述场景信息特征矩阵进行误差消除时频计算，提高所述场景信息特征矩阵的信噪比。具体实现时，例如可以采用升余弦变换以及阈值判决算法，保留权重较大值，进而获得信噪比较高的第二场景信息特征矩阵。
步骤S430：对所述第二场景信息特征矩阵进行计算，获得场景信息特征幅度矩阵及场景信息特征角度矩阵。
步骤S440：对所述场景信息特征幅度矩阵进行处理，保留目标信息，进而获得目标的速度和位置。该步骤具体实现时，例如可以包括：
对所述场景信息特征幅度矩阵进行傅里叶变换，进而获得所述场景信息特征幅度矩阵的频谱信息以及最大信噪比。根据所述频率信息及所述最大信噪比设定阈值，保留所述场景信息特征幅度矩阵中所述幅度在阈值以上的值和对应的所述场景信息特征幅度矩阵中的位置，所述位置即为所述目标的位置坐标。获取所述场景信息特征角度矩阵中对应所述场景信息特征幅度矩阵中位置的角度值，进而获得所述目标角度信息，进而基于角度-速度对应关系，计算出所述目标速度信息。
图5为本发明实施例实现目标特征提取的装置的结构示意图，本发明的目标特征提取装置具备信息接收模块，定位模块，通讯模块，第一处理模块，第二处理模块，第三处理模块，共享驻留模块，主控模块，判定模块；其中，
所述信号接收模块包括第一信号接收天线1，和第二、三、四信号接收天线2，射频前端电路3，信号发生电路5，混频电路4，低通滤波电路6，放大电路7，定位模块8，以及模数转换电路9。第一信号接收天线1接收来自GLONASS卫星的信号，第二、三、四信号接收天线2接收来自目标反射的电磁波。四路接收信号同时通过射频前端电路3，提高信噪比。
所述第二、三、四信号接收天线在地理位置上相互隔开，具体实现时，例如可以设定为GLONASS信号波长。
所述信号发生电路5输出频率为与GLONASS卫星信号同频率的余弦连续波信号，与第一、二、三、四射频信号同时通过混频电路4，获得第一、二、三、四差拍信号。
所述第一、二、三、四差拍信号通过低通滤波电路6，去除高频部分后，获得第一、二、三、四基带信号。
所述第一、二、三、四基带信号通过模数转换电路9，获得第一、二、三、四信号。
所述定位模块8将本装置的实时位置输入至第一处理模块11。具体实现时，例如定位模块可采用商用GLONASSGPS接收机模块。
所述通信模块10将通过所述模数转换电路9后的所述第一、二、三、四信号输入至所述第一处理模块11。
所述判决模块15进行峰值判决S220及阈值判决S420。
所述第一处理模块11包括所述第一子模块和所述第二子模块。所述第一子模块对所述第一信号的进行频率滤波S100，获得第一峰值角度向量、第一峰值频率向量、GLONASS电文信息向量以及第一峰值位置信息向量。
所述第二处理模块12对第二、三、四信号进行时域二维匹配滤波S110，获得第一、第二、第三目标场景信息重构矩阵。
所述第三处理模块13对所述第一、二、三目标场景信息重构矩阵进行平滑滤波、模糊化计算、阈值判决、速度计算，获取目标的位置及速度S120。
所述主控模块16负责调度定位模块10，通讯模块12，第一处理模块11，共享驻留模块14，判定模块15以及第三处理模块13。
所述共享驻留模块14结构包含指引部分、信息驻留部分及共享数据部分。所述指引部分对所述各类共享数据部分的位置和长度进行标识。所述信息驻留部分存储所述主控模块对所述其它模块进行任务调度的信号。所述共享数据存储部分存储所述第一处理模块，第二处理模块，第三处理模块、判定模块间传输数据。
图6是所述共享驻留模块14的结构示意图，所述共享驻留模块14包含指引部分，信息驻留部分和数据部分。所述共享驻留模块内容实时更新，当数据存入时，首先更新指引部分，添加指引索引序号，数据存储位置偏移以及数据大小。然后更新数据部分。
在实际应用中，所述第一处理模块、第二处理模块，第三处理模块，通信模块，判决模块均可由实现目标特征提取装置中的数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)实现。主控模块可由中央处理器(CPU)，微处理器(MCU)实现。共享驻留模块可由随机存储存取器(RAM)实现。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。