一种针对高速目标的无源雷达参数估计方法及装置与流程
本发明涉及无源雷达信号处理技术领域，特别是一种针对高速目标的无源雷达参数估计方法及装置。
背景技术：
无源雷达自身不辐射电磁波，而直接接受目标所辐射的电磁波来进行参数估计与定位结算发，这一特殊的工作原理使其相比于主动雷达系统，具有隐蔽性高、覆盖性好、操作和维护成本低、不占用频谱资源等优点，多站无源雷达系统中，接收站接收到信号后，将其传送给参考站，参考站进行信号分析。
参数估计精度正比于信号观测时间，而且延长观测时间不仅可以提高参数估计精度，而且可以实现微弱目标信号积累以便于动目标检测。但是对于高速运动目标，如弹道导弹、高超声速飞机、高空高速巡航导弹、临近空间飞行器等，积累时间的延长将导致距离徙动，造成回波能量分散，检测性能恶化。在此条件下，需要补偿徙动，而后进行参数估计，这是无源雷达在长时间观测条件下实现精准参数估计的关键所在。
传统参数估计算法，在补偿徙动时都需要知道目标信号中心频率，然而在实际情况中，无源雷达在检测目标时很难获知目标信号的中心频率，这就导致参数估计无法进行，即使根据常规检测经验估计一个中心频率，得到的参数也是很不精确的。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种针对高速目标的无源雷达参数估计方法，用以解决无源雷达信号处理过程中目标信号中心频率不易获取导致参数估计结果存在误差的问题；本发明还提供一种针对高速目标的无源雷达参数估计装置，用以解决无源雷达信号处理过程中目标信号中心频率不易获取导致参数估计结果存在误差的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种针对高速目标的无源雷达参数估计方法，包括以下步骤：
1)获取两个无源雷达接收到的目标信号，以其中一个信号为参考信号，对接收到的两个信号进行脉冲压缩；
2)对脉冲压缩得到的信号在快时间维度进行频域变换，并对频域变换得到的信号进行频域互相关计算；
3)对频域互相关得到的信号在慢时间维度进行变标傅里叶变换，得到慢时间维的频域变换结果；
4)将慢时间维的频域变换结果在距离域进行逆傅里叶变换，对逆傅里叶变换的结果取峰值，以取峰值时对应的目标速度以及目标距离两个无源雷达的初始距离差作为参数估计结果。
有益效果是，通过考虑无源雷达目标回波信号积累过程中产生的跨距离单元问题，利用变标傅里叶变换，实现了信号初始距离和速度的联合估计，因此在上述计算过程中无需知道信号形式以及中心频率，也无需估计一个中心频率，使得得到的参数估计值较为精准，另外，采用的长时间积累技术，实现较为简单，且不存在盲速旁瓣等问题，可靠性高，具有较好的工程实用性。
进一步地，为了简化后续的计算过程，两个无源雷达接收到的目标信号分别为第一信号和第二信号，第一信号r1(t,tm)和第二信号r2(t,tm)的表达式分别为
r1(t,tm)＝s(t)exp(j2πfct)+n1(t)
r2(t,tm)＝as(t-τ(tm))exp(j2πfc(t-τ(tm)))+n2(t)
式中，t表示快时间维，tm表示慢时间维，a为回波信号的相对幅度，fc为目标所发射信号的中心频率，j为虚数单位，n1(t)和n2(t)分别表示第一信号和第二信号的接收信号噪声，目标信号达到两个无源雷达的时间延迟为
进一步地，根据对第一信号和第二信号的定义，为了简化计算，步骤1)中以第一信号为参考信号，对接收到的两个信号进行脉冲压缩，脉冲压缩为
将第一信号和第二信号的表达式带入上式，忽略噪声，得到
式中，a1为做完脉冲压缩后的信号幅值，pr为两路信号经过脉冲压缩后的信号包落。
进一步地，为了准确对信号进行频域互相关，步骤2)中对脉冲压缩延着快时间维t做快速傅里叶变换即频域变换，得到
定义频域互相关为
将sc(f,tm)代入上式，得到
由于信号中已经不包含f项，因此频域互相关结果为
式中，a2为sc(f,tm)的幅度，fn为频率延迟因子。
进一步地，由于长时间积累技术实现简单，步骤3)中对上述频域互相关结果在慢时间维度进行变标傅里叶变换得到信号p(fn,fm)，公式如下：
式中，fm是tm的傅里叶变换对，
进一步地，为了准确考虑跨距离单元问题，步骤4)中将信号p(fn,fm)在距离域进行逆傅里叶变换，如下：
式中，δ为冲激函数，tn为频率延迟因子fn的逆傅立叶变换后的时域表示因子。
进一步地，为了准确得到估计参数，步骤4)中对逆傅里叶变换的结果g(tn,fm)取峰值，由于g(tn,fm)在tn和fm维上由两个冲激函数组成，因此最大值所在的位置即为峰值，如下：
式中，
本发明提供一种针对高速目标的无源雷达参数估计装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
1)获取两个无源雷达接收到的目标信号，以其中一个信号为参考信号，对接收到的两个信号进行脉冲压缩；
2)对脉冲压缩得到的信号在快时间维度进行频域变换，并对频域变换得到的信号进行频域互相关计算；
3)对频域互相关得到的信号在慢时间维度进行变标傅里叶变换，得到慢时间维的频域变换结果；
4)将慢时间维的频域变换结果在距离域进行逆傅里叶变换，对逆傅里叶变换的结果取峰值，以取峰值时对应的目标速度以及目标距离两个无源雷达的初始距离差作为参数估计结果。
有益效果是，通过考虑无源雷达目标回波信号积累过程中产生的跨距离单元问题，利用变标傅里叶变换，实现了信号初始距离和速度的联合估计，因此在上述计算过程中无需知道信号形式以及中心频率，也无需估计一个中心频率，使得得到的参数估计值较为精准，另外，采用的长时间积累技术，实现较为简单，且不存在盲速旁瓣等问题，可靠性高，具有较好的工程实用性。
进一步地，为了简化后续的计算过程，该装置的两个无源雷达接收到的目标信号分别为第一信号和第二信号，第一信号r1(t,tm)和第二信号r2(t,tm)的表达式分别为
r1(t,tm)＝s(t)exp(j2πfct)+n1(t)
r2(t,tm)＝as(t-τ(tm))exp(j2πfc(t-τ(tm)))+n2(t)
式中，t表示快时间维，tm表示慢时间维，a为回波信号的相对幅度，fc为目标所发射信号的中心频率，j为虚数单位，n1(t)和n2(t)分别表示第一信号和第二信号的接收信号噪声，目标信号达到两个无源雷达的时间延迟为
进一步地，根据对第一信号和第二信号的定义，为了简化计算，该装置的步骤1)中以第一信号为参考信号，对接收到的两个信号进行脉冲压缩，脉冲压缩为
将第一信号和第二信号的表达式带入上式，忽略噪声，得到
式中，a1为做完脉冲压缩后的信号幅值，pr为两路信号经过脉冲压缩后的信号包落。
进一步地，为了准确对信号进行频域互相关，该装置的步骤2)中对脉冲压缩延着快时间维t做快速傅里叶变换即频域变换，得到
定义频域互相关为
将sc(f,tm)代入上式，得到
由于信号中已经不包含f项，因此频域互相关结果为
式中，a2为sc(f,tm)的幅度，fn为频率延迟因子。
进一步地，由于长时间积累技术实现简单，该装置的步骤3)中对上述频域互相关结果在慢时间维度进行变标傅里叶变换得到信号p(fn,fm)，公式如下：
式中，fm是tm的傅里叶变换对，
进一步地，为了准确考虑跨距离单元问题，该装置的步骤4)中将信号p(fn,fm)在距离域进行逆傅里叶变换，如下：
式中，δ为冲激函数，tn为频率延迟因子fn的逆傅立叶变换后的时域表示因子。
进一步地，为了准确得到估计参数，该装置的步骤4)中对逆傅里叶变换的结果g(tn,fm)取峰值，由于g(tn,fm)在tn和fm维上由两个冲激函数组成，因此最大值所在的位置即为峰值，如下：
式中，
附图说明
图1是本发明的目标信号接收的原理图；
图2是本发明的一种针对高速目标的无源雷达参数估计方法的流程图；
图3是本发明的目标信号积累结果图；
图中，1为第一无源雷达，2为第二无源雷达，3为目标。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
方法实施例：
本发明的无源雷达目标探测，如图1所示，第一无源雷达1和第二无源雷达2用于截获目标3所辐射出的辐射信号。
针对该高速目标信号，本发明提供一种针对高速目标的无源雷达参数估计方法，如图2所示，包括以下步骤：
1)获取两个无源雷达接收到的目标信号，以其中一个信号为参考信号，对接收到的两个信号进行脉冲压缩。
2)对脉冲压缩得到的信号在快时间维度进行频域变换，并对频域变换得到的信号进行频域互相关计算。
3)对频域互相关得到的信号在慢时间维度进行变标傅里叶变换，得到慢时间维的频域变换结果。
4)将慢时间维的频域变换结果在距离域进行逆傅里叶变换，对逆傅里叶变换的结果取峰值，以取峰值时对应的目标速度以及目标距离两个无源雷达的初始距离差作为参数估计结果。
两个无源雷达接收到的目标信号分别为第一信号和第二信号，第一信号r1(t,tm)和第二信号r2(t,tm)的表达式分别为
r1(t,tm)＝s(t)exp(j2πfct)+n1(t)
r2(t,tm)＝as(t-τ(tm))exp(j2πfc(t-τ(tm)))+n2(t)
式中，t表示快时间维，tm表示慢时间维，a为回波信号的相对幅度，fc为目标所发射信号的中心频率，j为虚数单位，n1(t)和n2(t)分别表示第一信号和第二信号的接收信号噪声，目标信号达到两个无源雷达的时间延迟为
步骤1)中以第一信号为参考信号，对接收到的两个信号进行脉冲压缩，脉冲压缩为
将第一信号和第二信号的表达式带入上式，忽略噪声，得到
式中，a1为做完脉冲压缩后的信号幅值，pr为两路信号经过脉冲压缩后的信号包落。
步骤2)中对脉冲压缩延着快时间维t做快速傅里叶变换即频域变换，得到
定义频域互相关为
将sc(f,tm)代入上式，得到
由于信号中已经不包含f项，因此频域互相关结果为
式中，a2为sc(f,tm)的幅度，fn为频率延迟因子。
步骤3)中对上述频域互相关结果在慢时间维度进行变标傅里叶变换得到信号p(fn,fm)，公式如下：
式中，fm是tm的傅里叶变换对，
步骤4)中将信号p(fn,fm)在距离域进行逆傅里叶变换，如下：
式中，δ为冲激函数，tn为频率延迟因子fn的逆傅立叶变换后的时域表示因子。
步骤4)中对逆傅里叶变换的结果g(tn,fm)取峰值，由于g(tn,fm)在tn和fm维上由两个冲激函数组成，因此最大值所在的位置即为峰值，如下：
式中，
如图3所示，可以看出目标回波能量被集中在了一点，从而提高了系统检测微弱信号的能力，并且峰值所在的位置即为目标的参数估计结果
装置实施例：
本发明提供一种针对高速目标的无源雷达参数估计装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述方法实施例中方法及步骤。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
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