基于动目标检测的雷达回波滤波方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达技术领域，具体的说一种对雷达回波进行滤波的方法，可用于雷 达目标检测。
【背景技术】
[0002] 自适应杂波抑制是雷达信号处理中的重要内容。在自适应杂波抑制方法中，动目 标检测MTD是一种常用的技术。MTD是通过用多个带通滤波器组成的滤波器组对雷达回波 进行滤波处理，再对滤波器组输出进行检测来发现目标的。MTD实现方式主要有两种，一种 是利用动目标显示MTI滤波器级联快速傅里叶变换FFT滤波器组实现，这种方式实现的MTD 滤波器零陷浅，凹口较宽，影响对低速目标的检测，滤波器组中各滤波器副瓣较高，而且FFT 的阶数一定要是2的整数幂，这使得MTI加FFT实现方法的应用受到了一定的限制；第二种 是利用有限脉冲响应FIR滤波器组实现MTD，这种方法的幅频响应在零频附近有较深的零 陷，用于抑制地杂波，这样的FIR滤波器就是通常所说的常规自适应MTD滤波器。FIR滤波 器克服了MTI加FFT实现的MTD滤波器的缺陷，但这种实现方式所需运算量非常大。在机 械扫描体制雷达中，使用MTD滤波器对回波进行处理时，要先对回波进行分组。由于某些目 标信息存在于不同组的回波之间，因此在对回波分组处理时，不同组的回波无法相干叠加， 会产生截断损失，造成输出结果信噪比降低，影响对目标的检测。为了减少性能损失，在用 MTD滤波器对雷达回波滤波时需用滑窗处理，这样虽可有效减少截断损失，但代价是运算量 会急剧增大，导致滤波速度下降。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于动目标检测的雷达回 波滤波方法，以在保证滤波效果的前提下减小滤波过程中的运算量，提高滤波速度。
[0004] 实现本发明目的的技术方案包括如下步骤：
[0005] (1)设置滤波器组，并计算得到滤波器组的权矢量w= [Wl，w2，…，wk，…，％]，其中， Wk为第k个滤波器的权矢量，k= 1，2,…，M，M为滤波器个数；
[0006] (2)将雷达回波数据X=[XpX^…Xi,"'xjT与第k个滤波器权矢量wk= [wkl，wk2，…，wki，…，wM]T的对应项相乘求和，保存相乘求和结果以及中间值，其中， 中第i个数据，wk$wk中第i个系数，i= 1，2,…，N，N为要处理的相干脉冲数，[? ] T表 示转置；
[0007] (3)将步骤（2)中已保存的相乘求和结果相加求和，得到雷达回波数据X通过第k 个滤波器的输出，输出滤波结果；
[0008] (4)改变步骤⑵中已保存的中间值中部分值的正负号，将每组中间值相加求和， 保存运算结果，若滤波器个数M为奇数，且第k个滤波器为滤波器组中间的滤波器，则忽略 本步骤；
[0009] (5)将步骤（4)中已保存的运算结果相加求和，得到雷达回波数据X通过第M+1-k 个滤波器的输出，输出滤波结果；
[0010] (6)滤波器组中的其余滤波器依次对雷达回波数据X进行滤波处理：
[0011] 若滤波器个数M为偶数，则按照步骤（2)到步骤（5)的顺序对雷达回波数据X进 行滤波，输出滤波结果；
[0012] 若滤波器个数M为奇数，则先按照步骤（2)和步骤（3)单独计算滤波器组中间滤 波器，即第^^个滤波器对雷达回波数据X的滤波输出，除中间滤波器以外的其余滤波器 再按照步骤（2)到步骤（5)的顺序对雷达回波数据X进行滤波，输出滤波结果。
[0013] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0014] 在本发明中，由于滤波器组中每个滤波器对雷达回波数据的滤波输出不需要依次 计算，只需计算出前一半滤波器对雷达回波数据的滤波输出，后一半滤波器的输出则可以 通过前一半滤波器的输出转换得到，因而充分利用了MTD滤波器组权矢量的共轭对称特征 和共轭反对称特征，有效减少了使用MTD滤波器组对雷达回波进行滤波处理过程中乘法和 加法的使用次数，从而达到了减少运算量的目的，提高了滤波速度。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的实现流程图。
[0016] 图2是本发明中用同一滤波器在导频矢量表现形式不同时的幅频响应对比图。
[0017] 图3是本发明中具有共轭对称关系的两滤波器权矢量的幅频响应对比图。
[0018] 图4是使用现有方法与本发明方法进行滤波处理的运算量对比图。
[0019] 图5是使用现有方法与本发明方法进行滤波处理的输出结果对比图。
【具体实施方式】
[0020] 以下结合附图对本发明作进一步详述。
[0021] 参照图1，本发明的实现步骤如下
[0022] 步骤1 :设置滤波器组，并计算得到滤波器组的权矢量w。
[0023] (la)对第k个滤波器的导频矢量a(fk)进行变形：
[0024] 当要处理的相干脉冲数N为奇数时，将导频矢量a(fk)变形为：
[0025]
【主权项】
1. 基于动目标检测的雷达回波滤波方法，包括如下步骤： ⑴设置滤波器组，并计算得到滤波器组的权矢量W= [Wl，w2，…，wk，…，％]，其中，wk 为第k个滤波器的权矢量，k= 1，2,…，M，M为滤波器个数； (2) 将雷达回波数据X=[Xux2，…Xi，…，xN]T与第k个滤波器权矢量wk= [wkl,wk2，… ，wki，…，wkN]T的对应项相乘求和，保存相乘求和结果以及中间值，其中，中第i个数 据，wk$wk中第i个系数，i= 1，2,…，N，N为要处理的相干脉冲数，[? ]T表示转置； (3) 将步骤⑵中已保存的相乘求和结果相加求和，得到雷达回波数据X通过第k个滤 波器的输出，输出滤波结果； (4) 改变步骤（2)中已保存的中间值中部分值的正负号，将每组中间值相加求和，保存 运算结果； (5) 将步骤（4)中已保存的运算结果相加求和，得到雷达回波数据X通过第M+1-k个滤 波器的输出，输出滤波结果； (6) 滤波器组中的其余滤波器依次对雷达回波数据X进行滤波处理： 若滤波器个数M为偶数，则按照步骤（2)到步骤（5)的顺序对雷达回波数据X进行滤 波，输出滤波结果； 若滤波器个数M为奇数，则先按照步骤（2)和步骤（3)单独计算滤波器组中间滤波器，M+1 即第^一个滤波器对雷达回波数据X的滤波输出，除中间滤波器以外的其余滤波器再按 照步骤（2)到步骤（5)的顺序对雷达回波数据X进行滤波，输出滤波结果。
2. 根据权利要求1所述的基于动目标检测的雷达回波滤波方法，其中所述步骤（1)中 计算滤波器组的权矢量《，按如下步骤进行： (la) 对第k个滤波器的导频矢量a(fk)进行变形： 当要处理的相干脉冲数N为奇数时，导频矢量a(fk)变形为：
当要处理的相干脉冲数N为偶数时，导频矢量a(fk)变形为：
其中，fk为第k个滤波器的通带中心频率，k= 1，2,…，M，M为滤波器个数，T,为脉冲 重复周期，[?]"表示矩阵转置； (lb) 依据公式wk=f、(:^)计算得到第k个滤波器权矢量wk，其中，R=艮+〇 21为杂 波加噪声协方差矩阵，r。为杂波协方差矩阵，〇2为白噪声功率，I为单位矩阵，[?r1表示 矩阵求逆，杂波谱的中心频率为零； (lc) 按照步骤（la)和步骤（lb)计算求得滤波器组中其余滤波器的权矢量，最终得到 滤波器组权矢量W= [w"w2,…，wk，…，wM] 〇
3. 根据权利要求1所述的基于动目标检测的雷达回波滤波方法，其中所述步骤（2)中， 将雷达回波数据X与第k个滤波器权矢量wk的对应项相乘，按如下两种情况进行： (2a)当N为偶数时，将权矢量wk中任意一对系数wki和wg+K与对应的雷达回波数据 X中的数据点xjpxN+1_i相乘并求和，得到一个复数值R: R- (Pi+PN+H)aki_ (Qi_%+l-i)bki+ ( (Pi-PN+H)bki+ (Qi+QN+H)aki)j， 将复数值1?的实部匕+口1^1->151、-(9厂9 1^)1^和虚部^，+1_1)1^、（9#1^1_> 1^作为 一组中间值保存，其中： wki =aki+bkij，ak$wki 的实部，bwki 的虚部，wk(N+l-i) -ak(N+：L-i)+bk(N+1-〇j，ak(N+1-i)% Wk(N+l-i)的头部，bk(N+l-i) ^Wk(N+l-i) 的虚部，x i= p i+qd，x满实部，q$x满虚部，xN+1_i=PN+i-i+qN+i-ij，PN+i-i为xn+h的实部，qN+H为xn+h的虚部，为虚数单位； 将雷达回波数据X中其余数据点和wk中其余系数分别对应相乘并求和，总共得到f个 相乘求和结果及f组中间值，每组4个实数值，保存所有相乘求和结果以及中间值； (2b)当N为奇数时，将权矢量wk中的第f个系数，与对应的雷达回波数据点xqi相乘，得到一个复数值G:
将复数值G的实部巧±1大^±1、-％±1气^±1和虚部〃土!气W、仏±1丨^±1作为一组中 22222222 间值保存，其中，'^ ' '^±1为'^±1的实部，为'的虚部， 2222222
#的实部，为'^的虚部； 将雷达回波数据X中其余数据点和wk中其余系数按照（2a)分别对应相乘并求和，总N + \ N + 1 共得到^个相乘求和结果和j组中间值，每组4个实数值，保存所有相乘求和结果以 及中间值。
4.根据权利要求1所述的基于动目标检测的雷达回波滤波方法，其中所述步骤（4)中， 改变步骤（2)中已保存的中间值中部分值的正负号，将每组中间值相加求和，按如下两种 情况进行： (4a)当N为偶数时，对于步骤⑵中任意一组已保存的中间值aki、_(Qi_%+l-i)bki、（Pi_pN+l-i)bki和（Qi+%+1-i)aki，改变其中的（Pi+PN+1-i)aki和（Qi+%+1-i)aki 的正负号，再相加求和，得到一个复数值u: U- _ (Pi+PN+x-i)aki~ bki+ ((Pi-p^^)bki~ (qi+q^^i)aki)j； 对其余已保存的中间值做相同计算，保存运算结果，总共得到f个复数值； (4b)当N为奇数时，对于权矢量wk的第^^个系数，^与对应的雷达回波数据点 22 相乘结果的中间值改变其中的 22222222222 和的正负号，再相加求和，得到一个复数值Z:
对于步骤⑵中任意一组已保存的中间值（Pi+PN+dakidqi-qN+JbkidPi-pN+dbkdPl(qi+qN+H)aki，改变其中的_ (q^qN+H)bkdP(p「Pn+h)bki的正负号，再相加求和，得到一个复 数值V: V - (Pi+PN+l-i) aki+ (Qi_%+l-i) bki+ (_ (Pi_PN+l-i) bki+ (Qi+QN+l-i) aki) J； 对其余已保存的中间值做相同计算，得到f个复数值； N-l N + 1 将复数值Z与上述的y个复数值统一保存，总共得到y个复数值。
【专利摘要】本发明公开了一种基于动目标检测的雷达回波滤波方法，主要解决现有滤波器组处理雷达回波运算量过大的问题。其实现步骤为：1)设置滤波器组，计算滤波器组权矢量；2)将雷达回波与某滤波器权矢量对应项相乘求和，保存相乘求和结果及中间值；3)将已保存的相乘求和结果相加求和，得到该滤波器的输出；4)改变已保存的中间值中部分值的正负号，将每组中间值相加求和，保存运算结果；5)将已保存的运算结果相加求和，得到与步骤3)中滤波器对应滤波器的输出；6)其余滤波器依次对雷达回波进行处理，输出滤波结果。本发明减少了对雷达回波滤波过程中乘法和加法的使用次数，降低了运算量，提高了滤波速度，可用于雷达目标检测。
【IPC分类】G01S7-41
【公开号】CN104698446
【申请号】CN201510100989
【发明人】赵永波, 程琛, 何学辉, 刘宏伟, 程增飞, 苏涛, 水鹏朗
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月6日