基于稀疏重构的宽带雷达高速群目标分辨方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达检测技术领域，设及一种基于稀疏重构的宽带雷达高速群目标分 辨方法，适用于有效实现宽带雷达（在任意时间雷达发射信号的绝对带宽不小于500MHz) 对空间高速群目标的相参积累和分辨。
【背景技术】
[0002] 在现代相参体制的雷达中，常需要对多次脉冲回波进行相参积累，其作用主要体 现在W下=个方面；1)根据信号的检测理论，对M次脉冲回波的相参积累，可W将目标回波 信号的信噪比提高M倍，W利于目标检测；2)可W估计目标的径向速度；3)增加了多目标 分辨的维度。当用窄带雷达对常规的中低速目标进行观测时，通过对相参处理时间内，多次 脉冲回波的同一距离单元内的信号做快速傅立叶变换（FFT)来实现相参积累和目标检测。 该其中有一个假设，即目标在相参处理时间内未发生越距离单元走动，或者说目标在相参 处理时间内径向距离的变化量小于一个距离单元的尺寸。该一假设在窄带雷达观测、目标 速度不是很高W及相参处理时间不是太长的情况下都是成立的。但是对于空间目标来说， 速度很高，通常在3000m/sW上，而且距离较远，需要通过对多次脉冲回波进行相参积累来 改善信噪比，而且为了能够在距离上具有较好的多目标分辨能力，现代相参体制的雷达中 的空间目标观测雷达常选用中等带宽或大带宽的波形。因此，传统的基于FFT的相参处理 方法不再适用于空间群目标的检测和分辨。
[0003]Keystone变换最早是为解决雷达成像中目标的线性越距离单元走动而提出的，后 来又被应用于高速目标检测和微弱目标的长时间相参积累。从理论上来说，keystone变换 无需目标距离和速度的先验信息，也不依赖于目标回波的信噪比，还可对多个不同速度的 目标同时完成相参积累和径向速度估计。此外，keystone变换存在快速算法，可在DSP或 FPGA等器件中实时运行。正是因为keystone变换具有上述优点，其在雷达信号处理领域得 到了越来越多的应用。
[0004] 但keystone变换也存在一些固有的缺点未得到很好的解决。现有文献中常指 出的keystone变换的缺点主要是无法对多个多普勒模糊次数不同的目标同时实现聚焦， 从而引起虚警或者强目标的虚假信号遮蔽弱目标的真实信号的情况发生。除此之外， keystone变换还存在的一个问题是隐含了同一目标在雷达信号带宽范围内的多普勒模糊 次数都相同的前提假设。空间目标探测雷达通常工作在较高频段狂波段或更高），对于高 速运动的空间目标来说，当雷达发射中等带宽和大带宽的波形时，上述前提假设就可能被 破坏。
[0005] 所谓群目标是指多个在空间上非常靠近，而且运动速度也非常接近的目标。在许 多场景中，多个空间目标W群目标的形式运动，例如真实目标与诱巧、碎片等伴飞物就构成 了典型的群目标。通过相对较长时间的相参积累，将群目标内的多个目标在距离和速度上 分辨开来，对于后续的目标识别或者拦截有着重要的意义。但是，传统的keystone变换已 不能很好地应用于空间高速群目标的检测和分辨。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种基于稀疏重构的宽带雷达 高速群目标分辨方法，可克服传统keystone变换存在的两个局限性；1)无法同时对多个多 普勒模糊次数不同的目标实现聚焦，从而引起虚警或者强目标的虚假信号遮蔽弱目标的真 实信号的情况发生；2)隐含了同一目标在雷达信号带宽范围内的多普勒模糊次数都相同 的前提假设，从而不能有效实现空间高速群目标的相参积累和分辨。
[0007] 本发明的实现思路是：利用目标在距离和多普勒两维平面上稀疏分布的假设，将 考虑多普勒模糊次数不同的keystone变换方法转化为稀疏优化问题，通过求解稀疏优化 问题来实现空间高速群目标的相参积累和分辨。
[000引为达到上述技术目的，本发明采用W下技术方案予W实现。
[0009] 基于稀疏重构的宽带雷达高速群目标分辨方法，其特征在于，包括W下步骤：
[0010] 步骤1，对空间高速群目标的宽带雷达回波信号作keystone变换，keystone变换 通过chirp-z变换来实现，得到存在多普勒模糊的距离频率域的空间高速群目标的第m次 宽带雷达回波信号的离散频谱SaT(m，n);并对SaT(m，n)进行去禪处理，得到去禪后的离散 频谱SpT(m，n)巧对SpT(m，n)做二维傅立叶变换，得到空间高速群目标的距离多普勒二维复 幅度矩阵G胃;其中，n是距离频率f对应的离散变量，M为相参处理时间内的相参脉冲个数， N为采样点数；
[0011] 步骤2,根据chirp-z变换后，存在多普勒模糊的距离频率域的空间高速群目标的 第m次宽带雷达回波信号的离散频谱SezT(m，n)，推导得到观测数据矩阵XuT和空间高速群 目标的距离多普勒二维复幅度矩阵G胃的关系式；
[0012] 步骤3,考虑多普勒模糊次数不同时，推导观测数据矩阵XuT和多普勒模糊次数不 同时空间高速群目标的距离多普勒二维复幅度矩阵6\"^^的关系式；
[0013] 步骤4,将考虑多普勒模糊次数不同时，空间高速群目标的检测与分辨问题，转化 为稀疏优化问题，并求解得到多普勒模糊次数不同时空间高速群目标的距离多普勒二维复 幅度矩阵G'wxm;
[0014] 步骤5,根据多普勒模糊次数不同时，空间高速群目标的距离多普勒二维复幅度矩 阵G'wxM，绘制空间高速群目标的距离多普勒平面，实现空间高速群目标的相参积累和分 辨。
[0015] 本发明的有益效果是：利用目标在距离和多普勒两维平面上稀疏分布的假设，将 考虑多普勒模糊次数不同的keystone变换方法转化为稀疏优化问题，通过求解稀疏优化 问题来克服传统keystone变换存在的两个局限性；1)无法同时对多个多普勒模糊次数不 同的目标同时实现聚焦，从而引起虚警或者强目标的虚假信号遮蔽弱目标的真实信号的情 况发生；2)隐含了同一目标在雷达信号带宽范围内的多普勒模糊次数都相同的前提假设， 从而不能有效实现空间高速群目标的相参积累和分辨。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的流程图。
[0017] 图2是无噪声和有噪声时慢时间-距离平面上的空间高速群目标的宽带雷达回波 信号示意图，S维直角坐标系中的X轴为时间，单位为秒（s)，Y轴为距离，单位为米（m)，Z轴为观测数据幅度，其中：
[0018] 图2a是无噪声时慢时间-距离平面上的空间高速群目标回波信号示意图；
[0019] 图化是有噪声时慢时间-距离平面上的空间高速群目标回波信号示意图。
[0020] 图3是本发明的稀疏keystone变换在距离-速度平面上的输出结果图，其中；
[0021] 图3a是本发明的稀疏keystone变换在距离-速度平面上的输出结果的=维显示 图，S维直角坐标系中的X轴为距离，单位为米（m)，Y轴为速度，单位为米/秒（m/s)，Z轴 为本发明的稀疏keystone变换的输出结果；
[0022] 图3b是本发明的稀疏keystone变换在距离-速度平面上的输出结果的两维显示 图，两维直角坐标系中的横轴为距离，单位为米（m)，纵轴为速度，单位为米/秒（m/s)。
[0023] 图4是传统keystone变换在距离-速度平面上的输出结果图，S维直角坐标系中 的X轴为距离，单位为米（m)，Y轴为速度，单位为米/秒（m/s)，Z轴为传统keystone变换 的输出结果，其中：
[0024] 图4a是模糊次数捜索变量As=184时，传统keystone变换在距离-速度平面上 的输出结果图；
[00巧]图4b是模糊次数捜索变量As=185时，传统keystone变换在距离-速度平面上 的输出结果图；
[0026] 图4c是模糊次数捜索变量As=186时，传统keystone变换在距离-速度平面上 的输出结果图；
[0027] 图4d是模糊次数捜索变量As=187时，传统keystone变换在距离-速度平面上 的输出结果图。
【具体实施方式】
[0028] 参照图1，本发明的基于稀疏重构的宽带雷达高速群目标分辨方法，包括W下步 骤：
[0029] 步骤1，对空间高速群目标的宽带雷达回波信号作keystone变换，keystone变换 通过chirp-z变换来实现，得到存在多普勒模糊的距离频率域的空间高速群目标的第m次 宽带雷达回波信号的离散频谱SaT(m，n);并对SaT(m，n)进行去禪处理，得到去禪后的离散 频谱SpT(m，n)巧对SpT(m，n)做二维傅立叶变换，得到空间高速群目标的距离多普勒二维复 幅度矩阵G胃;其中，n是距离频率f对应的离散变量，M为相参处理时间内的相参脉冲个数， N为采样点数。
[0030] 步骤1的具体子步骤为：
[0031] 1. 1假设空间高