一种天基双基地雷达的动目标长时间相参积累方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及天基双基地雷达领域，具体涉及一种天基双基地雷达的动目标长时间 相参积累方法。
【背景技术】
[0002] 天基雷达是近年来国际雷达界研究的一个热点，其优点包括了探测空域大、抗摧 毁能力强、不受领空和地球曲率限制等。采用双基地体制，可以采用距离目标区非常远的平 台作为系统发射机，如GEO轨道上的雷达卫星，这样可以有效保证系统发射的安全；而接收 机由于不需要发射电磁波信号，仅需静默接收，可以位于目标区较近的区域工作，可有效减 小路径衰减，提升了系统的探测性能。
[0003] 天基双基地雷达系统为了实现对目标的定位和稳定跟踪，须要对目标回波信号进 行长时间相参积累，提高信噪比；选用GEO SAR作为发射机和LEO作为接收机的天基双基地 雷达系统，收发雷达平台相互独立运动，导致系统拓扑构型非常复杂，尤其是低轨接收平台 的运行速度快，相对目标中心斜距小，在长时间（100毫秒量级以上）积累时，目标回波信号 包络出现非常严重的距离走动与距离弯曲，典型跨距离走动单元可达到数十个距离门；与 之对应，所带来的二阶多普勒相位非常大，不能完成有效的目标回波相参积累，进而无法实 现对目标的定位和稳定跟踪。
[0004] Keystone变换能够在未获知目标视向速度的条件下完成距离走动校正，传统的脉 冲压缩方法采用固定距离作为参考斜距，然后再进行keystone变换后，应用在天基双基地 雷达系统的长时间相参处理中时，这样处理后的二阶多普勒相位依旧非常大，远大于f，这 时方位向容易出现散焦现象，不能有效实现方位向的相参积累，如图5和图7的仿真结果 图。因此，传统的脉冲压缩方法和keystone处理不能有效完成天基双基地雷达系统动目标 长时间相参积累的相位校正。
[0005] 此外，为了提高相参积累时间，一般可通过参数估计，提取目标的速度及加速度信 息，补偿多普勒模糊频率，使积累时间不再受目标运动的限制。但运动目标参数估计方法比 较复杂，且运算量较大。
[0006] 因此，需要对传统的脉冲压缩方法和keystone处理方法进行修正，研究新的方法 实现天基双基地雷达系统的长时间相参处理。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明提供了一种天基双基地雷达的动目标长时间相参积累方法，选 用场景区域中心点处的回波信号作为脉压参考信号，即脉冲压缩的参考信号中同时包括距 离时延和多普勒相位信息，再此基础上再进行Keystone变换和相参积累；从而减少雷达平 台，尤其是低轨接收机平台的复杂运动轨迹带来的二阶多普勒相位影响，能够有效增加相 参积累时间，提高目标的信噪比。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009] 步骤1、构造目标回波信号模型SJt，u):
[0010] 定义发射机发射的脉冲电磁波P⑴，则接收机接收到的目标回波信号\ (t，u)为：
[0012] 公式⑴中，t代表目标的距离向；PRT为脉冲重复时间，则u = nXPRT，u表示慢 时间，即目标的方位向，η为大于或等于0的整数；f。为信号载频；R(U)表示目标的斜距历 史；c为光速；
[0013] 步骤2、得到目标斜距历史R(U):
[0014] 将目标运动视为匀速运动，则目标斜距历史R (U)为：
[0016] 其中，RTrf、R_、RTa。分别表示发射机、接收机和目标的初始位置的坐标；V p ^和 VTa分别表示发射机、接收机和目标的运动速度；〇(u)表示u的高阶无穷小；
[0017] 步骤3、构造中心点回波信号模型S(](t，u):
[0018] 场景区域的中心点回波信号sQ(t，u)为：
[0020] 其中，Rid(U)为中心点回波信号的斜距历史；
[0021] 设场景区域中心点的坐标为R。，则根据公式（2)得到中心点回波信号的斜距历史 R0(U):
[0022] R0 (u) = I RTr〇-R〇+uVTr+o (u) | +1 RRe〇-R〇+uVRe+o (u) (4)
[0023] 步骤4、对目标回波信号SJt，u)和中心点回波信号S(](t，u)分别进行距离向频域 处理：
[0024] 将目标回波信号SJt，u)和中心点回波信号S(](t，u)变换到距离频域，即在距离向 上进行傅里叶变换，得到：
[0026] 公式（5)中，f表示距离向频域，S(f)表示将脉冲电磁波信号p(t)进行傅里叶变 换后的脉冲频域信号；
[0027] 步骤5、以经过距离向频域变换后的中心点回波信号S(](f，u)作为参考信号，对距 离向频域变换后的目标回波信号S(f，u)进行脉冲压缩，忽略u的高阶无穷小项后，得到压 缩后的目标回波信号(f，u):
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[0032] 步骤6、对脉冲压缩后的目标回波信号srf(f，u)在方位向进行Keystone变换，得 到Keystone变换后的目标回波信号(f，m):
[0034] 其中，m为Keystone变换的变量；
[0035] 步骤7、对Srt (f，m)的距离向进行IFFT变换，实现距离向走动的校正：
[0037] 其中，&为|S(f) I 2的逆傅里叶变换，且满足sine信号的形式，τ为距离向时域；
[0038] 步骤8、对S14 ( τ，m)的方位向进行FFT变换，得到目标的能量汇聚点：
[0040] 其中，fd为方位向频域，即方位向多普勒域；
[0041] 由公式（9)，得到目标的能量汇聚点为
，根据该目标的能量汇聚点进行 目标的检测、跟踪或识别。
[0042] 有益效果：
[0043] 选用场景区域中心点的回波信号作为脉压参考信号，即在脉冲压缩参考信号中同 时包括距离时延和多普勒相位信息，通过该方法来改进传统的脉冲压缩方法和Keystone 处理方法；然后再对信号沿方位向做FFT处理，把回波信号沿方位向的多个脉冲回波进行 相参叠加；从而减少雷达平台，尤其是低轨接收机平台的复杂运动轨迹带来的二阶多普勒 相位影响，可有效增加相参积累时间，进而增加目标回波信号的信噪比，有利于后续对目标 进行检测、跟踪或识别。
【附图说明】
[0044] 图1为天基双基地系统几何关系示意图。
[0045] 图2为理想条件下时域目标回波信号的实部信息。
[0046] 图3为理想条件下，传统脉冲压缩方法的处理结果图。
[0047] 图4为理想条件下，传统Keystone方法的处理结果图。
[0048] 图5为理想条件下，传统的脉冲压缩和Keystone方法处理后再进行相参累积的结 果图。
[0049] 图6为含噪声的时域目标回波信号的实部信息。
[0050] 图7为噪声条件下，采用传统方法进行信号处理的结果图。
[0051] 图8为理想条件下，改进脉冲压缩方法的处理结果图。
[0052] 图9为理想条件下，改进Keystone方法的处理结果图。
[0053] 图10为理想条件下，改进的脉冲压缩和Keystone方法处理后再进行相参累积的 结果图。
[0054] 图11为噪声条件下，采用改进方法进行信号处理的结果图。
【具体实施方式】
[0055] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0056] 本发明提供了一种天基双基地雷达的动目标长时间相参积累方法。
[0057] 如图1所示，某一对典型的"发射-目标-接收"所组成的双基地几何构型。Tr、 Re、Tar分别代表发射机、接收机和目标的相对几何位置，Vy Vfe、VTa分别表示发射机、接收 机和目标的运动速度。
[0058] 发射机向目标发送脉冲电磁波，目标将脉冲电磁波信号反射给接收机，接收机接 收到目标反射的目标回波信号，信息处理平台根据接收到的目标回波信号进行信号处理， 判断雷达探测区域内是否存在目标，信号处理过程如下：
[0059] 步骤1、构造目标回波信号模型SJt，u):
[0060] 发射机发射的脉冲电磁波P (t):
[0062] 公式⑴中，Re表示取信号的实部，t为连续时间；rect为矩形窗函数，
信号持续时间，即雷达发射的脉冲宽度；f。为信号载频；k ^为线性调 频信号的调频率，
B为信号带宽；
[0063] 接收机接收到的目标回波信号sjt，u)为：
[0065] 公式（2)中，t代表目标的距离向；u表示慢时间，代表目标的方位向；PRT为脉冲 重复时间，则u = nXPRT，n为大于或等于0的整数；R(U)表示目标的斜距历史；c为光速。 [0066] 步骤2、得到目标的斜距历史R(U);
[0067] 公式（2)中的目标的斜距历史R(U)可以表示为：
[0068] R (u) = I RTr (u) -RTa (u) I +1 RRe (u) -RTa (u) I (12)
[0069] 公式（3)中，Mu)、Rr>)、RTa(u)分别表示u时间时发射机、接收机和目标在大 地直角坐标系下的运动轨迹坐标。
[0070] 发射机、接收机和目标的运动轨迹坐标可以进一步表示如下： CN 105116395 A 说明书 5/8 页
[0074] 公式⑷中，Rft。、R_、RTa。分别表示在大地直角坐标系下，发射机、接收机和目标 的初始位置的坐标；〇 (u)表不u的尚阶无穷小，在本实施例中，u的二阶以上的尚阶项非常 小，可以忽略不计。
[0075] 假定目标做匀速运动，将公式（4)代入公式（3)中，则目标斜距R(U)可进一步表 示为：
[0076] R (u) = I RTr0_RTa。+(VTr_VTa) u+o (u) I +1 RRe0_RTa。+(VRe_VTa) u+o (u) I (14)
[0077] 步骤3、构造中心点回波信号模型S(](t，u):
[0078] 雷达观测的区域即场景区域，则场景区域的中心点回波信号S(](t，u)为：
[0080] 公式（6)中，Rc(U)为中心点回波信号的斜距历史；
[0081] 设场景区域的中心点在大地直角坐标系下的坐标为R。，则根据步骤2的方法得到 场景区域的中心点回波信号的斜距历史Rju)，可以表示如下：
[0085] 步骤4、对目标回波信号\(t，U)和中心点回波信号S(](t，u)进行距离向频域处 理：
[0086] 将公式（2)的目标回波信号sjt，u)和公式（6)的中心点回波信号S