脉冲多普勒雷达体制下的多目标运动参数联合估计方法与流程

本发明属于雷达测量技术领域，具体涉及一种脉冲多普勒雷达体制下的多目标运动参数联合估计方法。

背景技术：

现代战争条件下，雷达探测区域内往往会存在多个目标。当多个目标位于同一波束内且在同一距离单元内时，常规针对单目标的运动补偿方法无法同时对多个目标进行运动补偿，因此不能获得精确的多目标参数估计值。在1990年《proceedingsoftheieee1990nationalaerospaceandelectronicsconference》第210页至214页，wux等人发表的“simultaneousimagingofmultipletargetsinaninversesyntheticapertureradar”一文中提出了一种基于最大似然估计对多目标进行参数估计和运动补偿的算法，该算法能提供较高的多目标分辨能力，但需要进行多维参数搜索，计算量大。在1990年《ieeetransactionsonacousticsspeechandsignalprocessing》第38卷第12期第2118页至2126页，djuricpm等人发表的“parameterestimationofchirpsignals”一文中提出一种基于解相位和线性回归的算法，可以提高计算效率，但是这种算法只能用于单分量信号的场合，并且要求目标回波原始信噪比高于7db。在2011年《ieeetransactionsonsignalprocessing》第59卷第8期第3576页至3591页，lvxl等人发表的“lv'sdistribution:principle,implementation,properties,andperformance”一文中提出了一种对多项式信号参数进行估计的算法—吕氏变换，该算法能够解决时频分析中分辨率与交叉项之间的矛盾，然而长积累时间内目标的跨距离单元走动会严重影响到吕氏变换算法的参数估计精度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了一种脉冲多普勒雷达体制下的多目标运动参数联合估计方法，该方法通过对信号进行楔石变换和吕氏变换处理，能够同时对多个目标的距离徙动进行校正，有效降低了参数搜索的运算复杂度。

实现本发明的技术方案如下：

一种脉冲多普勒雷达体制下的多目标运动参数联合估计方法，具体过程为：

步骤一：对雷达回波数据进行建模，并对其进行脉冲压缩处理后，变换到快时间频域，得到距离频域—方位时域信号；

步骤二：基于楔石变换对所述距离频域—方位时域信号进行的距离走动校正，并对校正后的信号沿距离向进行逆傅立叶变换；

步骤三：对步骤二处理后得到的信号利用吕氏变换估计目标的运动参数。

进一步地，本发明所述步骤二在执行逆傅立叶变换前，还根据1/(fc+f)≈(1-f/fc)/fc，其中，f为距离频域，fc为载频，由于楔石变换本适用于匀速运动，本发明将其适用在匀加速运动上，因此需要做上述近似，将楔石变换得到的结果作进一步变换，近似结果进行逆傅立叶变换后，可以得到线性调频信号，这样可以用吕氏变换进行目标参数估计。

有益效果

1)本发明提出的脉冲多普勒雷达体制下的多目标运动参数联合估计方法可以对多个目标分别同时进行楔石变换和吕氏变换处理，因此能够对位于同一波束的同一距离单元内的多个目标同时进行高精度参数估计。

2)本发明采用楔石变换和吕氏变换均无需预知目标的先验信息，仅通过快速(逆)傅里叶变换和变标傅里叶变换，且不需要多维参数搜索处理，运算复杂度较低。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细描述。

本实例中，雷达系统仿真参数如下：载频fc＝1ghz，脉宽tp＝4μs，带宽b＝15mhz，采样频率fs＝37.5mhz，脉冲重复频率prf＝500hz，相参积累脉冲数n＝2048。

仿真目标位置与运动参数如下:初始径向距离r01＝15.3km，r02＝15.3km，径向速度v01＝70m/s，v02＝60m/s，径向加速度a01＝4m/s²，a02＝2m/s²雷达接收到的目标回波的原始信噪比为snr01＝-20db，snr02＝-25db。

本发明实施例提供一种脉冲多普勒雷达体制下的多目标运动参数联合估计方法，包括如下步骤:

步骤一：对雷达回波数据进行建模与脉冲压缩处理，具体方法如下:

假设观测场景中存在k个点目标。不失一般性，对第k个目标的回波模型进行分析。假设雷达发射线性调频信号为

st(t,τ)＝a(τ/tp)exp(jπγτ²)exp[j2πfc(t+τ)](1)

其中，τ为快时间，即距离时间，t为慢时间，且t＝nt(n＝0,1,…n-1)，n为相干积累时间内发射的脉冲数，t为脉冲重复周期，a(·)为门函数，tp为脉冲宽度，fc为载频，γ为调频斜率。

目标相对于雷达的径向运动近似为匀加速直线运动，则第k个点目标与雷达间的瞬时距离(忽略脉内的距离变化)可以表示为

其中，r0k为第k个点目标到雷达的初始距离，v0k为第k个点目标的径向速度，a0k为第k个点目标的径向加速度。

雷达接收到的基带回波信号表达式为

其中，σ0k为第k个点目标的反射系数，λ＝c/fc为波长，c为光速。

在|v0|/c＜＜1的条件下，对接收到的基带回波信号进行脉压处理，并将其变换到快时间频域可得

其中b为线性调频信号带宽。

将(2)式代入(4)式可得

其中，ξ＝1+f/fc。

步骤二：基于楔石变换的距离走动校正，具体方法如下:

为得到目标参数的准确估计值，需要对距离维和方位维的线性耦合项进行补偿。采用楔石变换对距离脉压后的距离频域——方位时域信号进行距离走动校正。楔石变换表达式为

将(6)式带入(5)式可得

由于1/(fc+f)≈(1-f/fc)/fc，srk(ta,f)可进一步表示为

对srk(ta,f)沿距离向进行逆傅立叶变换可得

从(9)式可看出，距离走动校正后，目标集中于某一固定距离单元内。

步骤三：对步骤二处理后得到的信号利用吕氏变换估计目标的运动参数，具体方法如下:

方位向上的多目标信号可视为线性调频信号之和，式(9)可以表达成如下形式

其中g为脉冲处理增益。

s′r(ta)的参数化一阶对称瞬时自相关函数定义为

其中，为与变标操作相关的固定时延，且

其中，

定义并将该变标表达式带入可得

从上式可以看出，t′和l之间的耦合已被消除，分别对t′和l作fft可得

上式中的fft(·)表示求傅立叶变换操作。

然后通过门限判决可得各目标的参数估计值——v0k和a0k。

本实施例中，径向速度径向加速度

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。