一种宽带雷达变加速运动目标相参积累检测方法及装置

本发明属于雷达信号处理，具体涉及一种宽带雷达变加速运动目标相参积累检测方法及装置。

背景技术：

1、目前，相比窄带雷达，宽带雷达具有距离分辨率更高、目标起伏更小、单元杂波更小、隐蔽性以及有源抗干扰能力更强等优势。

2、现阶段，在宽带雷达中，目标能量分散在不同的距离单元内，使得单个距离单元的信噪比变低，不利于检测。现有技术通常采用雷达对目标进行长时间凝视探测，以时间换取能量，对回波进行长时间积累是一种有效的提高信噪比的方式。但是，在对目标做长时间积累的过程中，变加速运动目标具有较强的机动性。这种速度的强机动性使得宽带雷达的回波中出现严重的距离徙动和多普勒频率徙动，能量分散在不同的单元内，导致目标回波信噪比低，无法实现微弱目标的有效检测。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种宽带雷达变加速运动目标相参积累检测方法及装置，能够有效提升目标回波信噪比，以实现微弱目标的有效检测。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种宽带雷达变加速运动目标相参积累检测方法，包括：

3、获取变加速运动的目标体对于雷达发射信号产生的雷达回波，将所述雷达回波沿距离向进行脉冲压缩得到二维时域信号；

4、对所述雷达回波进行相邻互相关处理，得到所述雷达回波的相邻脉冲互相关函数；根据所述相邻脉冲互相关函数获取所述雷达回波的自聚焦项；

5、采用lvd算法对所述自聚焦项进行运动参数估计，运动参数估计过程，所述lvd算法对所述自聚焦项进行参数对称瞬时自相关函数处理、解耦合、二维快速傅里叶变换积累过程处理得到运动参数估计结果；

6、利用运动参数估计结果构造相位补偿函数，将所述相位补偿函数与所述二维时域信号相乘，补偿机动参数引起的距离徙动和多普勒频率徙动；

7、使用keystone变换校正所述二维时域信号中余下的速度引起的距离徙动，得到校正后的所述二维时域信号；

8、将校正后的所述二维时域信号沿慢时间进行相参积累，根据相参积累结果得到重构的距离扩展目标的一维高分辨距离像。

9、作为宽带雷达变加速运动目标相参积累检测方法优选方案，雷达发射信号的表达式为：

10、

11、式中，fc表示载频，表示时间变量，tp表示发射信号的脉冲宽度，为窗函数，j为虚数单位，k表示线性调频波形的调频率，t表示快时间变量，tm表示方位向慢时间变量；

12、雷达回波s(t,tm)的表达式为：

13、

14、式中，a1,q为第q个散射点的雷达回波幅度，q为组成目标体的散射点个数，q为大于或等于1且小于或等于q的整数，tm＝m/fr(m＝0,1,2,...,m-1)，fr为脉冲重复频率，m为相参积累脉冲数，τq(tm)为第q个散射点的时延变量，τq(tm)的表达式为：

15、

16、式中，rq(tm)为第q个散射点与雷达之间的瞬时距离，r0,q为第q个散射点与雷达之间的初始距离，v为目标体的初始速度，a1为目标体的加速度，a2为目标体的加加速度，c为光速。

17、作为宽带雷达变加速运动目标相参积累检测方法优选方案，将雷达回波s(t,tm)沿距离向进行脉冲压缩得到二维时域信号sc(t,tm)的表达式为：

18、

19、式中，a2,q为脉压后时域回波的信号幅度，b为发射信号带宽；对二维时域信号sc(t,tm)沿距离向做傅里叶变换，得到距离频域-方位时域信号sc(f,tm)，式中，a3,q为脉压后频域回波的信号幅度，f为距离向频率变量。

20、作为宽带雷达变加速运动目标相参积累检测方法优选方案，对所述雷达回波进行相邻互相关处理，得到所述雷达回波的相邻脉冲互相关函数r(τ,tm)的表达式为：

21、

22、式中，τ为相邻脉冲的快时间时延变量，t为相邻互相关积累时间，rself(τ,tm)为散射点的自聚焦项，rother(τ,tm)为不同的散射点之间的交叉项；

23、

24、

25、式中，a4为rself(τ,tm)的幅度，a5,kl为第k个散射点和第l个散射点的交叉项rother(τ,tm)的幅度，χ为与慢时间有关的一元二次的第一函数，χl,k为与慢时间有关的一元二次的第二函数，χ0为第一函数的常数项，χ0,l,k为第二函数的常数项，r0,l为第l个散射点的初始距离，r0,k为第k个散射点的初始距离；χ1为第一函数和第二函数的一次项系数，χ1＝(2a1+3a2tr)tr；χ2为第一函数和第二函数的二次项系数，χ2＝3a2tr；tr为脉冲重复周期，tr＝1/fr；

26、根据所述相邻脉冲互相关函数获取所述雷达回波的自聚焦项r(tm)表达式为：

27、作为宽带雷达变加速运动目标相参积累检测方法优选方案，对所述自聚焦项进行参数对称瞬时自相关函数处理结果为：

28、

29、式中，为慢时间时延变量，b为常数；

30、解耦合的公式为：

31、

32、式中，h为缩放因子，tn为缩放后的慢时间；

33、二维快速傅里叶变换积累结果为：

34、

35、式中，为lvd结果，a6为的信号幅度，为对应时延变量的中心频率变量；γ为对应虚拟慢时间tn的调频率变量；

36、经过二维fft积累后，信号能量得到积累，根据峰值位置：

37、

38、加速度和加加速度的参数估计表达式：

39、

40、为目标体的加速度估计值，为目标体的加加速度估计值，λ＝c/fc为波长。

41、作为宽带雷达变加速运动目标相参积累检测方法优选方案，利用运动参数估计结果构造相位补偿函数的表达式为：

42、

43、将构造的补偿函数与距离频域-方位时域信号sc(f,tm)相乘，补偿机动参数引起的距离徙动和多普勒频率徙动；

44、得到校正后的所述二维时域信号表达式为：

45、

46、使用解耦合公式对scp1(f,tm)进行校正，解耦合后的结果为：

47、

48、将scpk(f,τm)沿距离频域做逆傅里叶变换ift得到二维时域信号，得到：

49、

50、式中，τm表示虚拟慢时间，a7,q为校正后第q个散射点回波的幅度。

51、作为宽带雷达变加速运动目标相参积累检测方法优选方案，将校正后的所述二维时域信号沿慢时间进行相参积累的结果为：

52、

53、式中，tm＝mtr为相参积累时间，为τm对应的多普勒频率；

54、取信号得到重构出的距离扩展目标的一维高分辨距离像的表达式为：

55、

56、作为宽带雷达变加速运动目标相参积累检测方法优选方案，还包括对重构出的一维高分辨距离像进行检测，检测步骤包括：

57、距离扩展目标长度估计：估计目标尺寸，确定目标散射中心的位置，估计目标占据的距离单元数；

58、基于能量积累的cfar检测：估计待检单元的噪声方差，距离扩展目标的能量积累与cfar检测。

59、本发明还提供一种宽带雷达变加速运动目标相参积累检测装置，采用上述的宽带雷达变加速运动目标相参积累检测方法，包括：

60、雷达回波获取模块，用于获取变加速运动的目标体对于雷达发射信号产生的雷达回波；

61、雷达回波压缩模块，用于将所述雷达回波沿距离向进行脉冲压缩得到二维时域信号；

62、雷达回波互相关处理模块，用于对所述雷达回波进行相邻互相关处理，得到所述雷达回波的相邻脉冲互相关函数；

63、自聚焦项分析模块，用于根据所述相邻脉冲互相关函数获取所述雷达回波的自聚焦项；

64、运动参数估计模块，用于采用lvd算法对所述自聚焦项进行运动参数估计，运动参数估计过程，所述lvd算法对所述自聚焦项进行参数对称瞬时自相关函数处理、解耦合、二维快速傅里叶变换积累过程处理得到运动参数估计结果；

65、相位补偿模块，用于利用运动参数估计结果构造相位补偿函数，将所述相位补偿函数与所述二维时域信号相乘，补偿机动参数引起的距离徙动和多普勒频率徙动；

66、二维时域信号校正模块，用于使用keystone变换校正所述二维时域信号中余下的速度引起的距离徙动，得到校正后的所述二维时域信号；

67、相参积累模块，用于将校正后的所述二维时域信号沿慢时间进行相参积累；

68、目标重构模块，用于根据相参积累结果得到重构的距离扩展目标的一维高分辨距离像。

69、作为宽带雷达变加速运动目标相参积累检测装置优选方案，还包括：

70、重构目标检测模块，用于对重构出的一维高分辨距离像进行检测；重构目标检测模块包括：

71、长度估计子模块，用于距离扩展目标长度估计：估计目标尺寸，确定目标散射中心的位置，估计目标占据的距离单元数；

72、cfar检测子模块，用于基于能量积累的cfar检测：估计待检单元的噪声方差，距离扩展目标的能量积累与cfar检测。

73、本发明具有如下优点：通过获取变加速运动的目标体对于雷达发射信号产生的雷达回波，将所述雷达回波沿距离向进行脉冲压缩得到二维时域信号；对所述雷达回波进行相邻互相关处理，得到所述雷达回波的相邻脉冲互相关函数；根据所述相邻脉冲互相关函数获取所述雷达回波的自聚焦项；采用lvd算法对所述自聚焦项进行运动参数估计，运动参数估计过程，所述lvd算法对所述自聚焦项进行参数对称瞬时自相关函数处理、解耦合、二维快速傅里叶变换积累过程处理得到运动参数估计结果；利用运动参数估计结果构造相位补偿函数，将所述相位补偿函数与所述二维时域信号相乘，补偿机动参数引起的距离徙动和多普勒频率徙动；使用keystone变换校正所述二维时域信号中余下的速度引起的距离徙动，得到校正后的所述二维时域信号；将校正后的所述二维时域信号沿慢时间进行相参积累，根据相参积累结果得到重构的距离扩展目标的一维高分辨距离像。本发明实现了宽带雷达变加速运动目标的距离徙动和多普勒频率徙动校正，避免了高维搜索，计算复杂度低，有利于工程应用；本发明可以有效改善宽带雷达的回波信噪比，有利于改善对机动目标的检测能力，能够实现微弱目标的有效检测。