基于修正频域补偿和分数阶傅里叶变换的多帧相参tbd方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于多帧雷达信号处理和空间机动目标检测技术领域，特别是涉及一种基 于修正频域补偿和分数阶傅里叶变换的多帧相参TBD方法。
【背景技术】
[0002] 由于天基雷达探测的空间目标具有高速和高机动运动的特点，同时空间目标距离 较远且雷达对于目标的观测时间较短，这就使得目标的回波信号非常微弱。另外，由于目标 的高速和高机动运动的特点，使得目标回波数据在相干积累时间内会出现距离走动和多普 勒走动的现象，即目标的回波能量会分散到不同的距离单元和多普勒单元中，这就使得在 回波数据中检测到微弱的目标信号变得非常困难。
[0003] 针对微弱目标检测的方法有跟踪前检测方法和检测前（TBD)跟踪方法，其中跟踪 前检测方法通过对雷达接收到的多帧数据进行硬决策以获取点迹，然后根据点迹获取目标 的航迹，然而，硬决策造成了许多有用的微弱信息丧失，从而降低了雷达对微弱目标的检测 能力。而检测前跟踪方法能够在不改变现有雷达系统硬件和结构的前提下，采用软决策处 理雷达接收到的多帧数据，即对是否存在目标不首先进行判断，而是对多帧数据中可能的 目标航迹同时进行跟踪，并对这些航迹的真实性进行软判断，逐渐将由噪声和杂波等构成 的虚假航迹消除，而将真实的航迹保留下来，当软判断超过某一个门限时，判断为发现目 标。检测前跟踪方法可以充分利用目标的多帧回波数据，可以有效地提高检测概率。
[0004] 但是目前的TBD方法都是将帧间数据进行非相参积累来实现的，由于非相参积累 会丢失目标的相位信息，造成积累效果比相干积累的效果差。
[0005] 多帧相参TBD方法是最近才提出的利用雷达回波间数据相位而进行相干积累的 目标检测新方法。该方法在利用多帧目标回波信号间的相位信息基础上，将多帧目标回波 数据进行相干积累，从而能够有效地提高回波数据的信噪比，使雷达能够在低信噪比下检 测到目标。
[0006] 由于多帧相参TBD方法充分利用了回波间的相位信息，能够比现有的常规TBD方 法有更高的积累增益，另外针对该技术的理论研宄成果非常少；所以研宄在多帧相参TBD 框架下的机动目标检测技术具有重要的理论和实际应用价值。
[0007] 目前还尚未出现利用修正频域补偿和分数阶傅里叶变换对空间机动目标进行检 测的多帧相参TBD技术的相关研宄成果。
【发明内容】
[0008] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于修正频域补偿和分数阶傅里 叶变换的多帧相参TBD方法。
[0009] 为了达到上述目的，本发明提供的基于修正频域补偿和分数阶傅里叶变换的多帧 相参TBD方法包括按顺序进行的下列步骤：
[0010] 1)对天基雷达接收得到的机动目标回波数据在距离频域-慢时间域中进行脉冲 压缩处理，然后沿距离频域做逆傅里叶变换后得到经过脉冲压缩后的距离门-慢时间数 据；
[0011] 2)从上述经过脉冲压缩后的回波数据的每帧中选择同一个方位向单元的数据，同 时将其他数据进行置零处理，并将没有置零的数据作为目标回波数据进行处理；
[0012] 3)在步骤2)中得到的数据基础上，在目标的参数范围内进行搜索，根据搜索结果 计算修正的频域补偿项，用频域补偿项校正回波数据的距离走动和距离弯曲现象；
[0013] 4)利用步骤3)中得到的经过修正频域校正的回波数据，补偿一个距离单元中数 据间的相位差，然后把补偿完相位差的数据进行分数阶傅里叶变换，将分数阶域中的峰值 记录下来并回到步骤3)循环操作，直到目标参数搜索完，并把一系列峰值的最大值放到新 的信息矩阵中；
[0014] 5)重复步骤2)至步骤4)，直到将总的回波数据帧的方位向单元数据选取并进行 相应处理完毕；
[0015] 6)将信息矩阵中的最大值进行比较，从中选取一个最值作为检测统计量，并在由 这些最大值组成的检测单元图中进行恒虚警检测。
[0016] 在步骤1)中，所述的对回波数据进行脉冲压缩处理的方法是：
[0017] 天基雷达工作在检测和跟踪模式下，将探测的空域划分为10个方位向，利用频域 匹配滤波方法对回波数据进行脉冲压缩处理后的第k帧，第η个方位单元的机动目标回波 数据形式为：
【主权项】
1. 一种基于修正频域补偿和分数阶傅里叶变换的多帖相参T抓方法，其特征在于，所 述的方法包括按顺序进行下列的步骤： 1) 对天基雷达接收得到的机动目标回波数据在距离频域-慢时间域中进行脉冲压缩 处理，然后沿距离频域做逆傅里叶变换后得到经过脉冲压缩后的距离口-慢时间数据； 2) 从上述经过脉冲压缩后的回波数据的每帖中选择同一个方位向单元的数据，同时将 其他数据进行置零处理，并将没有置零的数据作为目标回波数据进行处理； 3) 在步骤2)中得到的数据基础上，在目标的参数范围内进行捜索，根据捜索结果计算 修正的频域补偿项，用频域补偿项校正回波数据的距离走动和距离弯曲现象； 4) 利用步骤3)中得到的经过修正频域校正的回波数据，补偿一个距离单元中数据间 的相位差，然后把补偿完相位差的数据进行分数阶傅里叶变换，将分数阶域中的峰值记录 下来并回到步骤3)循环操作，直到目标参数捜索完，并把一系列峰值的最大值放到新的信 息矩阵中； 5) 重复步骤2)至步骤4)，直到将总的回波数据帖的方位向单元数据选取并进行相应 处理完毕； 6) 将信息矩阵中的最大值进行比较，从中选取一个最值作为检测统计量，并在由该些 最大值组成的检测单元图中进行恒虚警检测。
2. 根据权利要求1所述的基于修正频域补偿和分数阶傅里叶变换的多帖相参T抓方 法，其特征在于；在步骤1)中，所述的对回波数据进行脉冲压缩处理的方法是： 天基雷达工作在检测和跟踪模式下，将探测的空域划分为10个方位向，利用频域匹配 滤波方法对回波数据进行脉冲压缩处理后的第k帖，第n个方位单元的机动目标回波数据 形式为：
式（1)中4 =4e邱f-Z竿巧是回波数据的复幅度，tm=mTr+(k-l)NMTr+(n-l)MTr是 慢时间，k = 1，. . .，K表示第k个扫描周期，n = 1，. . .，N是第n个空域中的方位向单元， =t-tm是快时间，表示距离口的长度，T,表示脉冲重复时间，其中 M表示相干处理时间内的脉冲数，f。表示信号的载波频率，^ = 为信号波长，B,为信号 带宽，A =^，R。表示目标的初始距离，V。表示目标的初始速度，a。表示目标的加速度， 欠(/。,）=乃,+1，,/,,,+^/,/^,是目标与雷达之间的径向距离油式（1)可知雷达回波数据存储在 一个矩阵中，该矩阵的横坐标是慢时间tm，纵坐标是对应距离单元r"的快时间。
3. 根据权利要求1所述的基于修正频域补偿和分数阶傅里叶变换的多帖相参TBD方 法，其特征在于；在步骤3)中，所述的在步骤2)中得到的数据基础上，在目标的参数范围内 进行捜索，根据捜索结果计算修正的频域补偿项，用频域补偿项校正回波数据的距离走动
和距离弯曲现象的方法是： 在目标参数范围内进行捜索，在捜索的同时根据每个目标的参数组合计算出目标对于 不同数据帖和不同方位向单元的各自的修正频域补偿项，然后将回波数据沿着距离维做傅 里叶变换，能够得到距离频域-慢时间数据，接着在此基础上乘W计算出来的修正频域补 偿项，能够将距离频域f和速度、加速度W及慢时间之间的禪合解除，达到校正距离走动和 距离弯曲现象的目的；之后沿着距离频域进行逆傅里叶变换得到经过距离走动和距离弯曲 校正后的距离口-慢时间域数据。
4. 根据权利要求1所述的基于修正频域补偿和分数阶傅里叶变换的多帖相参T抓方 法，其特征在于；在步骤4)中，所述的利用步骤3)中得到的经过修正频域校正的回波数据， 补偿一个距离单元中数据间的相位差，然后把补偿完相位差的数据进行分数阶傅里叶变 换，将分数阶域中的峰值记录下来并回到步骤3)循环操作，直到目标参数捜索完，并把一 系列峰值的最大值放到新的信息矩阵中的方法是： 在步骤3)基础上补偿一个距离单元中回波数据间由于不同的数据帖和方位向单元带 来的固有相位差，使得数据间的相位满足相位相参性，接着取出补偿完相位的一个距离单 元中的数据进行分数阶傅里叶变换，做完分数阶傅里叶变换后将分数阶域中的峰值取出， 然后回到步骤3)重新计算新的修正频域补偿项，进行循环操作，直到将回波数据的范围捜 索完为止，捜索完成后把各个分数阶域中得到的峰值的最大值取出并依次放到一个新的信 息矩阵Aixw中。
5. 根据权利要求1所述的基于修正频域补偿和分数阶傅里叶变换的多帖相参TBD方 法，其特征在于；在步骤6)中，所述的将信息矩阵中的最大值进行比较，从中选取一个最值 作为检测统计量，并在由该些最大值组成的检测单元图中进行恒虚警检测的方法是： 在步骤5)之后得到的信息矩阵中存储了每次方位向单元扫描并处理后的分数阶域的 最大值，比较得到的一系列数值，将其中的最值取出作为检测统计量，然后在检测统计量周 围选出保护单元和参考单元，从而根据变换域中的单元平均恒虚警检测处理方法确定出自 适应口限，由检测统计量是否过口限来判断目标有无，完成检测。
【专利摘要】一种基于修正频域补偿和分数阶傅里叶变换的多帧相参TBD方法。其在雷达接收到多帧回波数据基础上对各帧数据的方位向单元进行搜索，在每一数据帧中选择同一个方位向数据并将其他数据都做置零处理，把没有置零的数据作为目标回波数据进行处理；然后在距离频域-慢时间域内对距离走动和距离弯曲现象进行校正，使得每一帧中的目标回波数据较好地校正到一个距离单元中，接着将这个距离单元中的数据进行相位补偿，使得回波相位是相参的，最后对该距离单元中的数据进行分数阶傅里叶变换，根据分数阶傅里叶变换的结果进行恒虚警检测，从而判断目标有无，完成相应的检测。本方法能在低信噪比情况下有效地检测到空间机动目标，从而验证了本方法的有效性。
【IPC分类】G01S7-41
【公开号】CN104597435
【申请号】CN201510018043
【发明人】李海, 马頔, 吴仁彪
【申请人】中国民航大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月14日