[发明专利]基于相位差分Radon-Lv分布的雷达微弱动目标检测方法

说明书

一、技术领域

本发明属于雷达信号处理和检测技术领域，更具体地，本发明涉及一种基于相位差分Radon-Lv分布的雷达微弱动目标检测方法，可用于强杂波背景下复杂运动目标的雷达检测处理。

二、背景技术

近年来，隐身目标(如隐身飞机、隐身舰艇等)和高速机动目标使得传统雷达难以对其进行有效探测和持续稳定的跟踪。一方面，雷达散射截面积(Radar Cross Section，RCS)变小使得目标回波能量减小，导致预警雷达的目标检测性能大为降低，预警距离大大缩短；另一方面，高速机动已成为目标突防的关键手段之一，尤其是目标机动飞行产生的加速度会使目标的径向距离变化率呈现出线性变化，雷达回波多普勒随时间变化，具有时变特性，从而使传统雷达信号处理算法失效，雷达探测性能下降。提高对隐身飞机、巡航导弹、高超声速飞行器和海面动目标之类的低可观测运动目标的预警能力成为迫切需求。

针对上述目标的检测和预警，信噪(杂)比过低仍是制约检测性能的主要因素，在雷达信号处理中，通常可以延长积累时间以增加目标信号的能量，达到提高信号信噪比之要求。相控阵技术的发展使得现代雷达通过延长信号观测时间，积累检测低可观测目标成为可能，积累时间可达秒级或更长。但随着时间的延长，特别是当目标进行变速、转弯等机动飞行时，在积累时间内目标回波信号有可能发生距离徙动(包括距离走动和距离弯曲)和多普勒徙动。因此，研究高效的长时间信号积累算法，对提高雷达探测性能起到重要作用。此外，目标高速运动以及雷达工作在低重频模式，容易产生速度模糊，也对动目标的参数估计产生了影响。

为了解决距离徙动问题，常用的包络对齐方法适用于回波信噪比较高的场合，在低信噪比情况下由于相邻回波相关性较差而无法获得较好的包络对齐效果；Keystone变换(KT)法能够补偿匀速运动目标的距离走动，但容易产生多普勒模糊导致性能下降；作为一种广义的多普勒滤波器组处理方法，Radon-傅里叶变换法(Radon-Fourier Transform，RFT)通过联合搜索参数空间中目标参数的方式解决了距离徙动与相位调制耦合的问题，对于研究长时间相参积累具有重要指导意义，但算法不适用于检测非匀速运动的目标，未能解决多普勒徙动问题。由于多普勒徙动的本质是频率具有时变特性，可近似建模为调频(Frequency Modulated，FM)信号，研究FM的匹配和检测方法成为有效途径。当目标作匀加速运动时，回波可用线性调频(LFM)信号近似表示，其补偿方法主要有De-chirp法、Wigner-Hough变换(WHT)、分数阶傅里叶变换(FRactional Fourier Transform，FRFT)和chirp-傅里叶变换(CFT)法等，但以上方法均需要设置额外的变换参数匹配动目标回波信号，参数搜索降低了算法的运算效率。相比之下，Lv变换(LVD)法能够将信号能量积聚到中心频率-调频率对应的位置，无需参数搜索操作，参数估计精度高，抗噪声性能与CFT算法及FRFT算法性能相近。高速机动目标的多普勒频率随时间非线性变化，很难用较少参数的LFM信号来建模回波多普勒，此时的目标检测问题变得更加复杂，例如火箭和导弹在飞行过程中的推力变化导致加加速度(急动度)，产生了二次以上的高阶相位，又如对高海况下目标探测，目标随海面起伏而颠簸，回波相位具有周期性，此时，目标回波需要用二次调频(Quadratic Frequency Modulation，QFM)信号表示。常用的高次相位匹配方法主要有多项式傅里叶变换(Polynomial Fourier Transform，PFT)以及高阶模糊函数(High-order Ambiguity Function，HAF)等，但算法对输入信号的信噪比要求较高，难以满足雷达对微弱动目标探测性能的需求。

综上，解决动目标探测的距离徙动、多普勒徙动尤其是QFM多普勒走动，以及速度模糊问题是实现长时间相参积累的重要途径，仍需要进一步研究。

三、发明内容

1.要解决的技术问题

本发明的目的在于延长微弱动目标相参积累时间，改善高次相位信号积累增益，提高雷达检测性能，提出一种基于相位差分Radon-Lv分布的雷达微弱动目标检测方法。其中要解决的技术问题包括：

(1)随着雷达距离分辨率的提高以及积累时间的增加，动目标的距离走动将跨越多个距离单元，产生距离徙动效应，导致目标在距离维能量分散；