[发明专利]一种基于合成宽带脉冲多普勒雷达的毫米级微动测量方法

权利要求书

1.一种基于合成宽带脉冲多普勒雷达的毫米级微动测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、根据距离门内目标回波的I、Q两路信号以及目标轨迹估计值，采用相推测距方法，测量目标的运动距离；

步骤2、根据步骤1获得的目标运动距离，提取出目标的微动特征参数，具体包括如下步骤：

步骤21、将目标运动看作平动和周期性微运动的合成，并利用M阶多项式建立目标的平动模型，采用正弦信号建立目标的微动模型，则目标的运动表示如下：

$R_n=a_0+a_1{t}_n+...+a_M{t}_n^M+A\sin (2{\mathrm{\πft}}_n+\mathrm{\φ})+{\mathrm{\ϵ}}_n;$

其中，n表示回波信号的帧序列号，a₀，a₁…a_M表示平动模型的系数，R_n为通过第n帧回波信号获得的目标距离，t_n为时间序列，A为目标微运动幅度，f为频率，φ为初相，ε_n为误差；

步骤22、采用迭代法估计平动模型和微运动模型参数，步骤如下：

S221、首先令A＝0，根据之前获得的回波信号的目标距离，采用多项式拟合法估计得到a₀,a₁,…,a_M的值；

S222、令误差e_n表达为：

$e_n=R_n-a_0-a_{1}t-\mathrm{...}-a_M{t}_n^M;$

S223、利用e_n估计A,f,φ，优化目标函数其中N表示回波信号的总帧数，使目标函数取值最小，具体步骤如下：

S2231、对e_n作傅里叶变换，取频谱幅度最大的点对应的频率作为频率f的初值，即f的当前值；

S2232、令x＝Acosφ，y＝Asinφ，则目标函数写为：

$g(x,y)=\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{\[e_n-x\sin \left(2{\mathrm{\πft}}_n\right)-y\cos \left(2{\mathrm{\πft}}_n\right)\]}^2;$

计算g(x,y)对x和y的偏导，并令和

分别解得：

$y=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}\[e_n-xsin\left(2{\mathrm{\πft}}_n\right)\]cos\left(2{\mathrm{\πft}}_n\right)}{\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{\cos }^2\left(2{\mathrm{\πft}}_n\right)}$

将y取任意初值后连同e_n、f当前值以及t_n代入到x表达式中，得到x的值，再代入到表达式y中，求得y值后再代入到x表达式，如此类推，直到x和y值收敛，再由x＝Acosφ和y＝Asinφ分别算出A和φ；

S2233、计算目标函数对f的导数：

$\begin{array}{c}\frac{\∂Y}{\∂f}=4\mathrm{\π}A\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}\[e_n-A\sin (2{\mathrm{\πft}}_n+\mathrm{\φ})\]\cos (2{\mathrm{\πft}}_n+\mathrm{\φ})t_n\\ =4\mathrm{\π}A\[\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{e}_n{t}_n\cos (2{\mathrm{\πft}}_n+\mathrm{\φ})-A\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{t}_n\cos (2{\mathrm{\πft}}_n+\mathrm{\φ})\sin (2{\mathrm{\πft}}_n+\mathrm{\φ})\]\end{array}$

将S2232计算得到的A和φ代入到等号右边，然后令求出新的f值，作为下一次迭代的当前值，执行S2234；

S2234、判断f值是否收敛：如果是，执行S224；

如果否，返回S2232；

S224、将S223获得的f当前值、A和φ值代入到e_n＝R_n-Asin(2πft_n+φ)中，得到误差e_n的值；然后再根据采用多项式拟合法重新估计a₀,a₁,…,a_M的值；如此，得到目标平动以及微动周期、幅度和初相的估计值，实现目标的微动测量。