[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

说明书

技术领域

本发明涉及微动测量领域，尤其涉及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。

背景技术

微动(Micro-motion)是指目标或目标的组成部分除了主体平动之外的运动，如直升机旋翼的转动，喷气式飞机引擎叶片的旋转，人体的心跳和呼吸时胸腔的运动等。目标的微动状态能够反映目标的精细特征，是目标识别的重要依据。

合成宽带脉冲多普勒(PD)雷达，具有瞬时窄带、合成宽带的特点。相比于宽带线性调频信号，具有AD采样率低、利于长时间积累、利于幅相失真补偿、抗干扰等优势。

随着现代雷达技术的进步，雷达对目标的精细探测能力越来越高。相推测距是目前精度最高的测距方法。雷达回波的相位随目标距离而变化，当目标径向移动半波长时，回波相位变化2π。利用回波相位变化测距称为相位测距。如对单频连续波雷达，设载频为f₀，其发射信号为sin(2πf₀t)，信号发射后到距离为R的目标再返回雷达传播时间为T_R，则回波信号为sin[2πf₀(t-T_R)]。在接收机中对发射及回波信号比相，如目标距离小于半波长，其相位差为Δ(0＜Δ＜2π)，则目标距离

从上式可知，在波长λ一定时，相位差与距离成正比。但是目标距离远大于λ/2，则总的回波相位可写成

φ＝2πk+Δ

相应目标距离为

式中k为整数，是相位变化周期的数目。

相推测距每隔半波长存在距离模糊，通常在多频连续波雷达中，利用多个频率解距离模糊。

现有的微动参数估计方法，通常是将时频分析与Hough变换或逆Radon变换相结合，在图像域估计微动曲线的参数，其精度取决于时频图的分辨力，因此，其精度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了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，能够获得目标的精确运动信息。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

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，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：

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为周期，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：

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＝A cosφ，y＝A sinφ，则目标函数写为：

计算g(x,y)对x和y的偏导，并令和

分别解得：

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＝A cosφ和y＝A sinφ分别算出A和φ；

S2233、计算目标函数对f的导数：

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；