[发明专利]一种基于GNSS的前向散射雷达回波参数提取方法

权利要求书

1.一种基于GNSS的前向散射雷达回波参数提取方法，其特征在于：该方法包括：

步骤1、前向散射信号提取；

步骤2、利用基于平滑伪魏格纳-维利分布SPWVD的Rényi熵检测方法判断所述步骤1获得的前向散射信号中是否含有目标散射信号；

步骤3、利用滑动窗口分析步骤2得到的目标散射信号各信号段的频域特征，判断目标穿越基线事件是否发生；

步骤4、针对穿越基线事件发生的信号段使用更小的滑动窗口逐段分析，计算该滑动窗口内信号段的时域统计特征值，提取最优信号；

步骤5、利用步骤4所获得的最优信号，进行目标穿越多普勒斜率估计；

步骤6、利用步骤4所获得的最优信号，进行目标穿越时刻估计。

2.根据权利要求1所述的一种基于GNSS的前向散射雷达回波参数提取方法，其特征在于：所述前向散射信号提取，具体过程如下：

首先，接收机射频前端对接收信号完成混频、滤波、下变频和采样量化操作，获得中频信号；然后，对信号进行跟踪以进一步获得更精确的载波频率和伪码相位的估计值；实现载波同步、伪码同步之后，对信号进行去载波、码相关，跟踪环路的同相(I)路积分器开始输出数据比特即导航电文，其输出幅度受到前向散射回波调制，导航电文被滤除后，即获得前向散射信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于GNSS的前向散射雷达回波参数提取方法，其特征在于：所述步骤二的具体过程如下：

判决准则表示为

其中，P为采样时间数，Q为采样频率数，α＞0是Rényi熵的阶，C_s(p,q)为信号对应的时频分布，∑_p'∑_q'C(p',q')为时频分布结果的和，p'和q'分别为时频分布横轴与纵轴的坐标变量，η为判决门限；

对足够大的采样时间数P和采样频率数Q，根据中心极限定理，X近似服从均值为m，方差为σ²的正态分布；给定虚警概率P_f后的判决门限为

η＝σQ^-1(P_f)+m      (2)

其中，Q(x)为服从N(0,1)分布的随机变量右尾概率函数。

4.根据权利要求1所述的一种基于GNSS的前向散射雷达回波参数提取方法，其特征在于：所述频域特征，包括重心频率、均方频率及频率方差；

找到频域特征值最接近零频的信号段，若两侧的信号段频域特征值都呈增大趋势，则可认为该信号段对应目标穿越事件发生的时段。

5.根据权利要求1所述的一种基于GNSS的前向散射雷达回波参数提取方法，其特征在于：步骤四所述的提取最优信号，是选取能够刻画前向散射信号能量大小的时域特征，实现目标穿越时与基线相对位置关系的初步判断。

6.根据权利要求5所述的一种基于GNSS的前向散射雷达回波参数提取方法，其特征在于：在找到出现穿越事件的信号段后，进一步细分时段，利用滑动窗口寻找瞬时频率曲线关于零频中心对称的信号段，该信号段幅度由RCS峰值区域调制，实现信噪比最大化，为最优信号。

7.根据权利要求1所述的一种基于GNSS的前向散射雷达回波参数提取方法，其特征在于：所述步骤五的具体过程如下：

首先，计算前向散射信号的SPWVD，将每一时刻频谱最大值对应的频率作为瞬时多普勒频率估计值；其次，通过线性拟合的方式得到多普勒斜率，或在时频分析基础上实现参数估计，以提取前向散射信号在时频分布中的直线特征；进一步，采用基于匹配滤波思想的二维搜索法，选择合适的步长，获取多普勒斜率的高精度估计值。

8.根据权利要求1所述的一种基于GNSS的前向散射雷达回波参数提取方法，其特征在于：所述穿越时刻估计采取以下方法：

1)通过SPWVD获得瞬时多普勒频率，将最靠近零频的那一时刻视为目标穿越基线时刻；

2)通过SPWVD获得瞬时多普勒频率，利用瞬时频率拟合法获得频率随时间变化的曲线，零频率对应的时刻点视作目标穿越时刻；

3)通过SPWVD获得瞬时多普勒频率，利用Hough变换估计时频图中的直线，将直线上最靠近零频的那一时刻视为目标穿越基线时刻。