[发明专利]一种改进的分数阶傅里叶变换机动弱目标检测方法

摘要

本发明公开了一种改进的分数阶傅里叶变换机动弱目标检测方法。本发明首先建立高速机动弱目标匀加速运动信号模型；接着对回波原始数据在快时间域进行傅里叶变换，变换后的数据经过Keystone变换后，校正由一次相位引起的距离单元走动问题，接着在快时间域再进行IFFT，在得到的最终回波数据中对每一个距离单元分别求p[0,2]内所有阶次的FRFT，形成信号能量在由分数阶p和分数阶变换域u组成二维参数平面（p,u）的二维分布，在此平面上进行峰值点的二维搜索，即可实现加速目标的检测。本发明可以实现低信噪比背景环境下机动弱目标的检测，同时具有较好的可靠性、可行性和实时性。

主权项

1.一种改进的分数阶傅里叶变换机动弱目标检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1、建立机动弱目标回波信号模型S(t',t_m)；(1)、雷达发射线性调频脉冲，其数学表达式为：p(t)=rect(tTp)exp(-jπγt2)---(1)]]>其中，u为变量，当时，rect(u)＝1，当u为其他时，rect(u)＝0，t为时间，B为脉冲带宽，T_p为脉冲时宽；调频率(2)、则雷达发射一组脉冲串信号可以表示为v(t-mT_r)＝p(t-mT_r)exp(-j2πf_c(t-mT_r))     (2)其中m为发射脉冲个数，T_r为脉冲重复周期，f_c为载频；(3)、假设脉冲串照射到一个距离为R的弱目标上，接受回波信号记录在二维数组S(t',t_m)；其中t'＝(t-mT_r)为距离维，t_m＝mT_r为脉冲维，m=0,1,…,M,令T＝MT_r,则则信号表达式为S(t′,tm)=Ap(t′-2R(tm)c)exp(-j4πfcc)R(tm)---(3)]]>其中A为常数，取决与弱目标雷达散射截面积的大小，c为电磁波传播速度，目标距离R(tm)=R0+vtm+12atm2;]]>其中R₀为雷达到目标的初始距离，v为速度，a为目标的加速度；步骤2、对回波原始数据在快时间域进行傅里叶变换，进行匹配压缩得到S(f,t_m)；对回波原始数据在快时间域进行傅里叶变换,进行匹配滤波，得到信号数据S(f,t_m)，其表达式为S(f,tm)=ABγsin c(B(t′-2R(tm)c))exp(-j4πfcλR(tm))---(4)]]>如果目标运动的距离超过半个距离单元，则峰值的位置随着R(t_m)的不同而不同，即发生了距离单元走动；步骤3、经过Keystone变换，变换后数据为S(f,τ)校正由一次相位引起的距离单元走动问题；采用Chirp-Z变换，将代入S(f,t_m)中，其变换后数据变为S(f,τ)，其表达式为：S(f,τ)=Aγexp(-j4πfcλRo)rect(fB)exp(-j4πfλRo)exp(-j4πfcλvτ-j2πc·f2cfc+faτ2)---(5)]]>距离单元走动问题得到了补偿；步骤4、在快时间域进行IFFT,得到数据S(t',τ)；在快时间域进行IFFT，距离频域-方位时域数据S(f,τ)变为距离时域-方位时域数据S(t',τ)，其表达式为：S(t′,τ)=ABγsinc(Bt′)exp(-j4πλR0)exp(-j2πfdτ-jπγaτ2)---(6)]]>步骤5、在S(t',τ)数据中每一个距离单元分别求p[0,2]内所有阶次的FRFT,形成信号能量在由分数阶p和分数阶变换域u组成二维参数平面（p,u）的二维分布，在此平面上进行峰值点的二维搜索，即可实现加速目标的检测；在S(t',τ)中，令增益因子G=ABγsinc(Bt′)exp(-j4πλR0)]]>由于G只跟距离域有关，跟脉冲域无关，则S(t',τ)可以简化为S(t',τ)＝Gexp(-j2πf_dτ-jπγ_aτ²) τ∈[0,T]   (7)。