[发明专利]基于多变量重采样相关函数的机动目标检测方法

摘要

本发明公开一种基于多变量重采样相关函数的雷达机动目标检测方法，在快时间域对接收的雷达接收信号进行下变频和脉冲压缩处理；对脉压信号做快速傅里叶变换；建立时刻因子和偏移因子序列；判断不同频率下所选时刻和时延是否满足约束条件，符合条件则对距离向频域信号进行重采样，更新相关函数矩阵，不符合条件则用0更新相关函数矩阵；找出相关函数矩阵能量峰值最大时的运动参数；用得到的运动参数对距离向频域信号进行解调并进行相参积累对机动目标进行检测。本发明可以消除高阶机动目标产生的距离徙动，适合低信噪比情况下，检测性能优。

主权项

1.一种基于多变量重采样相关函数的机动目标检测方法，其特征在于，建立时刻因子序列和偏移因子序列两个变量，对距离向频域信号进行非均匀重采样，生成相关函数矩阵，通过得到的相关函数矩阵得到最优的运动参数；该方法的具体步骤如下：(1)获取回波信号：雷达接收一个调制形式为线性调频脉冲的回波信号；(2)获取下变频信号：利用下变频公式，在快时间域内下变频雷达接收的回波信号，得到下变频信号；(3)获取脉压信号：利用脉冲压缩公式，在快时间域内对下变频信号在距离维进行脉冲压缩，得到脉压信号；(4)获取离散距离向频域信号：利用快速傅里叶变换公式，在快时间域内对脉压信号做快速傅里叶变换，得到离散距离向频域信号；(5)建立时刻因子序列和偏移因子序列：(5a)按照下式，计算每个时刻因子值和偏移因子值：其中，t_p表示第p个时刻因子值，p表示时刻因子的序号，p＝1,2,...,M，M表示时刻因子的总数，其值等于雷达接收机动目标回波信号的脉冲总数，T_M表示根据工程需求设定的雷达波束在机动目标上的驻留时间，z表示根据工程需求设定的雷达机动目标回波信号的载频，f_s表示根据工程需求设定的雷达接收机动目标回波信号的采样频率，τ_q表示偏移因子第q个偏移因子值，q表示偏移因子的序号，q＝1,2,...,L，L表示偏移因子的总数，其取值等于雷达接收机动目标回波信号的脉冲总数；(5b)将所有的时刻因子值按照序号组成时刻因子序列；(5c)将所有的偏移因子值按照序号组成偏移因子序列；(6)在离散距离向频域信号的距离向频域轴中选取一个未选过的离散频率；(7)搭建一个所选离散频率的相关函数空矩阵，矩阵行和列的取值均与雷达接收的机动目标回波信号的脉冲总数相等；(8)在时刻偏移因子序列中选取一个未选过的时刻因子，判断所选的时刻因子是否满足下述约束条件，若是，则执行步骤(9)，否则，用0替换所选离散频率的相关函数矩阵中第l行的全部元素值后执行步骤(12)：其中，l表示所选取的时刻因子值在时刻因子序列中的序号，t_l表示时刻因子序列中第l个时刻因子值；(9)在偏移因子序列中选取一个未选过的偏移因子，判断所选偏移因子是否满足下述约束条件，若是，则执行步骤(10)，否则，用0替换所选离散频率的相关函数矩阵中第l行第k列的元素值后执行步骤(11)：其中，τ_k表示偏移因子序列中第k个偏移因子值，k表示所选取的偏移因子值在偏移因子序列中的序号；(10)利用非均匀重采样技术，更新所选离散频率的相关函数矩阵：(10a)对离散距离向频域信号在慢时间域内做快速傅里叶变换，得到离散方位向频域信号；(10b)在离散方位向频域信号的方位向频域的尾部补7C个零，得到补零后的离散方位向频域信号，其中，C的取值等于雷达接收的回波信号的脉冲总数；(10c)将离散方位向频域信号在方位向频域做快速逆傅里叶变换，得到重采样信号序列；(10d)按照下式，计算对重采样信号序列插值前，在重采样信号序列的时间轴上非均匀分布的插值位置：其中，x表示第一次对重采样信号序列插值前在重采样信号序列的时间轴上非均匀分布的插值位置，l和k与所选时刻的序号和所选偏移因子的序号的取值对应相等，f表示离散距离向频域信号中距离频率的值，y表示第二次对重采样信号序列插值前在重采样信号序列的时间轴上非均匀分布的插值位置；(10e)利用线性插值公式，计算两次对重采样信号序列插值前，在重采样信号序列的时间轴上非均匀分布的插值位置上待插入的值；(10f)将第二次待插入的值的共轭与第一次待插入的值相乘，用乘积值替换所选离散频率的相关函数矩阵中第l行第k列的元素值后执行步骤(11)；(11)判断是否选完所有的偏移因子，若是，则执行步骤(12)，否则，执行步骤(9)(12)判断是否选取完所有时刻因子，若是，则执行步骤(13)，否则，执行步骤(8)(13)判断是否选取完所有离散频率，若是，则执行步骤(14)，否则，执行步骤(6)(14)设置三阶运动参数值初始值：设置三阶运动参数值初始值，其值等于三阶运动参数值最小值；(15)获得三阶相位补偿相关函数矩阵：(15a)按照下式，构建三阶相位补偿函数：其中，H表示三阶相位补偿函数，exp表示以自然常数e为底的指数操作，j表示虚数单位符号，π表示圆周率，a′₃表示当前三阶运动参数值，u表示时刻因子序列，λ表示雷达发射脉冲的波长，v表示偏移因子序列；(15b)将三阶相位补偿函数与相关函数矩阵对应的各元素相乘，得到三阶相位补偿相关函数矩阵；(16)获得当前能量累积峰值：(16a)将三阶相位补偿相关函数矩阵不同频率相同位置元素相加，得到频率累加相关函数矩阵；(16b)将频率累加相关函数矩阵沿时刻因子序列方向进行快速傅里叶变换，得到时刻频域矩阵；(16c)将时刻频域矩阵沿偏移因子序列方向进行快速傅里叶变换，得到偏移频域矩阵；(16d)将偏移频域矩阵的绝对值的最大值作为当前能量累积峰值；(17)判断当前三阶运动参数值与搜索间隔相加的和值是否在[a_3min,a_3max]内，若是，用该和值更新当前三阶运动参数值后执行步骤(15)，否则，执行步骤(18)，其中，a_3min表示三阶运动参数值最小值，a_3max表示三阶运动参数值最大值；(18)获得最优的运动参数：(18a)寻找所有能量累积峰值的最大值，最大的能量累积峰值对应的三阶运动参数值为最优的三阶运动参数值；(18b)按照下式，估计一阶和二阶运动参数值：其中，a₁表示一阶运动参数值，f_v表示在最优的三阶运动参数值时能量累积峰值所在偏移因子序列方向的频率，a₂表示二阶运动参数值，f_u表示在最优的三阶运动参数值时能量累积峰值所在时间因子序列方向的频率；(19)利用解调公式，对离散距离频域信号进行解调，获得二维的解调信号；(20)获得相参积累信号：(20a)将二维的解调信号在每个不同慢时间对应的所有相同距离频域的值相加组成目标累加信号；(20b)将目标累加信号沿距离频域方向进行快速逆傅里叶变换，得到相参积累信号；(21)检测机动目标：(21a)利用门限公式，计算检测门限值；(21b)从相参积累信号中每个元素的绝对值中取出最大值，判断该最大值是否大于或等于检测门限，若是，则判定存在机动目标，否则，判定机动目标不存在。