CN105589061A - 一种岸基雷达的信号处理算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岸基雷达的信号处理算法，在得到回波信号之后，将回波信号每个脉冲重复频率内的采样点存储在距离向，积累点数存储在方位向，从而形成一个二维矩阵；所述二维矩阵即为一帧数据，如果采样多帧信号，则把所述二维矩阵扩充到三维矩阵；然后对回波信号进行脉压处理，之后通过双极点滤波器，进行视频积累得到处理信号，确定目标距离，接着进行CFAR恒虚警概率检测，先通过固定门限再通过浮动门限。通过本发明的信号处理算法，实现了对回波信号的有效处理并成功检测出目标位置，满足脉冲体制雷达检测近海岸的舰船等目标的要求。

Description

一种岸基雷达的信号处理算法

技术领域

本发明属于雷达监测领域，涉及一种岸基雷达的信号处理算法。

背景技术

在岸基雷达的研制过程中，信号处理算法是雷达监测目标的核心技术。为了满足雷达能够对近海岸海域进行全天时的监控，监测侵入的海面舰船目标并定位的主要任务，需要合适的信号处理算法。现有的机载雷达的算法并不能满足岸基雷达的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种岸基雷达的信号处理算法，使岸基雷达能够完成对近海岸海域进行全天时的监控，监测侵入的海面舰船目标并定位的任务。

本发明的技术方案如下：

一种岸基雷达的信号处理算法，包括如下步骤：得到回波信号后，将回波信号每个脉冲重复频率内的采样点存储在距离向，积累点数存储在方位向，从而形成一个二维矩阵；所述二维矩阵即为一帧数据，如果采样多帧信号，则把所述二维矩阵扩充到三维矩阵；然后对回波信号进行脉压处理，之后通过双极点滤波器，进行视频积累得到处理信号，确定目标距离，接着进行CFAR恒虚警概率检测，先通过固定门限再通过浮动门限。

本发明的有益技术效果是：

海防搜索雷达采用脉冲体制X波段雷达信号，采用频率捷变技术抑制海杂波，通过非相参积累和多目标处理等技术手段实现对海面目标的搜索与跟踪。对脉冲回波进行脉压处理，随后通过双极点滤波器，进行距离向非相参积累计，得到目标的距离。此项目中不考虑目标速度，所以并不进行多普勒维的FFT处理。

积累的功能是将相邻几个主脉冲内相同距离门的幅值做滑窗积累，以此提高信噪比。相参积累严格按照相位关系累加，若参与积累的距离门数为N，则信噪比改善N倍。不同于相参积累处理，由于脉冲回波的初始相位时随机的，故采用非相参积累。因为回波的幅度是不均匀的，因此在对目标回波进行积累之前要按一定规则进行加权处理。

雷达的视频积累是在相同距离单元不同重复周期之间进行的，因此在距离门内有多少个距离单元就要进行多少次积累。尽管在每个距离单元的积累运算量不大，但全部距离单元视频积累总运算量是相当大的，因此采用递归型积累器如双极点滤波器来近似实现最优加权以减少运算量，本发明正是采用了双极点滤波的加权方式对回波进行加权处理来检测目标的距离。

通过本发明的信号处理算法，实现了对回波信号的有效处理并成功检测出目标位置，满足脉冲体制雷达检测近海岸的舰船等目标的要求。有效检测距离小船为11.2km，大船为12.73km，均满足10公里的技术要求。

附图说明

图1是信号处理算法流程图。

图2是回波信号存储示意图。

图3是双极点滤波的时域框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明的算法流程如图1所示，首先构建回波信号，对回波信号进行脉压处理，之后通过双极点滤波器，进行视频积累得到处理信号，确定目标距离，由于不考虑目标速度参数，不进行多普勒维FFT处理。接着进行CFAR恒虚警概率检测，先通过固定门限再通过浮动门限。

1)回波信号构建

信号的存储方式如图2所示，在得到回波信号之后，每个PRF(脉冲重复频率)内的采样点存储在距离向，方位向为积累点数从而形成一个二维矩阵。此二维矩阵即为一帧数据，如果采样多帧信号，再把这个二维矩阵扩充到三维矩阵。

2)脉压处理

脉冲压缩，即在雷达发射机中发射时宽较宽，峰值功率较低的脉冲，通过对载频进行编码以增加发射波形的带宽，然后再接收机中对回波实施脉冲压缩，从而达到窄脉冲，高峰值功率的简单脉冲体制雷达所具有的分辨能力和探测能力。

3)双极点滤波

双极点滤波器是一个二阶IIR滤波器，可以近似实现最优加权，双极点滤波***函数存在两个极点，也就是冲击响应可以求出两个解得滤波器，即是一个有两个反馈的加权运算器。

双极点滤波的时域框图如图3所示。由此可得它的传递函数：

$H\left(z\right)=\frac{z^{-1}}{1-k_1{z}^{-1}+k_2{z}^{-2}}$

其中

$K_1=2\exp (-{\mathrm{\ξ\ω}}_d\mathrm{\τ}/\sqrt{1-{\mathrm{\ξ}}^2})cos\left({\mathrm{\ω}}_d\mathrm{\τ}\right)$

$K_2=\exp (-2{\mathrm{\ξ\ω}}_d\mathrm{\τ}/\sqrt{1-{\mathrm{\ξ}}^2})$

根据框图可得出***的状态方程如下：

y(n)＝x(n)-k₂z(n-1)

z(n)＝y(n-1)+k₁z(n-1)

4)视频积累

当雷达波束扫过目标，雷达接收到一串幅度受天线放线图调制的回波信号，为了充分利用回波能量，提高雷达的检测能力，通常要对接受到得多个脉冲进行积累。在检波后完成的积累叫视频积累。因为回波的幅度是不均匀的，因此在对目标回波进行积累之前要按一定规则进行加权处理。雷达的视频积累是在相同距离单元不同重复周期之间进行的，因此在距离门内有多少个距离单元就要进行多少次积累。尽管在每个距离单元的积累运算量不大，但全部距离单元视频积累总运算量是相当大的，因此采用递归型积累器如双极点滤波器来近似实现最优加权以减少运算量。

由上式可得视频积累的公式如下：

z(n)＝x(n-1)+k₁z(n-1)-k₂z(n-2)

回波信号通过滤波器之后得到处理信号，之后的仿真结果里可见处理信号可以准确的分辨出目标，此算法合理可行。

5)CFAR目标检测

CFAR(恒虚警概率)处理是雷达信号处理的重要内容之一，在自动检测中，恒虚警率处理可使终端计算机不至于因干扰过强而过载。为了对杂波图效果进行改进，本次方案中采用单元平均的方法，即对每个杂波单元的数据进行平均处理：

$X_n(i,j)=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{X}_n(i^{\′},j^{\′})$

为了设定检测单元所需的门限电平，同一单元的干扰功率电平必须已知。由于干扰功率电平时变化的，必须通过数据估计得到。这种估计方法基于两个重要的假设：

临近单元的所含杂波的统计特性与待检单元一致

临近单元不包含任何目标，其仅仅存在干扰噪声

根据地杂波空间分布变化，参考单元(滑窗大小)数值n一般区在4-16之间。本方案中考虑的是海杂波，通常在空间是成片分布的，片内分布比地杂波要均匀一些，所以参考单元可以取得大一些，一般不超过50.门限因子是一个标量，大小根据所需的恒虚警概率的大小来确定。瑞利杂波下单目标检测可参考公式：

1/Pfa＝(1+ratio)^n。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种岸基雷达的信号处理算法，其特征在于，包括如下步骤：得到回波信号后，将回波信号每个脉冲重复频率内的采样点存储在距离向，积累点数存储在方位向，从而形成一个二维矩阵；所述二维矩阵即为一帧数据，如果采样多帧信号，则把所述二维矩阵扩充到三维矩阵；然后对回波信号进行脉压处理，之后通过双极点滤波器，进行视频积累得到处理信号，确定目标距离，接着进行CFAR恒虚警概率检测，先通过固定门限再通过浮动门限。