CN106950550B - 测距测速均模糊条件下基于跨模糊区间判决的高动态偏差在线估计方法 - Google Patents

测距测速均模糊条件下基于跨模糊区间判决的高动态偏差在线估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于雷达信号和数据处理领域，针对测距、测速均模糊条件下的高动态偏差实时估计难题，提出一种基于跨模糊区间判决的高动态偏差在线估计方法。在对这一问题的研究中，首先，利用距离差分的方法，获得不同时刻的目标径向速度估计；其次，对相邻时刻的径向速度进行突变判决，找出跨模糊区间的径向速度估计，并对其进行补偿；然后，对补偿后的多个径向速度估计进行中值滤波处理，以获得速度解模糊量测；最后，利用速度解模糊量测对高动态的距离时延偏差进行在线估计。该方法可有效解决测距测速均模糊条件下的高动态偏差估计难题，且在目标运动跨模糊区间时具有较好的效果。

Description

测距测速均模糊条件下基于跨模糊区间判决的高动态偏差在 线估计方法
技术领域
本发明涉及雷达信号和数据处理领域，用于解决测距测速均模糊条件下的高动态偏差实时估计问题。
背景技术
在对临近空间高超声速目标预警探测的研究中，LFM信号以其大时宽带宽积的优势，被当前雷达***广泛选用。然而，在采用LFM信号对临近空间目标预警探测的研究中，由于距离-速度耦合的原因，雷达量测会存在一定的动态偏差。该偏差在目标径向速度较小时，通常可以不做考虑，但是，当目标具有较大的径向速度时，却会严重影响雷达对目标的检测和跟踪性能。为此，如何实现对高动态偏差的估计是当前急需解决的一个关键问题。
在对高动态偏差估计的研究中，现有文献大都建立在雷达量测不模糊的假设下，而对临近空间高超声速目标探测中所面临的测距、测速模糊问题却并没有充分考虑。一方面，在雷达测距模糊的条件下，不同回波的返回时刻无法有效鉴别，进而雷达无法锁定目标的具***置信息；另一方面，在雷达测速模糊的条件下，又会由于频谱重叠现象而造成速度量测的混淆，进而无法获得目标的有效速度信息。特别是，在目标跨模糊区间运动的条件下，雷达测距+测速模糊的复合影响，将对高动态偏差的估计和补偿产生重要的影响。但是，该方面的研究在现有文献中却并为被见到。
因此，本发明提出一种测距、测速均模糊条件下的高动态偏差在线估计方法，以重点解决目标运动跨模糊区间时的高动态偏差估计难题。
发明内容
针对测距、测速均模糊条件下的高动态偏差估计难题，提出一种基于跨模糊区间判决的高动态偏差在线估计方法。首先，利用距离差分的方法，获得不同时刻的目标径向速度估计；其次，对相邻时刻的径向速度进行突变判决，找出跨模糊区间的径向速度估计，并对其进行补偿；然后，对补偿后的多个径向速度估计进行中值滤波处理，以获得速度解模糊量测；最后，利用速度解模糊量测对高动态的距离时延偏差进行在线估计。该方法可有效解决测距测速均模糊条件下的高动态偏差估计难题，且在目标运动跨模糊区间时具有较好的效果。
本发明解决所述的技术问题，采用技术方案步骤如下：
步骤1：在测距、测速均模糊的条件下，利用距离差分的方法获得多个时刻的目标径向速度估计；
考虑到目标运动不跨模糊区间时满足
Figure BDA0001259605640000021
其中，r(k)为目标模糊量测，R(k)为目标不模糊量测。则利用距离差分的方法，目标在多个时刻的径向速度估计可表示为
Figure BDA0001259605640000022
其中，T是采样间隔，m是时刻个数。
步骤2：在获得多个时刻径向速度估计的基础上，对目标运动是否跨模糊区间的情况进行判决，并在此基础上对跨模糊区间的速度估计信息加以补偿。
考虑到目标径向速度估计
Figure BDA0001259605640000023
在跨与不跨模糊区间时(这里以目标远离雷达的情况为例)分别满足
Figure BDA0001259605640000024
其中，Rmax为最大不模糊距离，当目标远离雷达运动时Rmax的取值为正，当目标面向雷达运动时Rmax的取值为负；则可构建统计判决量
Figure BDA0001259605640000025
进而，k时刻目标运动是否跨模糊区间的问题可用如下假设检验做进一步的分析判决：
H0：若η(i)>λ，则目标运动跨模糊区间；
H1：若η(i)≤λ，则目标运动不跨模糊区间。
其中，λ为速度突变判决门限，且满足0<λ<Rmax/T。
这时，当目标运动不跨模糊区间时，对径向速度估计
Figure BDA0001259605640000026
不做处理；当目标运动跨模糊区间时，则做如下补偿：
Figure BDA0001259605640000027
步骤3：在对跨模糊区间量测补偿的基础上，利用中值滤波的方法对上述多个时刻的目标径向速度估计进行平滑处理，以进一步获得目标的解速度模糊量测。
1)利用中值滤波的方法将
Figure BDA0001259605640000031
按从小到大的顺序进行排序，并选取排序后的中间值作为目标径向速度的中值估计。
Figure BDA0001259605640000032
2)结合上述中值估计来进一步获得目标径向速度的解模糊量测
其中，为目标径向速度的解模糊量测，vamb(k)为雷达测得的模糊速度，为目标径向速度的中值估计，vmax为雷达最大不模糊速度。
步骤4：利用上述速度解模糊量测对高动态的距离时延偏差进行补偿。
在获得速度解模糊量测的基础上，通过对距离-速度的耦合分析，可获得高动态的距离时延偏差估计
Figure BDA0001259605640000037
本发明的有益效果说明：本发明利用递推HT-TBD技术对雷达量测数据进行处理，在获得初始积累矩阵和存储阵列的基础上，对积累矩阵和存储阵列进行递推实时更新处理，不但能够最大限度的利用前一时刻的检测结果，提高算法运算效率，降低计算量，还能够实现对目标的实时检测，避免目标漏检，具有较好的检测效果。
步骤5：随着时间的推移，重复进行步骤1～4，直至所有量测处理完毕，以实现对高动态偏差的实时估计处理。
本发明的有益效果说明：(1)本发明利用距离差分和中值滤波相结合的方法，可有效实现测距测速均模糊条件下的高动态偏差补偿处理；(2)该发明不仅可对高动态偏差进行实时在线估计，而且不需要进行复杂的解距离模糊处理，仅用单重频模糊距离量测即可有效实现对高动态偏差的有效估计。
附图说明
附图1是本发明的方法步骤流程图；
附图2是本发明高动态偏差对雷达探测的影响图；
附图3是本发明高动态偏差+测量模糊对雷达探测的影响图；
附图4是本发明距离差分处理所得的目标径向速度估计结果图；
附图5是本发明跨模糊区间处理后的径向速度补偿结果图；
附图6是本发明中值滤波和速度解模糊的径向速度估计结果图；
附图7是本发明高动态偏差实时估计结果图。
具体实施方式
下面结合附图对测距测速均模糊条件下的高动态偏差在线估计方法进行描述。
实施条件：假定临近空间高超声速目标的初始位置为[300km,300km,20km]，飞行速度为5000m/s，飞行方向为北偏西30°。相应地，观测雷达的位置为[0km,0km,0km]，雷达波长为λ＝0.15m，线性调频脉冲信号宽度为τ＝600μs，线性调频带宽为B＝1.5MHz，雷达的距离、方位和俯仰测量误差分别为100m、0.1°和0.1°，观测周期为1s。参照附图1，具体实施步骤如下所示：
(1)雷达利用LFM信号对目标进行探测，得到30帧量测数据，其中高动态偏差+测量模糊对目标量测的影响如附图2和附图3所示；
(2)按照步骤1，对相邻时刻目标的模糊距离量测进行差分处理，以获得多个时刻的目标径向速度估计，其中目标在第14帧发生跨模糊区间运动，其具体如附图4所示；
(3)按照步骤2，通过速度突变判决，找出第14帧出现的跨模糊区间径向速度，并对其进行补偿，其具体如附图5所示；
(4)按照步骤3，对各径向速度估计，进行中值滤波处理，并在此基础上获得目标的速度解模糊量测，其具体如附图6所示；
(5)按照步骤4，利于速度解模糊量测对高动态偏差进行估计，其具体如附图7所示。
通过对附图2和附图3的分析可知，高动态偏差使目标量测严重偏移目标的真实轨迹，而测量模糊不仅使目标量测的位置发生偏移，而且将完整的目标量测拆成了两段，进而高动态偏差+测量模糊的复合影响严重影响雷达的探测性能；通过对附图4的分析可知，相邻时刻的距离差分处理，会在目标跨模糊区间运动时，产生较大的径向速度突变，这也就是说，不能直接用距离差分处理对高动态偏差进行补偿，还需进一步处理；由附图5可以看出，通过对速度突变的检测和补偿，可有效消除目标跨模糊区间运动所带来的影响；由附图6可以看出，通过目标量测的中值滤波和解速度模糊处理，可有效获得相对平滑的目标径向速度量测；最后由附图7可以看出，利用速度解模糊处理后的目标径向速度可有效实现对高动态偏差的实时估计。

Claims (5)

1.测距测速均模糊条件下基于跨模糊区间判决的高动态偏差在线估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在测距、测速均模糊的条件下，利用距离差分的方法获得多个时刻的目标径向速度估计；
步骤2：在获得多个时刻径向速度估计的基础上，利用对相邻时刻的径向速度进行突变判决的方法，对目标运动是否跨模糊区间的情况进行判决，并在此基础上对跨模糊区间的径向速度估计加以补偿；
步骤3：在对跨模糊区间的径向速度估计补偿基础上，利用中值滤波的方法对上述多个时刻的径向速度估计进行平滑处理，以进一步获得目标的速度解模糊量测；
步骤4：利用上述速度解模糊量测对高动态的距离时延偏差进行补偿。
2.根据权利要求1所述的高动态偏差在线估计方法，其特征在于，步骤1具体采用如下方法：
考虑到目标运动不跨模糊区间时满足
Figure FDA0002102000420000011
其中，r(k)为目标模糊量测，R(k)为目标不模糊量测；则利用距离差分的方法，目标在多个时刻的径向速度估计表示为
Figure FDA0002102000420000012
其中，T是采样间隔，m是时刻个数。
3.根据权利要求2所述的高动态偏差在线估计方法，其特征在于，步骤2具体采用如下方法：
考虑到目标径向速度估计
Figure FDA0002102000420000013
在不跨模糊区间时，满足
Figure FDA0002102000420000014
在跨模糊区间时满足
Figure FDA0002102000420000015
其中，Rmax为最大不模糊距离，则构建统计判决量
Figure FDA0002102000420000021
进而，k时刻目标运动是否跨模糊区间的问题可用如下假设检验做进一步的分析判决：
H0：若η(k)＞λ，则目标运动跨模糊区间；
H1：若η(k)≤λ，则目标运动不跨模糊区间；
其中，λ为速度突变判决门限，且满足0＜λ＜Rmax/T；
这时，当目标运动不跨模糊区间时，对径向速度估计
Figure FDA0002102000420000022
不做处理；当目标运动跨模糊区间时，则做如下补偿：
Figure FDA0002102000420000023
4.根据权利要求2所述的高动态偏差在线估计方法，其特征在于，步骤3具体采用如下方法：
1)利用中值滤波的方法将
Figure FDA0002102000420000024
按从小到大的顺序进行排序，并选取排序后的中间值作为目标径向速度的中值估计
Figure FDA0002102000420000025
2)结合上述中值估计来进一步获得目标径向速度的解模糊量测
Figure FDA0002102000420000026
其中，
Figure FDA0002102000420000027
为目标径向速度的解模糊量测，vamb(k)为雷达测得的模糊速度，为目标径向速度的中值估计，vmax为雷达最大不模糊速度。
5.根据权利要求1所述的高动态偏差在线估计方法，其特征在于，步骤4具体采用如下方法：
在获得速度解模糊量测
Figure FDA0002102000420000029
的基础上，通过对距离-速度的耦合分析，完成高动态偏差
Figure FDA00021020004200000210
的实时在线估计。
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