CN108490411B - 一种抑制目标检测中色杂波的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制目标检测中色杂波的方法，在多周期目标检测信号中按周期加入编码调制的波形设计，设计具有尖锐的自相关特性的相位编码，可以采用扩频伪随机码或非伪随机码，有助于目标检测时通过解码分离目标回波和抑制杂波。在回波脉压矩阵列项上的解码方法，能够在MTD的慢时间维上抑制杂波的干扰。扩频编码调制和解码在动目标检测（MTD）中的步骤，解码在MTD中的步骤可以在脉压步骤之前，也可以在脉压步骤之后，FFT步骤之前。本发明方法，可以抑制窄带、低频、平稳或非平稳的色杂波对目标检测的干扰，该方法无需估计杂波图和已知环境的杂波模型，也无需复杂的滤波器组，就能够获得较好的抑制杂波效果。

Description

一种抑制目标检测中色杂波的方法

技术领域

本发明涉及抑制目标检测中色杂波的方法，具体是采用扩频编码调制调频连续波(FMCW)无线电信号，并通过解码过程抑制目标检测中色杂波的方法。

无需先验已知色杂波模型或进行杂波图累积估计，即可有效提高目标检测中抗色杂波的能力，并适用于杂波环境复杂的慢速目标检测或穿墙目标检测等环境。

背景技术

杂波虽来源于发射信号本身，由于地形和环境因素，导致部分信号经过大量散射过程后，在接收机端重叠，形成与原信号相关性差甚至独立的杂波，但杂波本身是存在时间相关性的，即色杂波。

由于地面或海面目标移动速度低，以及环境反射等造成的复杂杂波场景，给目标检测带来很大的困难。动目标指示(MTI)和动目标检测(MTD)算法是两种主要的雷达杂波抑制技术。MTI通过减去后继周期的脉冲来抑制静态或慢变杂波，但MTI方法隐含地未考虑杂波谱的带宽，从而造成慢速目标信号也被删减。MTD弥补了MTI在信号检测方面的缺陷，是根据最佳滤波器理论设计的一种动目标检测技术，可以认为由MTI和脉冲相参积累多普勒滤波器组成。脉冲多普勒检测(PD)方法也用于地面目标检测，但其抗杂波原理与前两者类似，仍然是利用目标与杂波的多普勒频率不同进行滤波处理，从而达到抑制杂波和显示出运动目标的目的。

近年来在抗杂波技术方面，杂波图检测方法通过对检测单元以往多次扫描的回波进行迭代来获得杂波强度的估计，利用了杂波环境时域的相对平稳性，不易受诸如地杂波或陆海交界处杂波非平稳性的影响；通过杂波多普勒模型，构建杂波协方差矩阵和杂波抑制投影矩阵也能够有效抑制符合模型的地杂波和海杂波，但仍受具体杂波环境和非平稳性的影响。

CN101089653B“近程调频连续波FMCW雷达抗干扰方法”，中基于FMCW波形进行伪随机码调制，用以解决多雷达同时工作时的互干扰问题，该方法在波型上与本申请有相似性，但雷达处理方法和过程，以及所解决的问题是不同的，且起不到MTD抑制色杂波的作用。

以线性调频信号(LFM)为例，探测信号形式为

如图1中①所示，其中N是重复脉冲的个数，μ是LFM调频斜率，T是脉冲重复周期。因为不影响输出表达，该信号式中省略了脉冲间的距离门插空。

常规的MTD方法是：

第一步，先对该信号进行脉冲周期内脉压，获得N个周期的距离门脉冲，设第n个周期的距离单元信号为x_i，n＝p_i，n+C_i，n，i＝0，…，L-1，n＝0，…，N-1，其中C_i，n是杂波和噪声部分，p_i，n是回波信号分量；

第二步，将所有N个周期的距离单元信号x_i，n排成N×L的矩阵

对列项(也称为慢时间维样本信号)进行FFT变换：

FFT变换后就获得一个N×L的“距离-多普勒频率”矩阵。

当出现动目标或静止目标时，就会在相应的距离i和速度(多普勒频率)k位置获得较高幅度脉冲y_i，k。在色杂波的环境中，色杂波C_i，n会在“距离-多普勒频率”平面产生频率干扰，尤其是在地杂波或海杂波等低频杂波环境下，低速运动目标回波y_i，k信号很容易被杂波淹没，而无法分辨。

发明内容

本发明针对存在色杂波的地面或海面低速目标检测，提出了一种在目标检测的多周期脉冲加入编码调制的波形设计，并通过在回波MTD检测过程中加入解码过程来抑制目标检测中色杂波的方法。利用杂波信号和目标回波信号的非相关性，主要基于调频连续波(FMCW)脉压的MTD方法，在MTD信号中加入慢时间维的扩频编码，在检测中通过解码或“解扩”处理抑制色杂波，杂波抑制不受杂波特征、杂波非平稳性的影响。

本发明一种抑制目标检测中色杂波的方法，是为了抑制色杂波对“距离-多普勒频率”平面的干扰，通过波形设计使慢时间维信号进行相位编码，从而通过解码或“解扩”使其与杂波信号分离。

本发明一种抑制目标检测中色杂波的方法，具体实现步骤如下：

(1)在多周期目标检测信号中按周期加入编码调制的波形设计，设计具有尖锐的自相关特性的相位编码c₂(n)，n＝0，1，…N-1，该相位编码采用扩频伪随机码或非伪随机码，采用类似LFM码c₂(n)＝exp(jπηn²)，η＝1/NT的非随机扩频码，且有c₂(n)·c₂(n)^*＝1,“*”表示共轭；

(2)以线性调频信号LFM为例，探测信号设为：

其中N是重复脉冲的个数，μ是LFM调频斜率，T是脉冲重复周期，在原探测信号慢时间维进行相位编码；

(3)设回波信号r(t)＝s(t)+C(t)，C(t)是杂波与噪声，与常规的MTD方法一致，对回波首先进行周期T内脉压和取样，得到第n个周期的距离单元信号为x_i，n＝c₂(n)p_i，n+C_i，n，i＝0，…，L-1，n＝0，…，N-1，其中C_i，n是杂波和噪声部分；

(4)将所有N个周期的距离单元信号x_i，n排成N×L的矩阵

如下所示，

对列项x_i，n(n＝0，1，…，N-1)进行解码：c₂(n)^*·x_i，n，或可称为解扩，从而x_i，n中的信号部分

恢复为p_i，n，p_i，n是回波信号分量；

而杂波噪声部分为c₂(n)^*·C_i，n，相当于对杂波谱进行了扩谱，抑制了色杂波的干扰作用，且只要杂波谱宽小于1/T，对于低频杂波、非平稳杂波都能够起到抑制作用，尤其对于慢速运动目标，如步行、船行等目标可以有效的抑制地面或海面杂波等低频杂波的影响；

另外，本步骤也可以在步骤(3)之前进行，对回波信号按脉冲周期进行解码：

其中，N是重复脉冲的个数，μ是LFM调频斜率，T是脉冲重复周期；

(5)对解码后的列项信号进行FFT，与MTD处理一致，可以得到距离-多普勒频率(速度)的二维输出，这时色杂波在多普勒频率维被扩展，从而减小了色杂波对多普勒频率信号的干扰。

本发明方法中，步骤(2)和(4)是本发明的核心，区别于常规MTD目标检测方法。

本发明抑制目标检测中色杂波的方法，在多周期目标检测信号中按周期加入编码调制的波形设计，设计具有尖锐的自相关特性的相位编码，可以采用扩频伪随机码或非伪随机码，有助于目标检测时通过解码分离目标回波和抑制杂波。在回波脉压矩阵列项上的解码方法，能够在MTD的慢时间维上抑制杂波的干扰。扩频编码调制和解码在动目标检测(MTD)中的步骤，解码在MTD中的步骤可以在脉压步骤之前，也可以在脉压步骤之后，FFT步骤之前。

本发明抑制目标检测中色杂波的方法，是一种通过扩频编码调制的调频连续波(FMCW)信号来抑制目标检测中色杂波，并对回波的MTD处理中加入解码的过程，从而可以抑制窄带、低频、平稳或非平稳的色杂波对目标检测的干扰。该方法无需估计杂波图和已知环境的杂波模型，也无需复杂的滤波器组，就能够获得较好的抑制杂波效果。

附图说明

图1为周期FMCW脉冲编码示意图；

图中，①表示周期为T的调频连续波(FMCW)信号；

②具有尖锐自相关性的扩频编码c₂(n)·N；

③经过编码之后的编码FMCW调制信号。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明内容作进一步的详细说明，但不是对本发明的限定。

实施例

一种抑制目标检测中色杂波的方法，具体步骤如下：

(1)在多周期目标检测信号中按周期加入编码调制的波形设计，设计具有尖锐的自相关特性的相位编码c₂(n)，n＝0，1，…N-1，该相位编码采用扩频伪随机码或非伪随机码，采用类似LFM码c₂(n)＝exp(jπηn²)，η＝1/NT的非随机扩频码，且有c₂(n)·c₂(n)^*＝1,“*”表示共轭，见图1中②所示；

(2)以线性调频信号LFM为例，探测信号设为：

其中N是重复脉冲的个数，μ是LFM调频斜率，T是脉冲重复周期，在原探测信号慢时间维进行相位编码，见图1中③所示；

(3)设回波信号r(t)＝s(t)+C(t)，C(t)是杂波与噪声，与常规的MTD方法一致，对回波首先进行周期T内脉压和取样，得到第n个周期的距离单元信号为x_i，n＝c₂(n)p_i，n+C_i，n，i＝0，…，L-1，n＝0，…，N-1，其中C_i，n是杂波和噪声部分；

(4)将所有N个周期的距离单元信号x_i，n排成N×L的矩阵

如下所示，

对列项x_i，n(n＝0，1，…，N-1)进行解码：c₂(n)^*·x_i，n，从而x_i，n中的信号部分

恢复为p_i，n，p_i，n是回波信号分量；

而杂波噪声部分为c₂(n)^*·C_i，n，相当于对杂波谱进行了扩谱，抑制了色杂波的干扰作用，且只要杂波谱宽小于1/T，对于低频杂波、非平稳杂波都能够起到抑制作用，尤其对于慢速运动目标，如步行、船行等目标可以有效的抑制地面或海面杂波等低频杂波的影响；

另外，本步骤也可以在步骤(3)之前进行，对回波信号按脉冲周期进行解码：

其中，N是重复脉冲的个数，μ是LFM调频斜率，T是脉冲重复周期；

(5)对解码后的列项信号进行FFT，与MTD处理一致，可以得到距离-多普勒频率(速度)的二维输出，这时色杂波在多普勒频率维被扩展，从而减小了色杂波对多普勒频率信号的干扰。

采用本发明方法无需估计杂波图和已知环境的杂波模型，也无需复杂的滤波器组，就能够获得较好的抑制杂波效果。

Claims (2)

1.一种抑制目标检测中色杂波的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在多周期目标检测信号中按周期加入编码调制的波形设计，设计具有尖锐的自相关特性的相位编码c₂(n)，n＝0，1，…N-1，该相位编码采用扩频伪随机码或非伪随机码，采用类似LFM码c₂(n)＝exp(jπηn²)，η＝1/NT的非随机扩频码，且有c₂(n)·c₂(n)^*＝1，“*”表示共轭；

(2)以线性调频信号LFM为例，探测信号设为：

其中N是重复脉冲的个数，μ是LFM调频斜率，T是脉冲重复周期，在原探测信号慢时间维进行相位编码；

(3)设回波信号r(t)＝s(t)+C(t)，C(t)是杂波与噪声，与常规的MTD方法一致，对回波首先进行周期T内脉压和取样，得到第n个周期的距离单元信号为x_i，n＝c₂(n)p_i，n+C_i，n，i＝0，…，L-1，n＝0，…，N-1，其中C_i，n是杂波和噪声部分；

(4)将所有N个周期的距离单元信号x_i，n排成N×L的矩阵

如下所示，

对列项x_i，n(n＝0，1，…，N-1)进行解码：c₂(n)^*·x_i，n，从而x_i，n中的信号部分

恢复为p_i，n，p_i，n是回波信号分量；

而杂波噪声部分为c₂(n)^*·C_i，n，相当于对杂波谱进行了扩谱，抑制了色杂波的干扰作用，且只要杂波谱宽小于1/T，对于低频杂波、非平稳杂波都能够起到抑制作用；

(5)对解码后的列项信号进行FFT，与MTD处理一致，可以得到距离-多普勒频率的二维输出，这时色杂波在多普勒频率维被扩展，从而减小了色杂波对多普勒频率信号的干扰。

2.根据权利要求1所述的抑制目标检测中色杂波的方法，其特征在于：所述步骤(4)可以在步骤(3)之前进行，对回波信号按脉冲周期进行解码：

其中，N是重复脉冲的个数，μ是LFM调频斜率，T是脉冲重复周期。

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