CN109001671B - 一种跳频信号的目标检测和参数估计方法及装置 - Google Patents

一种跳频信号的目标检测和参数估计方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及信号处理领域，具体涉及一种跳频信号的目标检测和参数估计方法及装置。本发明通过对目标辐射源的信号进行两路采集，对采集到的信号进行脉冲压缩，然后结合参数估计进行相位补偿，最后在时间维上进行FFT积累，获得目标信号，并根据目标信号获得目标辐射源的位置。本发明能够对跳频信号进行有效处理，提升对目标辐射源的定位精度以及目标检测概率，为跳频信号的检测提供了理论支撑，适应较低的信噪比，具有精确的识别率。

Description

一种跳频信号的目标检测和参数估计方法及装置
技术领域
本发明涉及信号处理领域，具体涉及一种跳频信号的目标检测和参数估计方法及装置。
背景技术
近年来，随着电子战的愈演愈烈，无源雷达由于其隐蔽性好、生存能力强和反隐身的特点，日益成为国内外的研究重点。针对辐射源信号的检测与处理技术是其中的重要组成部分，能够获得辐射源信号的精确参数，是进行后端目标定位的重要依据，具有重要的意义。
随着技术不断发展进步，新体制雷达层出不穷，雷达信号形式日益复杂，复杂体制雷达辐射源迅速增加并逐渐占居主导地位，传统针对连续定频信号的侦测技术已经趋于成熟和完善，但是对于跳频信号的目标检测技术还不成熟，如果利用传统连续信号检测方法，其结果可靠性和检测性能将会急剧下降，目标检测错误概率将会增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种跳频信号的目标检测和参数估计方法及装置，用以解决现有技术对跳频信号的目标检测不准确的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种跳频信号的目标检测和参数估计方法，包括以下步骤：
对目标辐射源的信号进行同步采集，获取第一路信号和第二路信号；
将所述第一路信号作为参考信号，将所述第二路信号作为所述参考信号的回波；
对所述参考信号的回波进行脉冲压缩，然后在快时间维进行FFT得到压缩信号；
利用Radon变换对所述目标辐射源进行参数估计；
根据所述参数估计的结果对所述压缩信号进行补偿相位；
采用FFT对补偿相位后的压缩信号在时间维进行积累，得到目标信号，根据所述目标信号得到所述目标辐射源的位置。
本发明的有益效果是：通过对目标辐射源的信号进行两路采集，对采集到的信号进行脉冲压缩，然后结合参数估计进行相位补偿，最后在时间维上进行FFT积累，获得目标信号，并根据目标信号获得目标辐射源的位置等参数。
进一步的，根据广义Radon变换，建立补偿因子，根据所述补偿因子进行所述参数估计。
进一步的，所述参数估计的结果包括所述目标辐射源的初始位置估计值、径向速度估计值和径向加速度估计值。
进一步的，所述时间维包括快时间维和慢时间维。
本发明还提供了一种跳频信号的目标检测和参数估计装置，包括处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器实现如下方法的指令：
对目标辐射源的信号进行同步采集，获取第一路信号和第二路信号；
将所述第一路信号作为参考信号，将所述第二路信号作为所述参考信号的回波；
对所述参考信号的回波进行脉冲压缩，然后在快时间维进行FFT得到压缩信号；
利用Radon变换对所述目标辐射源进行参数估计；
根据所述参数估计的结果对所述压缩信号进行补偿相位；
采用FFT对补偿相位后的压缩信号在时间维进行积累，得到目标信号，根据所述目标信号得到所述目标辐射源的位置。
进一步的，根据广义Radon变换，建立补偿因子，根据所述补偿因子进行所述参数估计。
进一步的，所述参数估计的结果包括所述目标辐射源的初始位置估计值、径向速度估计值和径向加速度估计值。
进一步的，所述时间维包括快时间维和慢时间维。
本发明能够对跳频信号进行有效处理，提升对目标辐射源的定位精度以及目标检测概率，为跳频信号的检测提供了理论支撑，适应较低的信噪比，具有精确的识别率。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明中脉冲压缩的结果图；
图3是本发明中相位补偿后的结果图；
图4是本发明中目标的检测结果图；
图5是本发明中检测概率结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，本发明包括：1)对侦测信号进行两路采集，获得两路跳频脉冲信号；2)将一路信号看作参考信号，实现第二路信号的脉冲压缩；3)借助广义Radon变换，实现目标参数估计；4)利用参数估计结果，补偿相位；5)利用FFT实现目标在快时间维和慢时间维的积累。
1)对侦测信号进行两路采集，获得跳频脉冲信号r1(t,n)和r2(t,tm,n)，其中：
Figure GDA0002498552730000041
Figure GDA0002498552730000042
Figure GDA0002498552730000043
Figure GDA0002498552730000044
式中，A1和A2表示各路信号幅值；t表示快时间，tm表示慢时间，c表示波速(电磁波传播速度)，n表示脉冲个数，n＝1,2，…,N。Tp、fc(n)和μ分别表示脉冲宽度、第n脉冲的载频和调频斜率。μ＝B/Tp，B表示信号带宽。R0表示目标初始位置，v0和a0分别表示目标径向速度和加速度。
2)将一路信号看作参考信号，实现第二路信号的脉冲压缩。
首先将r1(t,n)当作参考信号，r2(t,tm,n)当作参考信号的回波，模拟仿***动雷达发射和接收信号，实现脉冲压缩，得：
Figure GDA0002498552730000045
其中，sinc(t)＝sin(t)/t。A3表示脉冲压缩后的信号幅度，λ(n)表示第n个脉冲所对应的波长，λ(n)＝c/fc(n)。对上式在快时间t维做FFT，得到：
Figure GDA0002498552730000051
从图2可以看出，由于速度和加速度的存在，目标发生距离和多普勒徙动，因此需要通过下面的步骤去除徙动现象以实现积累，从公式(6)可以看出需要消除的相位有6项，但只需要估计3个参数，即可实现相位补偿。
3)借助广义Radon变换，实现目标的R0、v0和a0的参数估计。
根据广义Radon变换，建立补偿因子。
Figure GDA0002498552730000052
Figure GDA0002498552730000053
其中，Nr、Nv和Na分别表示R、v、a的搜索点数，R、v、a分别表示R0、v0和a0对应的搜索值。然后找到R(Nr,Nv,Na)最大值所对应的R、v、a，即为目标R0、v0和a0的估计值
Figure GDA0002498552730000054
和
Figure GDA0002498552730000055
即：
Figure GDA0002498552730000056
4)利用参数估计结果，补偿相位，即：
Figure GDA0002498552730000057
补偿后，我们得到：
Figure GDA0002498552730000058
图3给出了补偿后的结果，可以看出经过相位补偿，原本图2中的距离与多普勒徙动现象消除，将目标轨迹校正为了一条直线。
5)利用FFT实现目标在快时间维和慢时间维的积累。
Figure GDA0002498552730000061
图4给出了目标检测最终结果，即公式(12)的结果图，可以看出，补偿相位后，目标的距离与多普勒徙动被校正，最终实现了接收信号在
Figure GDA0002498552730000062
上的聚集。根据图4可知，峰值所在位置的横纵坐标所对应的值即为
Figure GDA0002498552730000063
经过推算可以得到R0和
Figure GDA0002498552730000064
通过R0和
Figure GDA0002498552730000065
即可知道目标的初始所在位置，以及它的运动速度，即实现了目标检测，目标检测的目的就是估计出目标的初始所在位置和速度。
图5给出了本发明方法的抗噪性能分析，可以看出本发明方法在-30dB信噪比下，依然可以达到较理想的检测性能。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式，例如对目标辐射源信号的不同获取方式，或者处理过程中脉冲压缩、积分变换等环节具体手段的等效变换，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种跳频信号的目标检测和参数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
对目标辐射源的信号进行同步采集，获取第一路信号和第二路信号；
将所述第一路信号作为参考信号，将所述第二路信号作为所述参考信号的回波；
对所述参考信号的回波进行脉冲压缩，然后在快时间维进行FFT得到压缩信号；
利用Radon变换对所述目标辐射源进行参数估计；
根据所述参数估计的结果对所述压缩信号进行补偿相位；
采用FFT对补偿相位后的压缩信号在时间维进行积累，得到目标信号，根据所述目标信号得到所述目标辐射源的位置。
2.根据权利要求1所述的一种跳频信号的目标检测和参数估计方法，其特征在于：根据广义Radon变换，建立补偿因子，根据所述补偿因子进行所述参数估计。
3.根据权利要求1或2所述的一种跳频信号的目标检测和参数估计方法，其特征在于：所述参数估计的结果包括所述目标辐射源的初始位置估计值、径向速度估计值和径向加速度估计值。
4.根据权利要求3所述的一种跳频信号的目标检测和参数估计方法，其特征在于：所述时间维包括快时间维和慢时间维。
5.一种跳频信号的目标检测和参数估计装置，包括处理器和存储器，其特征在于，所述存储器存储有所述处理器实现如下方法的指令：
对目标辐射源的信号进行同步采集，获取第一路信号和第二路信号；
将所述第一路信号作为参考信号，将所述第二路信号作为所述参考信号的回波；
对所述参考信号的回波进行脉冲压缩，然后在快时间维进行FFT得到压缩信号；
利用Radon变换对所述目标辐射源进行参数估计；
根据所述参数估计的结果对所述压缩信号进行补偿相位；
采用FFT对补偿相位后的压缩信号在时间维进行积累，得到目标信号，根据所述目标信号得到所述目标辐射源的位置。
6.根据权利要求5所述的一种跳频信号的目标检测和参数估计装置，其特征在于：根据广义Radon变换，建立补偿因子，根据所述补偿因子进行所述参数估计。
7.根据权利要求5或6所述的一种跳频信号的目标检测和参数估计装置，其特征在于：所述参数估计的结果包括所述目标辐射源的初始位置估计值、径向速度估计值和径向加速度估计值。
8.根据权利要求7所述的一种跳频信号的目标检测和参数估计装置，其特征在于：所述时间维包括快时间维和慢时间维。
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