CN110045346A - 一种拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法，雷达***交替发射三个不同PRI的线性调频信号，接收雷达回波信号，并进行解调和脉冲压缩；根据RFT变换的原理，分别对三个PRI对应的雷达回波信号做RFT处理，得到三组长时间相参积累的速度‑距离二维结果；对三组RFT处理结果做两两取最小值处理，得到三组取最小值结果；对三组取最小值结果做取最大值处理，得到最终的处理结果，实现盲速旁瓣的抑制。本发明实现了盲速旁瓣的抑制，降低了虚警概率，进而提高***检测概率。

Description

一种拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法

技术领域

本发明涉及雷达信号处理领域，特别是一种拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法。

背景技术

在雷达信号处理中，信号的长时间积累可有效改善***信噪比，提高低可观测目标的检测能力。长时间积累算法有相干积累和非相干积累两种，其中，相干积累的性能优于非相干积累，是一种最优的能量积累方式，得到了很多学者广泛和深入的研究。

动目标检测(MTD)是最常用的相干积累算法，该算法简单、高效，但是当目标在相干积累周期内发生距离走动时，MTD算法就不再适用。为了解决这个问题，基于Keystone变换的方法被提了出来，采用Keystone变换进行距离走动补偿，然后通过MTD实现相参积累，但受到多普勒模糊的影响，该方法难以解决多个速度模糊目标的距离走动问题。徐稼等人提出了拉登傅里叶变换(RFT)算法，该方法根据目标的运动参数提取位于距离-慢时间二维平面中的目标观测值，然后通过离散傅里叶变换对该观测值进行积分，实现了对目标能量的长时间相参积累。RFT算法可以显著提高***对弱目标的检测能力，并实现信号级的多普勒解模糊。由于RFT算法的优越性能，在很多方面得到了研究和应用。但在实际应用中，受离散脉冲采样、有限的距离分辨率和有限的积累脉冲数等因素的影响，RFT处理输出总是伴随着盲速旁瓣(BSSL)，会带来很大的虚假目标，严重影响最终的检测性能。为了抑制盲速旁瓣，研究人员相继提出了一些方法，对于加窗的方法，仍会有很大的旁瓣残余，并造成了信噪比损失；对于采用两个脉冲重复间隔(PRI)联合的处理方法，无法检测速度在某个PRI的多普勒盲速带上的目标；基于随机重复间隔的方法，其复杂的信号模型和处理算法不便于***的设计和实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法，无论目标的速度是否在盲速带上都能对RFT输出中的盲速旁瓣进行抑制，降低***的虚警率，提高目标的检测概率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法，包括以下步骤：

1)雷达***交替发射三个不同PRI的线性调频信号，接收雷达回波信号，并对雷达回波信号进行解调和脉冲压缩；

2)根据RFT变换的原理，分别对三个PRI对应的解调和脉冲压缩后的雷达回波信号做RFT处理，得到三组长时间相参积累的速度-距离二维结果；

3)对三组RFT结果做两两取最小值处理，得到三组取最小值结果；

4)对三组取最小值结果做取最大值处理，得到最终的处理结果，实现盲速旁瓣的抑制。

步骤1)中，雷达***发射的线性调频信号为s_t(t)，接收雷达回波信号为s_r(t,τ)，其中τ＝2r(t_m)/c为目标信号时延，r(t_m)＝r₀+v₀t_m，r₀和v₀分别为目标的初始距离和速度，t为快时间，t_m为慢时间；对雷达回波信号进行解调和脉冲压缩得到s_pc(t,t_m)，其中，m＝0,1,2,...N_m-1为慢时间积累周期数，A_r为雷达回波信号的幅度，c为光速，B为发射信号带宽，f_c为载频频率。

步骤1)中，对于发射信号中的三个不同PRI，即T₁、T₂和T₃，其对应的盲速分别是v_b1、v_b2和v_b3，设T₁＞T₂＞T₃，且T₃已知，根据盲速旁瓣的分布特性，得到T₁和T₂的范围是：

其中，k＝0,±1,±2,...±k_max为盲速模糊度，根据***的最大测量速度v_max和最大盲速v_b3得到k_max＝ceil(v_max/v_b3)，ceil(·)为向上取整；Δv_BSSL(k,T_r)＝λ²|k|/2ΔrT_r为盲速旁瓣的速度分辨率，T_r为发射信号的PRI，λ为雷达回波信号波长，Δr＝c/2B为雷达***的距离分辨率。

步骤2)中，对三个PRI对应的雷达回波信号做RFT处理，得到三组长时间相参积累的速度-距离二维结果的具体过程为：将步骤1)得到的三个PRI对应的解调和脉冲压缩后的回波信号分别代入RFT的表达式其中f_d为雷达回波信号的多普勒频率，最终得到三组RFT处理结果分别是G₁(r,v)、G₂(r,v)和G₃(r,v)。

步骤3)中，对三组RFT结果做两两取最小值处理，得到三组取最小值结果如下：该结果中盲速旁瓣已经被滤除。

步骤4)中，对得到的三组取最小值结果做取最大值处理，得到如下结果：

G₁₂₃(r,v)＝max(|G₁₂(r,v)|,|G₁₃(r,v)|,|G₂₃(r,v))，该结果保留了目标的主瓣信息。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明提供了一种拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法，针对RFT输出中存在盲速旁瓣，且现有抑制方法效果不好的问题，通过采用三个不同PRI的线性调频信号相联合的信号体制，根据同一目标在不同PRI的盲速旁瓣位置不同的关系，对RFT处理结果做相应的取最小值和最大值处理，实现了盲速旁瓣的抑制，降低了虚警概率，进而提高***检测概率。与传统的盲速旁瓣抑制方法相比，本方法适用范围更广，无论目标的速度是否等于盲速都能对盲速旁瓣进行抑制，同时算法简单，计算量小，便于工程实现。

附图说明

图1是本发明实施例的总体流程图。

图2是本发明实施例的三个PRI对应的RFT输出图。(a)G₁(r,v)；(b)G₂(r,v)；(c)G₃(r,v)；

图3是本发明实施例的三个RFT输出两两取最小值得到的结果图。(a)G₁₂(r,v)；(b)G₁₃(r,v)；(c)G₂₃(r,v)；

图4是本发明实施例的三个取最小值结果取最大值得到的结果图。

具体实施方式

参照附图1，本发明提出的一种拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法，具体通过以下步骤实现：

步骤1，雷达***交替发射三个不同PRI的线性调频信号，接收雷达回波信号，并对雷达回波信号进行解调和脉冲压缩。

本实施例中，雷达发射的线性调频信号为s_t(t)，接收的雷达回波信号为s_r(t,τ)，其中τ＝2r(t_m)/c为目标信号时延，r(t_m)＝r₀+v₀t_m，r₀和v₀分别为目标的初始距离和速度。其中，t_m＝mT_r指“慢时间”，m＝0,1,2,...N_m-1为慢时间积累周期数，T_r为脉冲重复时间。t＝nt_s指“快时间”，n＝0,1,2,...N_n-1为快时间采样点数，t_s为快时间采样间隔。

对回波信号进行解调和脉冲压缩得到

其中，A_r为雷达回波信号的幅度，c为光速，B为发射信号带宽，f_c为载频频率，A_rsinc(·)包含了信号的包络信息，指数项包含了目标的距离和多普勒相位信息。

对于发射信号中的三个不同PRI，分别是T₁、T₂和T₃，其对应的盲速分别是v_b1、v_b2和v_b3，假设T₁＞T₂＞T₃，且T₃已知，根据盲速旁瓣的分布特性，可以得到T₁和T₂的范围是

其中，k＝0,±1,±2,...±k_max为盲速模糊度，根据***的最大测量速度v_max和最大盲速v_b3得到k_max＝ceil(v_max/v_b3)，ceil(·)为向上取整。Δv_BSSL(k,T_r)＝λ²|k|/2ΔrT_r为盲速旁瓣的速度分辨率，T_r为发射信号的PRI，λ为雷达信号波长，Δr＝c/2B为雷达***的距离分辨率。

本实施例中，采用的参数为：雷达***的中心频率处于X波段，信号带宽为10MHz，距离分辨率为15m，每个相干处理间隔包含90个脉冲，同一RPI对应的处理时间间隔是2.16s。已知的第三个PRI为T₃＝0.873ms，盲速v_b3＝16.5m/s，***的最大测量速度v_max＝30m/s，由此可得最大模糊度k_max＝2。根据以上分析的三个PRI之间的关系，可以设T₁＝1.127ms、T₂＝1ms，那么相对应的盲速分别为v_b1＝12.5m/s、v_b2＝14.5m/s。设定目标的距离3000m，目标以14.5m/s的速度向雷达***运动。

步骤2，根据RFT变换的原理，分别对三个PRI对应的雷达回波信号做RFT处理，得到三组长时间相参积累的速度-距离二维结果。

本实施例中，将步骤1得到的三个PRI对应的解调和脉冲压缩后的回波信号分别代入RFT的表达式

其中，f_d为雷达回波信号的多普勒频率，最终得到三组RFT处理结果分别是G₁(r,v)、G₂(r,v)和G₃(r,v)，具体如附图2的(a)、图2的(b)、图2的(c)所示。由于目标的运动速度与第二个PRI对应的盲速相同，目标主瓣和盲速旁瓣都被多普勒滤波器滤除，所以附图2的(b)中没有目标主瓣和盲速旁瓣，而第一个PRI和第三个PRI对应的RFT输出结果中有目标主瓣和盲速旁瓣，具体图附图2的(a)、图2的(c)。

步骤3，根据同一目标的盲速旁瓣在不同的PRI的RFT输出中位置不同的原理，对三组RFT结果做两两取最小值处理，得到三组取最小值结果。

本实施例中，对步骤2得到的三组RFT输出结果做两两取最小值操作，得到三组最小值结果，分别是：

G₁₂(r,v)＝min(|G₁(r,v)|,|G₂(r,v)|)

G₁₃(r,v)＝min(|G₁(r,v)|,|G₃(r,v)|)

G₂₃(r,v)＝min(|G₂(r,v)|,|G₃(r,v)|)

其中，三种PRI对应的RFT输出是相邻的关系，每组驻留时间比较短，因此可以忽略不同PFT之间的距离走动，认为三组PRI的主瓣位置相同。而盲速旁瓣的位置与盲速的大小有关，三组PRI的盲速不同，所以盲速旁瓣的位置也不同，可以通过对RFT输出结果做两两取最小值操作，抑制盲速旁瓣，保留目标主瓣。得到的三组取最小值结果G₁₂(r,v)、G₁₃(r,v)和G₂₃(r,v)如附图3中的(a)、(b)、(c)所示。由于第二个PRI对应的RFT输出G₂(r,v)中没有目标主瓣和盲速旁瓣，所以分别于G₁(r,v)、G₃(r,v)取最小值之后得到的结果G₁₂(r,v)和G₂₃(r,v)中没有目标主瓣和盲速旁瓣。而G₁(r,v)和G₃(r,v)得到的取最小值结果G₁₃(r,v)将目标主瓣保留，同时抑制了盲速旁瓣。

步骤4，对三组取最小值结果做取最大值处理，得到最终的处理结果，实现盲速旁瓣的抑制。

本实施例中，对步骤3得到的三组取最小值结果做取最大值处理得到

G₁₂₃(r,v)＝max(|G₁₂(r,v)|,|G₁₃(r,v)|,|G₂₃(r,v|))

对于目标的运动速度不在三个PRI对应的盲速带上的情况，即v(k)≠kv_b时，步骤3的三组取最小值的结果中都有目标的主瓣信息，而盲速旁瓣被抑制，目标可以很好的被检测出来。但是，当目标的运动速度在三个PRI中的某一个盲速带上，即v(k)＝kv_b时，该目标会被相应PRI的多普勒滤波器当作静止目标滤除。由于这里有三组取最小值结果，通过取最小值操作后仍会有一组结果中有目标主瓣信息，此时对三组取最小值结果G₁₂(r,v)、G₁₃(r,v)和G₂₃(r,v)做取最大值处理，由此便可以保留目标的主瓣，进而得到目标的真实距离速度信息。

该结果如附图4所示，由图可知，通过对三个最小值结果做取最大值处理，G₁₃(r,v)中的目标主瓣得到了保留，避免了盲速旁瓣的影响，便于进行目标检测。

Claims (6)

1.一种拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)雷达***交替发射三个不同PRI的线性调频信号，接收雷达回波信号，并对雷达回波信号进行解调和脉冲压缩；

2)根据RFT变换的原理，分别对三个PRI对应的解调和脉冲压缩后的雷达回波信号做RFT处理，得到三组长时间相参积累的速度-距离二维结果；

3)对三组RFT结果做两两取最小值处理，得到三组取最小值结果；

4)对三组取最小值结果做取最大值处理，得到最终的处理结果，实现盲速旁瓣的抑制。

2.根据权利要求1所述的拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法，其特征在于，步骤1)中，雷达***发射的线性调频信号为s_t(t)，接收雷达回波信号为s_r(t,τ)，其中τ＝2r(t_m)/c为目标信号时延，r(t_m)＝r₀+v₀t_m，r₀和v₀分别为目标的初始距离和速度，t为快时间，t_m为慢时间；对雷达回波信号进行解调和脉冲压缩得到s_pc(t,t_m)，其中，m＝0,1,2,...N_m-1为慢时间积累周期数，A_r为雷达回波信号的幅度，c为光速，B为发射信号带宽，f_c为载频频率。

3.根据权利要求2所述的拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法，其特征在于，步骤1)中，对于发射信号中的三个不同PRI，即T₁、T₂和T₃，其对应的盲速分别是v_b1、v_b2和v_b3，设T₁＞T₂＞T₃，且T₃已知，根据盲速旁瓣的分布特性，得到T₁和T₂的范围是：

其中，k＝0,±1,±2,...±k_max为盲速模糊度，根据***的最大测量速度v_max和最大盲速v_b3得到k_max＝ceil(v_max/v_b3)，ceil(·)为向上取整；Δv_BSSL(k,T_r)＝λ²|k|/2ΔrT_r为盲速旁瓣的速度分辨率，T_r为发射信号的PRI，λ为雷达回波信号波长，Δr＝c/2B为雷达***的距离分辨率。

4.根据权利要求3所述的拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法，其特征在于，步骤2)中，对三个PRI对应的雷达回波信号做RFT处理，得到三组长时间相参积累的速度-距离二维结果的具体过程为：将步骤1)得到的三个PRI对应的解调和脉冲压缩后的雷达回波信号分别代入RFT的表达式其中f_d为雷达回波信号的多普勒频率，最终得到三组RFT处理结果分别是G₁(r,v)、G₂(r,v)和G₃(r,v)。

5.根据权利要求4所述的拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法，其特征在于，步骤3)中，对三组RFT结果做两两取最小值处理，得到三组取最小值结果如下：

该结果中盲速旁瓣已经被滤除。

6.根据权利要求5所述的拉登傅里叶变换盲速旁瓣抑制方法，其特征在于，步骤4)中，对得到的三组取最小值结果做取最大值处理，得到如下结果：

G₁₂₃(r,v)＝max(|G₁₂(r,v)|,|G₁₃(r,v)|,|G₂₃(r,v)|)，该结果保留了目标的主瓣信息。