CN113820678B - 一种外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法，包括：利用外辐射源雷达获得来自跳频信号发射源的目标回波信号与参考信号；设置速度搜索与补偿区间和目标回波信号需要滑动的距离单元的数量，继而进行参数初始化；对目标回波信号进行滑动处理；构造速度补偿向量并利用速度补偿向量对滑动不同距离单元后的目标回波信号进行速度补偿；使用参考信号对滑动不同距离单元下不同速度补偿后目标回波信号分别进行匹配滤波，对匹配滤波后的目标回波信号的第一个距离单元进行脉冲相参合成，获得多个信号序列并进行重新拼接。本发明通过结合R‑D处理和脉冲相参合成的方法，能够对脉冲能量进行相参累积的同时合成目标的不模糊高分辨率距离像。
Description
技术领域
本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法。
背景技术
外辐射源雷达自身不向外辐射电磁信号，而是利用空间中已经存在的辐射源信号作为照射源，对空中的目标进行探测、定位和跟踪。由于外辐射源雷达不向外辐射电磁信号，很难被敌方雷达发现，故其抗干扰和生存能力都比传统雷达强；此外由于其拥有被动探测、结构简单、成本低廉等优势，因此受到更为广泛的关注。在实际应用场景中，由于单个脉冲能量有限，为提高检测概率，雷达需对一个脉组内的多个脉冲进行相参积累或非相参积累。非相参积累是一种常用的能量积累方式，但非相参积累的增益一般小于相参积累，故非相参积累并不是最佳的长时间积累方式。
针对跳频信号的相参积累，主要存在两个方面的问题：
第一，除相对雷达站的运动速度外，目标回波的多普勒频率还与辐射源信号的波长有关。当辐射源信号的载频和目标运动速度均恒定时，目标回波的多普勒频率在积累时间内保持不变，目标峰值将会出现在与回波的多普勒频率相同的多普勒滤波器中。而跳频信号的载频随着每个脉冲随机跳变，接收目标回波的多普勒频率也会随之同步变化，进而使得回波的能量扩散至多个多普勒单元内，无法实现有效相参积累。
第二，捷变频信号通过多个脉冲的相参合成处理实现高距离分辨率。但载频的随机跳变使得与目标初始距离耦合的相位项不再相参，导致传统方法无法对目标进行脉冲相参合成。此外，高重频跳频信号在进行脉压处理时，不可避免地存在距离模糊的问题，即目标回波的时延可能超过一个脉冲重复周期，使得目标真实位置偏移。
综上所述，针对外辐射源模式下，不管是从能量积累的角度，还是高分辨率的角度，实现对跳频信号的相参积累具有重大意义，有必要对其进行相参积累。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法，包括：
步骤1：利用外辐射源雷达获得来自跳频信号发射源的目标回波信号与参考信号；
步骤2：设置速度搜索与补偿区间，并设置目标回波信号需要滑动的距离单元的数量，继而进行参数初始化；
步骤3：对所述目标回波信号进行多次滑动处理，分别获得滑动不同距离单元后的目标回波信号；
步骤4：构造速度补偿向量并利用所述速度补偿向量对所述滑动不同距离单元后的目标回波信号进行速度补偿，获得滑动不同距离单元下不同速度补偿的目标回波信号；
步骤5：利用所述参考信号对滑动不同距离单元下不同速度补偿的目标回波信号分别进行匹配滤波，并根据跳频图案改造IDFT的旋转因子，对匹配滤波后的目标回波信号的第一个距离单元进行脉冲相参合成，获得多个信号序列；
步骤6：对所述多个信号序列进行重新拼接，实现跳频信号的相参积累。
在本发明的一个实施例中，所述步骤1包括：
步骤1.1：建立双基地观测模型，其中，跳频信号辐射源设置于外辐射源雷达接收站的远场，所述外辐射源雷达接收站包括目标监测天线和参考天线；
步骤1.2：利用所述参考天线获得参考信号；
步骤1.3：利用所述目标监测天线获得来自运动目标的目标回波信号。
在本发明的一个实施例中，所述参考信号的第k个脉冲周期为：
其中，k为脉冲的索引，t为信号的快时间，Aref为参考信号第k个脉冲的复包络，表示第k个脉冲的载频，τ0为参考信号的延时，nref(t)为参考天线内部的热噪声。
在本发明的一个实施例中，多个目标回波信号叠加后第k个周期的信号为：
其中，p为目标的索引，Ap为第p个目标回波信号的复幅度，smsk,k(t)为第k个发射信号脉冲的基带信号，τp＝(2Rp-Vpt)/c为第p个目标回波信号的时延，Rp为第p个目标的初始双基地距离，Vp为第p个目标的速度，c表示光速。
在本发明的一个实施例中，所述步骤2包括：
步骤2.1：根据信号积累时间确定速度搜索与补偿区间并进行初始化；
步骤2.2：根据最远探测距离需求设定需要滑动的距离单元数量并进行初始化；
步骤2.3：将所述参考信号排列成快时间与慢时间的形式。
在本发明的一个实施例中，所述步骤3包括：
步骤3.1：设定第n个距离滑动单位为nΔτ，则第n次距离滑动后的目标回波信号为：
其中，Δτ＝1/fS，fs为采样频率；
步骤3.2：经过N次距离滑动单位滑动，共得到N路滑动后的目标回波信号，其中，N表示距离单元数量。
在本发明的一个实施例中，所述步骤4包括：
步骤4.1：设定当前的速度补偿单位为mΔV，根据跳频图案构造第一速度补偿向量：
其中，表示第k个脉冲的载频，m表示速度搜索单元的索引，ΔV表示速度分辨率；
步骤4.2：对所述第一速度补偿向量进行扩充，获得第二速度补偿向量：
其中，INr×1＝[1,1,…,1]T，Nr＝Tr×fS，Tr为脉冲重复周期，表示克罗内克积，L为信号的总长度；
步骤4.3：构造时间向量：
TL×1＝[0,Ts,2Ts,...,(KNp-1)Ts]T，
其中，Ts表示采样间隔；
步骤4.4：将第二速度补偿向量V′与所述时间向量T进行哈达玛积，获得第三速度补偿向量：
VL×1＝V′L×1⊙TL×1
步骤4.5：将所述第三速度补偿向量转换到相位域中，获得转换后的相位域速度补偿向量；
步骤4.6：利用所述相位域速度补偿向量对不同距离单元滑动后的目标回波信号进行速度搜索与补偿，获得2M×N路补偿后的信号，其中，2M为速度搜索次数，N为距离单元数量。
在本发明的一个实施例中，所述步骤5包括：
步骤5.1：利用所述参考信号对所述补偿后的信号进行匹配滤波；
步骤5.2：根据跳频图案改造IDFT的旋转因子，在慢时间维对匹配滤波后的目标回波信号的第一个距离单元进行脉冲相参合成，获取关于目标的一维高分辨率距离像；
步骤5.3：对速度补偿进程进行判断：当速度搜索单元的索引m不满足条件m≥M时，对m进行累加操作，即m＝m+1，并重复步骤4至步骤5.2，当速度搜索单元的索引m满足条件m≥M时，完成整个速度搜索与补偿区间的搜索和距离单元的滑动处理，进入步骤5.4；
步骤5.4：对距离滑动进程进行判断：当距离单元的索引n不满足条件n≥N-1时，对n进行累加操作，即n＝n+1，并重复步骤至步骤5.3，当距离单元的索引n满足条件n≥N-1时，初始化参数，令n＝0，并进入步骤6。在本发明的一个实施例中，所述步骤6包括：
按照速度补偿与距离单元滑动的顺序对序列进行重新拼接，得到对于多个运动目标的距离-速度二维图像，实现对来自跳频信号发射源的目标回波信号的相参积累。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法通过将R-D(距离-多普勒)处理中滑动的思想和脉冲相参积累结合，解决了高重频所带来的距离模糊问题，能够对脉冲能量进行相参累积的同时合成目标的不模糊高分辨率距离像。
2、本发明的外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法在对跳频信号进行相参处理时不需要提前对目标进行测速，从而避免了速度测量对目标回波信号的高信噪比要求，使得外辐射源雷达可以工作在信噪比不理想的环境下，具有更高的鲁棒性。
3、本发明可对多个运动目标同时进行探测，通过相参积累得到对多个运动目标的多普勒信息和高分辨率距离信息，而现有的一些脉冲相参合成方法都局限在先测速后定位的框架下，且只能对单个目标进行探测，本发明的适用条件更优于现有的跳频信号相参积累方法。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种外辐射源雷达的应用场景示意图；
图3是本发明实施例提供的一种外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法的详细流程图；
图4是利用本发明实施例提供的方法对跳频信号的脉冲相参合成方法示意图；
图5是利用本发明实施例提供的方法对具有高重频特性的跳频信号的解距离模糊方法示意图；
图6是传统MTD(Moving Target Detection,动目标显示)方法所得的检测结果图，图中横坐标为双基地距离(单位：m)，纵坐标为速度(单位：m/s)；
图7是引入本发明所提供的解距离模糊方法后的MTD结果所得检测结果图；
图8a至图8c是利用本发明实施例的方法对跳频信号进行相参积累所得的检测结果图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例一
请参见图1和图3，该相参积累方法包括：
步骤1：利用外辐射源雷达获得来自跳频信号发射源的目标回波信号与参考信号。
具体地，建立双基地观测模型，请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种外辐射源雷达的应用场景示意图。第三方辐射源，即跳频信号辐射源设置于外辐射源雷达接收站的远场作为发射站发射电磁波信号。所述外辐射源雷达接收站包括目标监测天线和参考天线，目标回波通道采用基于信道化的接收技术，即将跳频带宽均匀的划分成若干个子带，然后对每个子带分别进行下变频及采样处理得到基带信号。参考天线也被成为参考通道，参考通道采用窄带接收的方式，即通过跳频信号同步头进行同步，然后根据跳频图案将宽带跳频信号分时下变频到基带。
跳频信号辐射源发出的电磁波信号照射在观测区中的运动目标上形成反射波(通常称为目标回波信号)，同时，跳频信号辐射源发射的部分电磁波信号会直接照射在外辐射源雷达上形成直达波信号(也称参考信号)。外辐射源雷达通过天线阵列的接收通道接收目标反射的目标回波信号，通过天线阵列的参考通道接收直达波信号，使用雷达信号处理算法对目标回波信号和直达波信号进行处理，从而得到目标的速度、距离、方位等信息。
在本实施例中，跳频信号辐射源的发射信号为最小频移键控(Minimum ShiftKeying，MSK)调制的脉冲信号，每个脉冲信号的调制信息和载频均不相同。则该发射信号的第k个周期可表示为：
其中，k为脉冲的索引，t为信号的快时间，smsk,k(t)为第k个发射信号脉冲的基带信号，ω0为第一个脉冲的载频，Δω为频率步进单位，ζk为第k个脉冲的随机步进单位，即跳频图案。Tp为脉冲宽度，Tr为脉冲重复周期。
进一步地，所述外辐射源雷达接收站采用基于信道化的接收技术来接收信号，即通过将跳频带宽均匀划分成若干个子带，然后对每个子带进行下变频及采样处理得到基带信号，最终参考通道接收到的直达波基带信号的第k个周期可表示为：
其中，Aref为参考信号第k个脉冲的复包络，表示第k个脉冲的载频，τ0为参考信号的延时，nref(t)为参考天线内部的热噪声。
相应地，回波通道接收到的信号经过下变频等操作后所得基带信号可表示为：
ssur(t)＝starget(t)+sclutter(t)+nsur(t)
其中，starget(t)为目标反射的回波信号，scultter(t)为回波通道的直达波干扰与多径杂波，nsur(t)为监视天线内部的热噪声。热噪声在信号相参积累结果中体现为噪底平台，不会与脉冲信号在相参过程中产生交叉项。经过杂波抑制等手段后，得到较为纯净的目标回波信号。此时回波通道的剩余信号可表示为：
srem(t)＝starget(t)+nsur(t)
更为详细地，回波通道中多个目标回波信号叠加后第k个周期可表示为：
其中，p为目标的索引，Ap为第p个目标回波信号的复幅度，τp＝(2Rp-Vpt)/c为第p个目标回波信号的时延，Rp为第p个目标的初始双基地距离，Vp为第p个目标的速度，c表示光速。需要说明的是，由于目标的运动，针对每个目标的回波信号，时延τp随着每个采样点都在变化，此项须在脉冲相参合成过程前进行补偿；但在不考虑距离走动的情况下，τp在信号复包络中的影响可忽略不计。
步骤2：设置速度搜索与补偿区间，并设置目标回波信号需要滑动的距离单元的数量，继而进行参数初始化。
在本实施例中，步骤2具体包括：
步骤2.1：根据信号积累时间确定速度搜索与补偿区间并进行初始化。
具体地，以一个脉组的跳频信号为相参积累对象，其脉冲重复周期为Tr，一个脉组共K个脉冲，则其积累时间为TrK，对应最小多普勒分辨率Δfd＝1/TrK，速度分辨率ΔV＝λΔfd/2，设置最小速度分辨率为速度补偿步长。根据目标速度范围区间，共进行2M次的速度搜索，即设定-(M-1)ΔV～MΔV的速度搜索与补偿区间。并初始化参数，令当前速度搜索单元的索引m＝-(M-1)。
步骤2.2：根据最远探测距离需求设定需要滑动的距离单元数量并进行初始化。
具体地，在采样频率为fs的情况下，相邻两个距离单元所代表的距离差为Δd＝c/2fs，对应时间差为Δτ＝1/fS。在最大探测距离为D的情况下，根据距离公式得到需要滑动的距离单元数量N＝2D/cTs，Ts表示采样间隔。并初始化参数，令n＝0。
步骤2.3：将参考信号排列成快时间与慢时间的形式。
参考通道具有理想的信噪比，可以清晰地分辨信号的起始与复包络，以脉组内第一个脉冲的上升沿为起点，每经历Trfs个采样点截取出一个脉冲，排列成快时间与慢时间的形式，并将截取时间点进行存储，用于后续目标回波信号的截取。
步骤3：对所述目标回波信号进行多次滑动处理，分别获得滑动不同距离单元后的目标回波信号。
具体地，设定当前的距离滑动单位为nΔτ，其中，n表示距离滑动的索引，即第n次距离滑动。则滑动后的目标回波信号可表示为：
可得经过距离单元滑动，共得到N路滑动后的目标回波信号。
步骤4：构造速度补偿向量并利用所述速度补偿向量对所述滑动不同距离单元后的目标回波信号进行速度补偿，获得滑动不同距离单元下不同速度补偿的目标回波信号。
设定当前的速度补偿单位为mΔV，根据跳频图案构造第一速度补偿向量：
此时的速度补偿向量的长度与信号长度不匹配，故还需进行扩充，设定扩充向量：
INr×1＝[1,1,…,1]T
其中，Nr＝Tr×fS，Tr为脉冲重复周期，fs为采样频率，两项相乘即为单个脉冲的采样点数。将第一速度补偿向量V″与上述扩充向量I进行克罗内克积，获得第二速度补偿向量：
其中，L为信号的总长度，此时的第二速度补偿向量还不包含时间信息，由于多普勒频率是相对的，即体现为采样点之间的相对关系，故构造如下所示的时间向量：
TL×1＝[0,Ts,2Ts,...,(KNp-1)Ts]T，
其中，Ts表示采样间隔，Ts＝1/fs。
随后，将第二速度补偿向量V′与时间向量T进行哈达玛积，获得第三速度补偿向量：
VL×1＝V′L×1⊙TL×1
在信号的相位项中对速度进行补偿，此时将第三速度补偿向量转换到相位域中，转换后的相位域速度补偿向量如所示：
将滑动后的目标回波信号与所述相位域速度补偿向量进行点乘：
经过对不同距离单元滑动后的目标回波信号进行速度搜索与补偿，共可得到2M×N路的信号。
可得只有速度搜索值与第p个目标的速度完全匹配时，由速度引起的相位项可完全被消除。同时只有距离单元滑动大小与第p个目标回波信号相对于参考信号的时延完全匹配时，两路信号的复包络可对齐。
速度补偿完成后的目标回波信号仍然为连续波信号，还需以快时间与慢时间的形式进行重新排列，将步骤2.3存储的时间点进行提取，以对应时间点截取目标回波信号。
步骤5：利用所述参考信号对滑动不同距离单元下不同速度补偿的目标回波信号分别进行匹配滤波，并根据跳频图案改造IDFT的旋转因子，对匹配滤波后的目标回波信号的第一个距离单元进行脉冲相参合成，获得多个信号序列，如图4所示。
具体地，步骤5包括：
步骤5.1：如图4所示，利用参考信号对步骤4所得多个补偿后的信号进行匹配滤波操作。
步骤5.2：根据跳频图案改造IDFT的旋转因子，在慢时间维对匹配滤波后的目标回波信号的第一个距离单元进行脉冲相参合成，获取关于目标的一维高分辨率距离像：
其中，K为脉冲个数，tk为目标回波信号经过快慢时间排列后的慢时间，为信号在宽带概念下的距离分辨率，可得当第l个距离分辨单元的理论相位值和回波相位匹配时信号就会相干叠加，输出峰值。
进一步地，步骤5.2的详细实现步骤包括：
(b1)设定索引l，其范围为1～N_IDFT，N_IDFT为IDFT点数，在本实施例中，IDFT点数N_IFDT与脉冲个数K相等。另外设定索引k，其范围为1～K。
(b2)根据跳频图案改造IDFT的旋转因子，令索引k＝1，执行如下操作获得改造后的旋转因子：
其中，ζk为跳频图案，存储改造后的旋转因子Wn(k)，并令k＝k+1，直至遍历整个索引范围1～K。为减轻计算量，需要在IDFT计算中的循环过程之前构造旋转因子。
(b3)令l＝1～N_IDFT，构造向量Hn-m，并嵌套循环，令k＝1～K，进行如下赋值：
其中，当遍历整个循环区间时，向量Hn-m即速度搜索为mΔV、滑动距离单元为nΔτ下的一维高分辨距离像。
(b4)将当前速度补偿和距离单元滑动下的脉冲相参合成结果所得向量Hn-m进行截取，命名为“序列n-m”并储存。
需要说明的是，在慢时间维只对第一个距离单元进行IDFT操作，此举不仅是为了减少计算量，更是从信号能量的角度进行考虑：在高重频模式下，单次滑动一个距离单元可以保证第p个目标回波的匹配滤波结果峰值出现第一个距离门时保持最大能量，故本发明实施例中每次只滑动一个距离单元，也只对第一个距离单元进行IDFT和截取操作。
步骤5.3：对速度补偿进程进行判断：当速度搜索单元的索引m不满足条件m≥M时，对m进行累加操作，即m＝m+1，并重复步骤4至步骤5.2，当速度搜索单元的索引m满足条件m≥M时，完成整个速度搜索与补偿区间的搜索和距离单元的滑动处理，进入步骤5.4。
步骤5.4：对距离滑动进程进行判断：当距离单元的索引n不满足条件n≥N-1时，对n进行累加操作，即n＝n+1，并重复步骤至步骤5.3；当距离单元的索引n满足条件n≥N-1时，初始化参数，令n＝0，并进入步骤6。
步骤6：解距离模糊。当完成整个速度区间的搜索和距离单元滑动处理，最终共得到2M×N路的序列。按照速度补偿与距离门滑动的顺序对所述多个信号序列进行重新拼接，得到对于多个运动目标的“高分辨率距离-速度”二维图像，最终实现对跳频信号的相参积累。步骤6至步骤8的操作如附图5所示。
进一步地，本发明实施例的外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法的效果可通过以下仿真进一步说明。
1)实验条件
具体实验场景可参照图1，本实施例实验中信号处理平台为MATLAB，利用仿真跳频信号对本实施例方法的性能进行验证，信号的载频f0＝1GHz，带宽为250MHz，单个脉冲瞬时带宽为5MHz，相邻两个载频的最小频差为50MHz，通过信道化接收方式，对单个脉冲的实际采样率为5MHz。信号脉冲重复周期为13us，脉宽为6.4us，休止期6.6us，一个脉组内共444个脉冲。
探测区内共3个运动目标，其双基地距离与速度分别为：(1066m，-51m/s)、(1555m，129m/s)、(2577m，77m/s)，其信噪比均为-20dB。
2)实验内容
实验内容可分为以下三个部分：
①使用传统MTD方法：相同频率的脉冲信号进行相参处理后，将不同频率组相参处理结果进行视频累加，即相参处理与非相参处理结合的方式进行目标探测。将检测结果绘制于距离(X轴)-速度(Y轴)-归一化幅度(Z轴)构成的三维坐标系中，同时标定出其中较明显的尖峰(也即检测得到的目标的信息)。
②使用传统MTD与解距离模糊结合的方法：相参处理与非相参处理结合的方式进行目标探测，但同时也引入本发明实施例所提供的解距离模糊方法，即通过滑动目标回波信号进行解距离模糊。将检测结果绘制于距离(X轴)-速度(Y轴)-归一化幅度(Z轴)构成的三维坐标系中，同时标定出其中较明显的尖峰(也即检测得到的目标的信息)。
③使用本发明实施例提供方法对跳频信号进行相参积累，即通过速度搜索与距离门滑动结合，并改造IDFT旋转因子，进行脉冲相参合成的方法得到目标的高分辨率距离信息。设定速度搜索区间为：-363～389m/s，共滑动100个距离单元，即理论探测距离为3000m，并将检测结果绘制于距离(X轴)-速度(Y轴)-归一化幅度(Z轴)构成的三维坐标系中，同时标定出其中较明显的尖峰(也即检测得到的目标的信息)。
3)实验结果分析
请参见图6，图6是传统MTD方法(实验内容第①部分)所得的检测结果图，其中，横坐标为双基地距离(单位：m)，纵坐标为速度(单位：m/s)。从图6可以看出，图中存在一个尖峰，其坐标为(90m，-51.98m/s,0dB)，由先验信息可得其为第一个目标，但由于其双基地距离已经超过脉冲休止期6.6us所对应的双基地距离，故其出现在第3个距离单元，即距离模糊现象，且其峰值仅高出噪底平台约5dB。对于目标2与目标3，由于其双基地距离已经接近或超出一个脉冲重复间隔所对应的双基地距离，已经无法进行有效的匹配滤波，无法被检测。
请参见图7，图7是引入本发明所提供的解距离模糊方法后的MTD结果所得检测结果图，图中横坐标为双基地距离(单位：m)，纵坐标为速度(单位：m/s)，也就是仿真实验第②部分仿真内容的检测结果图。从图7中可以看出，本发明实施例所提供的解距离模糊方法可以对信号进行有效解模糊，图中存在三个尖峰，其坐标为(1080m，-51.98m/s)、(1560m，-155.93m/s)、(2580m，-77.96m/s)，对比前述场景设置中待检测目标的参数，发现该坐标对应的参数与待检测目标的设置参数一致。但由于使用的是相参与非相参的结合方法，故三个目标的峰值均比噪底平台高出约5dB。且由于对信号的相参积累使用了MTD的方式，其只能得到窄带信号概念下的分辨率，无法得到目标的高距离分辨率信息。
请参见图8a至图8c，图8a至图8c是利用本发明实施例的方法对跳频信号进行相参积累所得的检测结果图，即仿真实验第③部分仿真内容的检测结果图。其中，图8a为“距离-速度”图的3D视图，x轴为双基地距离(单位:m)，y轴为速度(单位：m/s)，z轴为归一化的幅度(单位：dB)；图8b为距离维的检测结果图，横坐标为双基地距离(单位：m)；图8c为多普勒维的检测结果图，横坐标为速度(单位：m/s)。从图7中可以看出，图中存在三个明显的尖峰，坐标为(1065.81m，-51.9769m/s)、(1554.8m，129.942m/s)、(2576.82m，77.9653m/s)，对比前述场景设置中待检测目标的参数，发现该坐标对应的参数与待检测目标的设置参数一致，且均比噪底平台高出约10dB。同时，图中除了该明显尖峰之外没有副峰。可以得出，利用本发明实施例所述方法能够有效检测出目标，且不存距离模糊。
综上，本实施例的外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法通过结合R-D处理和脉冲相参合成的方法，，解决了高重频所带来的距离模糊问题，能够对脉冲能量进行相参累积的同时合成目标的不模糊高分辨率距离像；在对跳频信号进行相参处理时不需要提前对目标进行测速，从而避免了速度测量对目标回波信号的高信噪比要求，使得外辐射源雷达可以工作在信噪比不理想的环境下，具有更高的鲁棒性；本实施例的方法可对多个运动目标同时进行探测，通过相参积累得到对多个运动目标的多普勒信息和高分辨率距离信息，而现有的一些脉冲相参合成方法都局限在先测速后定位的框架下，且只能对单个目标进行探测，本发明的适用条件更优于现有的跳频信号相参积累方法。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法，其特征在于，包括：
步骤1：利用外辐射源雷达获得来自跳频信号发射源的目标回波信号与参考信号；
步骤2：设置速度搜索与补偿区间，并设置目标回波信号需要滑动的距离单元的数量，继而进行参数初始化；
步骤3：对所述目标回波信号进行多次滑动处理，分别获得滑动不同距离单元后的目标回波信号；
步骤4：构造速度补偿向量并利用所述速度补偿向量对所述滑动不同距离单元后的目标回波信号进行速度补偿，获得滑动不同距离单元下不同速度补偿的目标回波信号；
步骤5：利用所述参考信号对滑动不同距离单元下不同速度补偿的目标回波信号分别进行匹配滤波，并根据跳频图案改造IDFT的旋转因子，对匹配滤波后的目标回波信号的第一个距离单元进行脉冲相参合成，获得多个信号序列；
步骤6：对所述多个信号序列进行重新拼接，实现跳频信号的相参积累；
所述步骤4包括：
步骤4.1：设定当前的速度补偿单位为mΔV，根据跳频图案构造第一速度补偿向量：
其中，表示第k个脉冲的载频，m表示速度搜索单元的索引，ΔV表示速度分辨率；
步骤4.2：对所述第一速度补偿向量进行扩充，获得第二速度补偿向量：
其中，Nr＝Tr×fS，Tr为脉冲重复周期，/>表示克罗内克积，L为信号的总长度；
步骤4.3：构造时间向量：
TL×1＝[0,Ts,2Ts,...,(KNp-1)Ts]T，
其中，Ts表示采样间隔，K表示脉冲数量，；
步骤4.4：将第二速度补偿向量V′与所述时间向量T进行哈达玛积，获得第三速度补偿向量：
VL×1＝V′L×1⊙TL×1
步骤4.5：将所述第三速度补偿向量转换到相位域中，获得转换后的相位域速度补偿向量；
步骤4.6：利用所述相位域速度补偿向量对不同距离单元滑动后的目标回波信号进行速度搜索与补偿，获得2M×N路补偿后的信号，其中，2M为速度搜索次数，N为距离单元数量；
所述步骤5包括：
步骤5.1：利用所述参考信号对所述补偿后的信号进行匹配滤波；
步骤5.2：根据跳频图案改造IDFT的旋转因子，在慢时间维对匹配滤波后的目标回波信号的第一个距离单元进行脉冲相参合成，获取关于目标的一维高分辨率距离像；
步骤5.3：对速度补偿进程进行判断：当速度搜索单元的索引m不满足条件m≥M时，对m进行累加操作，即m＝m+1，并重复步骤4至步骤5.2，当速度搜索单元的索引m满足条件m≥M时，完成整个速度搜索与补偿区间的搜索和距离单元的滑动处理，进入步骤5.4；
步骤5.4：对距离滑动进程进行判断：当距离单元的索引n不满足条件n≥N-1时，对n进行累加操作，即n＝n+1，并重复步骤至步骤5.3，当距离单元的索引n满足条件n≥N-1时，初始化参数，令n＝0，并进入步骤6。
2.根据权利要求1所述的外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤1.1：建立双基地观测模型，其中，跳频信号辐射源设置于外辐射源雷达接收站的远场，所述外辐射源雷达接收站包括目标监测天线和参考天线；
步骤1.2：利用所述参考天线获得参考信号；
步骤1.3：利用所述目标监测天线获得来自运动目标的目标回波信号。
3.根据权利要求2所述的外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法，其特征在于，所述参考信号的第k个脉冲周期为：
其中，k为脉冲的索引，t为信号的快时间，Aref为参考信号第k个脉冲的复包络，表示第k个脉冲的载频，τ0为参考信号的延时，nref(t)为参考天线内部的热噪声。
4.根据权利要求3所述的外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法，其特征在于，多个目标回波信号叠加后第k个周期的信号为：
其中，p为目标的索引，Ap为第p个目标回波信号的复幅度，smsk,k(t)为第k个发射信号脉冲的基带信号，τp＝(2Rp-Vpt)/c为第p个目标回波信号的时延，Rp为第p个目标的初始双基地距离，Vp为第p个目标的速度，c表示光速。
5.根据权利要求1所述的外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2.1：根据信号积累时间确定速度搜索与补偿区间并进行初始化；
步骤2.2：根据最远探测距离需求设定需要滑动的距离单元数量并进行初始化；
步骤2.3：将所述参考信号排列成快时间与慢时间的形式。
6.根据权利要求4所述的外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法，其特征在于，所述步骤3包括：
步骤3.1：设定第n个距离滑动单位为nΔτ，则第n次距离滑动后的目标回波信号为：
其中，Δτ＝1/fS，fs为采样频率；
步骤3.2：经过N次距离滑动单位滑动，共得到N路滑动后的目标回波信号，其中，N表示距离单元数量。
7.根据权利要求1所述的外辐射源雷达高重频跳频信号相参积累方法，其特征在于，所述步骤6包括：
按照速度补偿与距离单元滑动的顺序对序列进行重新拼接，得到对于多个运动目标的距离-速度二维图像，实现对来自跳频信号发射源的目标回波信号的相参积累。
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