申请/专利权人：西安电子科技大学

申请日：2021-08-30

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN113721216B

主分类号：G01S7/41

分类号：G01S7/41;G01S7/36

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2021.12.17#实质审查的生效;2021.11.30#公开

摘要：本发明属于雷达信号处理技术领域，公开了一种捷变相参雷达的目标检测波形优化与处理方法，包括以下步骤：步骤1，使用非线性调频信号波形优化捷变相参雷达的脉冲内基带信号波形；步骤2，基于优化波形后的捷变相参雷达建立回波模型并获取回波矩阵；步骤3，对优化波形后的捷变相参雷达进行脉冲压缩处理，获得脉冲压缩矩阵；步骤4，对优化波形后的捷变相参雷达进行相参处理，实现捷变相参雷达对目标检测性能的提升。本发明实现了在强杂波及强干扰环境下捷变相参雷达目标检测性能的提升，可有效对抗雷达的抗有源欺骗干扰和瞄准压制式干扰，可实现比非相参频率捷变雷达更远的探测距离，且采用相参积累算法具备更强的实时性。

主权项：1.一种捷变相参雷达的目标检测波形优化与处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，使用非线性调频信号波形优化捷变相参雷达的脉冲内基带信号波形；步骤1的子步骤为：子步骤1.1，确定待优化捷变相参雷达的脉冲内基带信号波形st分段表达式： 式2中，π为圆周率，ΔT为低调频率脉冲区间时长的一半，kl为子线性调频波形分量slt的线性调频斜率，kn为子非线性调频波形分量snt的调频斜率，t为时间，Tp为捷变相参雷达的脉冲宽度的一半，-Tp＜t＜-ΔT,ΔT＜t＜Tp时间区间为脉冲宽度内的高调频率脉冲区间，-ΔT＜t＜ΔT时间区间为脉冲宽度内的低调频率脉冲区间；具体的，定义st为捷变相参雷达的脉冲内基带波形，将待优化的捷变相参雷达的脉冲内基带信号波形st表示为子线性调频波形分量slt与子非线性调频波形分量snt之和的形式，即：st＝slt+snt；定义flt为slt的脉内基带频率变化函数，且满足如下表达式：flt＝klt,-Tp＜t＜Tp式1式1中，kl为子线性调频波形分量slt的线性调频斜率，Tp为捷变相参雷达的脉冲宽度的一半，t为时间；定义fnt为子非线性调频分量snt的脉内基带频率，且满足fnt＝knt+ΔT，-Tp＜t＜-ΔT；fnt＝knt-ΔT，ΔT＜t＜Tp；fnt＝0，-ΔT＜t＜ΔT；其中t为时间，kn为子非线性调频波形分量snt的调频斜率，定义-Tp＜t＜-ΔT,ΔT＜t＜Tp时间区间为脉冲宽度内的高调频率脉冲区间，-ΔT＜t＜ΔT为低调频率区间，ΔT为低调频率脉冲区间时长的一半，Tp为捷变相参雷达的脉冲宽度的一半；则得到待优化捷变相参雷达的脉冲内基带信号波形st分段表达式为： 式2中，π为圆周率，ΔT为低调频率脉冲区间时长的一半，kl为子线性调频波形分量slt的线性调频斜率，kn为子非线性调频波形分量snt的调频斜率，t为时间，Tp为捷变相参雷达的脉冲宽度的一半，-Tp＜t＜-ΔT,ΔT＜t＜Tp时间区间为脉冲宽度内的高调频率脉冲区间，-ΔT＜t＜ΔT时间区间为脉冲宽度内的低调频率脉冲区间；子步骤1.2，确定最优波形参数，即最优低调频率脉冲区间时长的一半ΔTopt＝ΔTiopt和最优子非线性调频波形分量调频斜率knopt＝kniopt；具体的，定义脉冲的带宽为B，kl＝BTP为子线性调频波形分量的调频率，定义匹配滤波输出的最大旁瓣为Ls，定义ΔTopt为最优低调频率区间时长的一半，knopt为最优子非线性调频波形分量调频斜率；根据上述参数，将最优波形参数设计问题定义为对式3的求解： 使用基于数值求解的方式对式3求解，定义低线性调频率区间占脉冲宽度的比例为从而将式3的优化问题转化为关于为自变量的优化求解问题；定义的取值集合为其中X为不同取值的个数，定义为的取值集合中的第j个值，j为索引值，基于公式得到低调频率脉冲区间时长的一半，ΔT的取值集合为：ΔT∈{ΔT1,ΔT2,ΔT3,...,ΔTH-1,ΔTH}，其中H为ΔT不同取值的个数，ΔTi为ΔT的取值集合里的第i个值，i为索引值；对每一个ΔTi执行子步骤1.2.1～1.26进行参数优化表达式的迭代求解；子步骤1.2.1，计算高调频率脉冲区间时长ΔTni：ΔTni＝Tp-2ΔTi式4子步骤1.2.2，计算高调频率调制带宽Δfn： 子步骤1.2.3，计算子非线性调频波形分量调频斜率kni： 子步骤1.2.4，将计算出的ΔTi和kni代入待优化捷变相参雷达的脉冲内基带波形st表达式，即式2，得到第i组于间隔时长ΔT和子非线性调频波形分量调频斜率kn下的待优化的捷变相参雷达脉内基带信号波形st的分段表达式为： 其中，π为圆周率，ΔTi为ΔT的取值集合里的第i个值，kl为线性调频斜率，kni为子非线性调频波形分量调频斜率的第i个取值，t为时间，Tp为捷变相参雷达的脉冲宽度的一半，-Tp＜t＜-ΔTi和ΔTi＜t＜Tp时间区间为在第i组ΔT取值下脉冲宽度内的高调频率脉冲区间，-ΔTi＜t＜ΔTi时间区间为在第i组ΔT取值下脉冲宽度内的低调频率脉冲区间；子步骤1.2.5，定义雷达回波信号为st-τ，其中τ为雷达发射脉冲经目标发射后回到雷达接收机的时延；定义雷达接收机匹配滤波处理所使用的窗函数为xt-τ，得到雷达系统中经过匹配滤波器后输出的脉冲压缩信号soutt,τ，如式8所示； 其中[]*表示共轭运算，∫[]dt表示做关于变量t的积分，∞表示无穷大，将第i组于间隔时长ΔT和子非线性调频波形分量调频斜率kn下的待优化的捷变相参雷达脉内基带信号波形st的表达式按式8进行脉冲压缩处理，将得到的脉冲压缩的结果记为ξit，取脉冲压缩后结果的最高旁瓣值为Lsi；子步骤1.2.6，记录ΔTi、kni、Lsi；子步骤1.2.7，按照索引i对Lsi进行比较，将Lsi值最小时所对应的i记为iopt，得到最优波形参数，即最优低调频率脉冲区间时长的一半ΔTopt＝ΔTiopt和最优子非线性调频波形分量调频斜率knopt＝kniopt；子步骤1.3，根据待优化的捷变相参雷达脉内基带信号波形st表达式和最优波形参数，得到优化后的捷变相参雷达脉内基带信号波形st的表达式： 式9中，π为圆周率，ΔTopt为最优低调频率脉冲区间时长的一半，knopt为最优子非线性调频波形分量调频斜率，t为时间，Tp为捷变相参雷达的脉冲宽度的一半，-Tp＜t＜-ΔTopt,ΔTopt＜t＜Tp时间区间为最优脉冲宽度内的高线性调频率区间，-ΔTopt＜t＜ΔTopt时间区间为最优脉冲宽度内的低线性调频率区间；步骤2，基于优化波形后的捷变相参雷达建立回波模型并获取回波矩阵；步骤2的子步骤为：假设捷变相参雷达在一个相参处理间隔内发射的脉冲个数为Q，则相参处理间隔内第q个脉冲的捷变相参雷达发射信号波形的分段表达式为： 式10中，π为圆周率，fq为第q个脉冲的载频，kl为子线性调频波形分量slt的线性调频斜率，ΔTopt为最优低调频率脉冲区间时长的一半，knopt为最优子非线性调频波形分量调频斜率，t为时间，Tp为捷变相参雷达的脉冲宽度的一半，-Tp＜t＜-ΔTopt,ΔTopt＜t＜Tp时间区间为最优脉冲宽度内的高线性调频率区间，-ΔTopt＜t＜ΔTopt时间区间为最优脉冲宽度内的低线性调频率区间；捷变相参雷达的回波信号由雷达天线接收，经过接收机的混频、滤波及放大处理后再经模拟数字转换器转化为数字信号，将所采集到的数字信号进行数字下变频处理得到复数形式的基带回波信号，将该复数信号存储于一个回波信号矩阵中，该矩阵的维度为Q×W，其中Q为一个相参处理间隔内发射的脉冲个数，W为单个脉冲回波的快时间域采样点数，以q为回波信号矩阵的行数索引，则第q个脉冲的捷变相参雷达的回波信号波形的分段表达式为： 式11中，j为虚数单位，pr为模拟数字转换器对一个脉冲的采样点数索引，即离散时间索引，τ为捷变相参雷达发射脉冲经目标发射后回到捷变相参雷达接收机的时延，π为圆周率，fq为第q个脉冲的载频，kl为子线性调频波形分量slt的线性调频斜率，ΔTopt为最优低调频率脉冲区间时长的一半，knopt为最优子非线性调频波形分量调频斜率，Tp为捷变相参雷达的脉冲宽度的一半，-Tp＜pr-τ＜-ΔTopt,ΔTopt＜pr-τ＜Tp时间区间为最优脉冲宽度内的高线性调频率区间，-ΔTopt＜pr-τ＜ΔTopt时间区间为最优脉冲宽度内的低线性调频率区间；步骤3，对优化波形后的捷变相参雷达进行脉冲压缩处理，获得脉冲压缩矩阵；步骤3的子步骤为：子步骤3.1，构建捷变相参雷达回波信号脉冲压缩的匹配滤波器hn，生成窗函数xn；具体地，构建捷变相参雷达回波信号脉冲压缩的匹配滤波器hn，其中hn＝sopt*-n，n为滤波器点数索引，soptn为优化后的捷变相参雷达脉冲内基带波形，*表示共轭运算，为了更好与捷变相参雷达的目标检测波形优化方法结合，实现对脉冲压缩旁瓣的压缩，生成窗函数xn，其表达式为： 式12中，a0＝0.35875；a1＝0.48829；a2＝0.14128；a3＝0.1168，N为窗函数的长度，π为圆周率，n为滤波器点数索引；子步骤3.2，将回波矩阵的每一行经离散傅里叶变换得到Sqw，将匹配滤波器hn与窗函数xn相乘并进行傅里叶变换得到Hw，Sqw与Hw频域相乘，对相乘结果做逆傅立叶变换得到该行的脉冲压缩结果，遍历所有行后得到完整的脉冲压缩矩阵Θ，其维度为Q×P；具体地，为提高匹配滤波的运算速度，用频域相乘代替时域卷积，即根据匹配滤波器的长度N以及单脉冲的回波采样点数W计算得到离散傅里叶变换的点数P，依次取出回波矩阵的第q行进行P点的离散傅里叶变换得到Sqw，再将匹配滤波器hn与窗函数xn相乘并进行P点的傅里叶变换得到Hw，然后将Sqw与Hw在频域作相乘运算，运算结果经逆傅里叶变换回到时域即得第q个脉冲的脉冲压缩结果，将该脉冲压缩结果存储于脉压矩阵的第q行，相参处理间隔内Q个脉冲全部完成脉冲压缩处理后，生成完整的脉冲压缩矩阵Θ，其维度为Q×P；其中，脉冲压缩矩阵Θ第q行第p列的元素可表示为： 式13中，q为行数索引，p为列数索引，p∈{1,2,3....P}，j为虚数单位，c为光速，π为圆周率，aqp为第q个脉冲经脉冲压缩处理后形成的快时间域包络，G为雷达观测场景中总目标个数，g为目标个数索引，rg和vg分别为第g个目标的距离和速度，fq为第q个脉冲的载频，Tr为平均脉冲重复周期，Uq为第q个脉冲的重频抖动码字；步骤4，对优化波形后的捷变相参雷达进行相参处理，实现捷变相参雷达对目标检测性能的提升；步骤4的子步骤为：子步骤4.1，获取与捷变相参雷达回波信号波形相匹配的字典矩阵Ψ；具体地，为估算目标的高分辨距离以及速度参数，将高分辨距离像的不模糊距离等分为K个高分辨距离网格，将不模糊速度区间等分为L个速度网格；定义k＝{1,2,...,K}为距离网格索引，定义为rk为第k个距离网格所对应的高分辨距离像的不模糊距离，定义l＝{1,2,...,L}为速度网格索引，vl为第l个速度网格所对应的不模糊速度；子步骤4.1.1，定义相位因子并构建向量αk： 定义dq为捷变相参雷达第q个脉冲的跳频码字，fq＝f0+dnΔf，其中dq＝0,1,2,3......，Δf为捷变相参雷达的最小跳频间隔，f0为捷变相参雷达的起始频率，[]T为矩阵转置运算，进一步可以得到第k个高分辨距离网格所对应的高分辨距离像的不模糊距离相位项： 式15中，d＝[d1,d2,...,dQ]T为跳频码字向量，e为哈达玛积，Q为一个相参处理间隔内发射的脉冲个数；子步骤4.1.2，定义相位因子并构建向量βl： 定义为跳频码字与重频抖动码字的耦合，进一步得到第l个速度网格所对应的不模糊速度相位项： 式17中，η＝[η1,η2,...,ηQ]T，e为哈达玛积；子步骤4.1.3，根据第k个高分辨距离网格所对应的高分辨距离像的不模糊距离相位项式15和第l个速度网格所对应的不模糊速度相位项式17得到与第k个高分辨距离网格和第l个速度网格相关联的相位项：ψk，l＝expαkedeexpβleη式18遍历k和l的取值，得到字典矩阵Ψ，如式19： 子步骤4.2，将字典矩阵Ψ与脉冲压缩矩阵Θ的元素sp进行共轭转置计算，即θp＝sp'Ψ，得到积累矩阵Ω；具体地，为满足雷达实时信号处理的需求，采用相关运算进行捷变相参雷达的相参处理；定义相参积累矩阵为Ω，依次从脉冲压缩矩阵中取出第p列，定义为sp，计算θp＝sp'Ψ，其中'为共轭转置计算，θp为第p个距离单元的相参积累结果，将θp放置于Ω的第p列，遍历p所有的取值之后，即得到完整的相参积累矩阵Ω，由此完成捷变相参雷达的相参积累处理，即完成捷变相参雷达的优化处理。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 西安电子科技大学 一种捷变相参雷达的目标检测波形优化与处理方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD