一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111175724A(43)申请公布日2020.05.19(21)申请号202010017933.7(22)申请日2020.01.08(71)申请人中国科学院上海光学精密机械研究所地址201800上海市嘉定区清河路390号(72)发明人孙建锋李跃新卢智勇贺红雨韩荣磊从海胜劳陈哲蔡新雨(74)专利代理机构上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31317代理人张宁展(51)Int.Cl.G01S7/4915(2020.01)G01S17/50(2006.01)G01S17/88(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取方法(57)摘要本发明提供一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取的方法，包括目标运动I，Q回波信号的采集，数据分段，正交化处理，复数化处理，FFT变换，设置阈值去除噪底，通过估算目标频带范围去除带外噪声，并求取频谱质心，得到质心后与原复数化信号进行混频，即可去除目标平动产生的多普勒量的干扰，得到目标微动的特征。本发明计算简便，可操作性强，精度高，实时性高，有效克服了现有算法实时性低，装置复杂，先验信息要求高的不足。CN111175724ACN111175724A权利要求书1/2页1.一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)利用激光雷达采集目标运动回波信号；步骤2)对运动回波信号进行双平衡式外差探测，得到相位相差90°的信号I的光电场EI和信号Q的光电场EQ，公式如下；其中，h，k为两路信号的零值漂移，R(t)为目标与雷达之间的距离，δ1，δ2为两路相位扰动，nI(t)，nQ(t)为两路幅值的随机扰动；步骤3)对信号I的光电场EI和信号Q的光电场EQ进行分段处理；步骤4)对分段后信号进行正交化处理；步骤5)将正交化后的信号进行复数化处理；步骤6)对复数化处理后的信号进行傅里叶变换，得到复数化信号的频谱；步骤7)通过估算目标频带范围，设置阈值去除带外噪声，并对频谱求质心位置；步骤8)将频谱质心位置与原复数化数据混频，消除多普勒信号；步骤9)将混频后的数据进行反正切处理得到相位，该相位信息里即包含了微多普勒信号。2.根据权利要求1所述的一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取方法，其特征在于：所述步骤2中，目标与雷达之间的距离R(t)由目标的大幅平动和目标的微动共同引起，表示为其中，r0为目标与雷达的初始距离，vt为目标以大幅平动速度v引起的距离变化，为目标微动引起的距离变化，包含多个不同幅度aj和不同频率fj的正弦运动叠加表示。3.根据权利要求1所述的一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取方法，其特征在于：所述步骤3中，对信号I的光电场EI和信号Q的光电场EQ进行分段，每次选取相同长度的数据，设该数据段内的平动速度v不变。4.根据权利要求1所述的一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取方法，其特征在于：所述步骤5中，将正交化后的信号进行复数化处理，公式如下：5.根据权利要求1所述的一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取方法，其特征在于：所述步骤7中，设置阈值去除噪底，通过计算目标频带范围去除带外噪声，频带范围可通过第一类k阶贝塞尔函数的幅值确定，进而可估计多普勒频率范围(-fl,fl)，将频率外的值2CN111175724A权利要求书2/2页置零，内部不变；所述步骤7中质心的位置为6.根据权利要求1所述的一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取方法，其特征在于：所述步骤8混频处理，公式如下：7.根据权利要求1所述的一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取方法，其特征在于：所述步骤9反正切处理得到相位,则目标微动的特征表示为3CN111175724A说明书1/6页一种基于质心计算的目标微多普勒分量提取方法技术领域[0001]本发明属于相干激光雷达测速领域，主要涉及目标多普勒和微多普勒分量分离的方法。背景技术[0002]激光雷达广泛应用于探测领域，目标运动状态细节的检测成为一个热门的研究方向，由目标微动引入的微多普勒特征成为目标识别的依据。V.C.Chen于2000年在ProceedingofSPIE上提出微波雷达中的微动和微多普勒现象可通过高分辨时频分析技术从雷达中获得，并建立了振动、转动、翻滚、进动的微动数学模型。微动是指目标或其部分组件除质心平动以外发生的小幅运动，如振动、进动、旋转等。当目标发生微动时，回波信号中会产生除平动带来的多普勒频移外的附加频移，导致多普勒谱展宽，这被称为“微多普勒效应”(Micro-Dopplereffect)。雷达目标的微多普勒特征反映了目标物理特性对激光的调制作用。不同结构的目标有其独有的微动特征，导致雷达回波中的微