频控阵雷达空距频聚焦动目标积累检测方法.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CN108693509A(43)申请公布日2018.10.23(21)申请号201810308402.6(22)申请日2018.04.08(71)申请人中国人民解放军海军航空大学地址264001山东省烟台市芝罘区二马路188号科研学术处(72)发明人陈小龙陈宝欣黄勇关键薛永华于晓涵张林何友(51)Int.Cl.G01S7/41(2006.01)权利要求书3页说明书5页附图1页(54)发明名称频控阵雷达空距频聚焦动目标积累检测方法(57)摘要本发明涉及频控阵雷达空距频聚焦动目标积累检测方法，属于雷达信号处理和检测技术领域。其步骤包括：频控阵雷达回波解调和匹配滤波，构建接收阵元信号距离-方位二维矢量；基于空间谱估计算法实现距离-方位联合估计；基于稀疏分数阶傅里叶变换实现高分辨稀疏域多普勒提取，完成动目标空距频聚焦处理；构建空距频域检测单元图，进行动目标检测。本发明充分利用频控阵雷达在空间、距离和多普勒的灵活自由度和能量聚集性，在多维空间实现相参投影和空距频聚焦，是常规雷达信号处理的脉冲压缩、角度估计和多普勒滤波等多个级联处理环节的整合，积累增益和参数估计精度高，能够提高复杂环境下雷达动目标检测能力。CN108693509ACN108693509A权利要求书1/3页1.频控阵雷达空距频聚焦动目标积累检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、频控阵雷达回波解调和匹配滤波，构建接收阵元信号距离-方位二维矢量；步骤二、基于空间谱估计算法实现距离-方位联合估计；步骤三、基于稀疏分数阶傅里叶变换实现高分辨稀疏域多普勒提取，完成动目标空距频聚焦处理；步骤四、构建空距频域检测单元图，进行动目标检测。2.根据权利要求1所述的频控阵雷达空距频聚焦动目标积累检测方法，其特征在于，步骤一具体为：考虑M个发射阵元的均匀线阵，阵元间距为d，则第m个阵元发射的信号为其中，fm＝f0+Δfm，Δfm＝(m-1)Δf，f0为载频，Δf为远小于雷达工作载频的频率增量，对于位于距离和方位(rs,θs)的一点目标，则在接收端，第n个阵元接收到的第m个阵元发射的信号表示为，ym,n(rs,θs)＝α(rs,θs)exp(-j4πΔfmrs/c0)exp(j2πmd/λsinθs)exp(j2πnd/λsinθs)其中，α(rs,θs)为目标散射系数，λ为信号波长，c0为光速，则经过匹配滤波，全部接收阵元的信号写成矢量形式表示为，式中，⊙和分别表示Hadamard积和Kronecker积运算，为发射阵列导向矢量，T为转置运算，为接收阵列导向矢量，为距离维阵列导向矢量，令则接收阵元信号距离-方位二维矢量表示为3.根据权利要求2所述的频控阵雷达空距频聚焦动目标积累检测方法，其特征在于，步骤二具体为：考虑加性噪声，独立同分布，并服从零均值方差为的高斯分布，则对于任意位置(ri,θi)，频控阵雷达接收阵元信号矢量y的协方差矩阵Ry表示为式中，H为共轭转置运算，目标与噪声相互独立，则协方差矩阵Ry改写为2CN108693509A权利要求书2/3页式中，Λ为目标信号矩阵特征值构成的对角矩阵，对应的特征向量构成信号子空间UT，对应的特征向量构成噪声子空间Un，由于噪声与信号子空间正交，构造频控阵雷达谱函数通过搜索谱峰值，确定目标的距离和方位(rs,θs)。4.根据权利要求3所述的频控阵雷达空距频聚焦动目标积累检测方法，其特征在于，步骤三所述的动目标空距频聚焦处理架构为：将频控阵信号模型扩展至多普勒域，考虑发射L个脉冲，对于一运动目标，考虑目标多普勒，则频控阵雷达运动目标的信号模型表示为其中，为慢时间tm下的多普勒导向矢量，n为高斯白噪声，定义空距频聚焦矢量则ymov＝α(rs,θs,fd)kmov(rs,θs,fd)+n其中，fd为多普勒频率，当目标径向运动速度为匀速v0时，fd＝2v0/λ，当目标做机动，具有加速度as时，此时fd＝2(v0+astm)/λ。5.根据权利要求4所述的频控阵雷达空距频聚焦动目标积累检测方法，其特征在于，步骤三所述的高分辨稀疏域多普勒提取方法为：在频控阵雷达回波信号的某个距离-方位单元(ri,θi)处的慢时间维处理，将其表示为一组原子的线性组合，得到式中，j为原子个数，f为信号频率，系数βj(tm)的大小表示信号与原子的相似程度，为信号的稀疏时频分布，gj(tm,f)为稀疏表示的原子，采用l1范数最小化求解式(2)的信号稀疏表示问题，式中，b为实数，ο为稀疏算子，式(3)松弛为不等约束，即当ε＝0时，式(3)和式(4)具有相同的形式，当ο为分数阶傅里叶变换时，b为分数阶傅里叶变换域幅值，则稀疏分数阶傅里叶变换表示为式中，为稀疏分数阶傅里叶变换谱，α为旋转角，u为稀疏分数阶傅里叶变换域