微弱目标长时间积累相参积累非相参积累Keystone变换硕士论文
距离与多普勒二维长时间相参积累方法
距离与多普勒二维长时间相参积累方法
刘俊豪;陈潜;陆满君
【期刊名称】《制导与引信》
【年(卷),期】2013()4
【摘要】采用长时间相参积累的方法对高速微弱目标进行检测的过程中,会出现距离走动和多普勒扩散问题。
针对该问题,提出将Keystone变换和Dechirp结合的方法用于距离校正和多普勒补偿。
通过理论分析和数值仿真表明,该方法具有较高的积累增益和检测性能。
【总页数】5页(P16-20)
【关键词】距离走动;多普勒扩散;目标检测
【作者】刘俊豪;陈潜;陆满君
【作者单位】上海无线电设备研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN957
【相关文献】
1.距离-多普勒坐标系下基于相参积累的TBD算法研究 [J], 虞欢;吴道庆;肖文书
2.综合脉冲孔径雷达的一种长时间相参积累方法 [J], 董鹏曙;向龙;谢幼才;武文
3.综合脉冲孔径雷达的一种长时间相参积累方法 [J], 董鹏曙;向龙;谢幼才;武文
4.基于相参积累的距离多普勒二维航迹关联方法研究 [J], 汪润生;黄晓兵;刘志栋;赵明旭;张景东
5.联合脉压与Radon傅里叶变换的长时间相参积累方法 [J], 裴家正;黄勇;陈宝欣;关键;蔡咪;陈小龙
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于K-邻相关与RFT的长时间积累算法
第38卷第10期2016年10月现代雷达Modern RadarVol.38 No.10Oct. 2016.信考处理.DOI： 10.16592/ j.c n k i. 1004-7859. 2016.10.009基于K-邻相关与RFT的长时间积累算法陈昆，汪文英，桂佑林(南京电子技术研究所，南京210039)摘要:随着隐身技术的发展,飞机导弹等高速运动目标的R C S越来越小，需要采用长时间积累的方法实现目标检测。
文中 提出了一种基于K-邻相关和R ad〇n-F〇u n e r变换（R F T)的小目标长时间积累算法。
首先，利用K-邻相关算法实现目标运 动参数的粗略估计;然后，利用R F T实现信号的高效积累。
仿真和实录数据验证表明:该方法能有效实现高速高机动小目 标检测，信噪比损失〇. 5 d B以内。
关键词：K-邻相关法；R a d o n-F o u rie r变换;长时间积累中图分类号:T P971.1文献标志码：A文章编号= 1004-7859 (2016) 10-0036-03Long-time Accumulation Algorithm Based on K-neighborhoodCorrelation and Radon-FourierCHEN Kun，WANG Wenying，GUI Youlin(Nanjing Research Institute of Electronics Technology,Nanjing210039 ,China) Abstract： W ith the developm ent o f stealth technology, the RCS o f high-speed m oving targets such as a irc ra ft, the RCS o f m issile is getting s m a lle r, w h ich requires a lo n g-tim e accu m ulatio n to im prove detection ca p a b ility. T h is paper proposed a sm all target lo n gtim e accum ulation a lgo rithm based on K-neighborhood correlatio n and R ado n-F ourier tra n sfo rm( R F T).F irs tly, a rough estim ation o f target m otion param eters is processed by the K-neighborhood correlatio n. S ubsequently, a high e fficie n cy accu m ulatio n is executed by the R FT. E xperim enta l results w ith sim ulated and measured data in d ica te th a t the proposed m ethod provides an effective ande ffic ie n t way fo r sm all target detection w ith the loss of SN R be tter than 0. 5 dB.Key words：K-neighborhood co rre la tio n; R ado n-F ourier Tra n sfo rm; lo n g-tim e accum ulation〇引言随着隐身技术的发展，飞机导弹等高速运动目标 的雷达散射截面积（RCS)越来越小，对这类目标检测 需要采用长时间积累的方法来提取目标信息。
低空目标长时间积累检测技术研究
低空目标长时间积累检测技术研究王健;王宝;万华【摘要】低空目标信号通常淹没在强杂波和噪声环境中,严重制约了对目标的有效检测.针对低空目标检测难点,对基于频域包络移位补偿算法的长时间积累检测技术的工作原理和积累效能进行了理论分析.研究结果表明:当目标跨越距离单元较少时,脉压加权可有效降低跨距离单元损耗;当目标跨越多个距离单元时,采用基于频域包络移位补偿算法可显著提高目标的可检测性.研究结果对长时间积累工程化设计有借鉴意义.【期刊名称】《舰船电子对抗》【年(卷),期】2014(037)003【总页数】4页(P48-51)【关键词】脉冲多普勒处理;长时间积累;频域包络移位补偿【作者】王健;王宝;万华【作者单位】中国电子科技集团公司38所,合肥230088;中国电子科技集团公司38所,合肥230088;中国电子科技集团公司38所,合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TN971.10 引言低空突防是现代雷达面临的四大威胁之一，隐身技术的发展使得这种威胁更为严重［1］。
隐身技术使目标雷达截面（RCS）大大降低，意味着雷达面临着低空小目标检测的挑战。
在低空弱小目标检测中，除了受多径效应的影响外［2］，目标信号通常淹没在强杂波背景中，严重制约了目标的有效检测［1－4］。
长时间积累技术是解决弱小目标信号检测的有效途径之一。
长时间积累不仅能够增加回波信号的能量，还可以提高滤波处理的自由度，使得更加复杂的滤波处理算法成为可能。
在特定的雷达波形、目标速度和环境特性下，信号积累时间是受限的，这主要表现在2个方面：目标径向飞行时，在积累时间内目标可能会跨过若干个距离单元距离；目标做切向飞行或机动飞行时，在积累时间内目标可能跨多个多普勒单元。
跨距离单元和跨多普勒单元构成了雷达最大积累时间限制。
突破积累时间限制必须解决目标跨距离单元和跨多普勒单元补偿问题。
在实际系统设计时，往往通过合理的资源设计使得目标不发生多普勒跨越，降低长时间积累补偿的复杂度，只对目标跨距离单元进行补偿。
米波双基地雷达长时间相参积累算法
（ 空军预警 学院空天预警装备 系 武汉 ４ ３ ０ ０ １ ９ ）
摘
要： 四代机 目标具有 隐身 、高速 、高机动等特点 ，传 统雷达对其检测失效 。针对这一 问题 ，本文结 合米波雷
达 和双基地 雷达的优势 ，研究 了米波双基 地雷达 的 四代 机 目标 检测 特性 。首 先给 出了米 波双基地 雷达 目标 回波 信号模 型 ，并对距离徙 动和多普勒徙动特性进行 了分析 ；在此基础 上 ，提出了基于 Ｋ ｅ ｙ ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ 变换 的米波双基地雷
第２ ９卷 第 ３期 ２ ０ １ ３年 ３月
信 号 处 理
Ｊ ＯＵ ＲＮ ＡＬ Ｏ Ｆ Ｓ Ｉ Ｇ ＮＡ Ｌ Ｐ Ｒ ０Ｃ Ｅ Ｓ Ｓ Ｉ Ｎ Ｇ
Ｖｏ １ ． ２ ９ Ｎｏ． ３ Ｍａ ｒ ．２ ０１ ３
米 波双 基 地 雷 达 长 时 间相 参 积 累算 法
术途径 。
关键词 ：米 波双基地 雷达 ；目标检测 ； 长时间相参积 累；Ｋ ｅ ｙ ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ变换 ； 距 离单元 徙动 中图分 类号 ：Ｔ Ｎ ９ ５ ７ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ３ — ０ ５ ３ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ３ ５ １ — ０ ９
Ｌ ｏ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｒ ｍ Ｃｏ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｆ ｏｒ Ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ － ｂ ａ ｎ ｄ Ｂｉ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ Ｒａ ｄ ａ ｒ
ＺＨＡＮ Ｌ ｉ － － ｘ ｉ ａ ｏ ＴＡＮＧ Ｚ ｉ － － ｙ ｕ ｅ ＺＨＵ Ｚｈ ｅ ｎ － － ｂ ｏ
（ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ａ ｉ ｒ ／ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｅ ａ ｄ ｙ Ｗａ ｒ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ， Ａ Ｆ Ｅ ＷＡ，Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ １ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
综合脉冲孔径雷达的一种长时间相参积累方法
第34卷第6期2020年12月空军预警学院学报Journal of Air Force Early Warning AcademyV ol.34No.6Dec.2020收稿日期：2020-07-29作者简介：董鹏曙(1965-)，男，教授，主要从事雷达装备发展与运用研究．综合脉冲孔径雷达的一种长时间相参积累方法董鹏曙，向龙，谢幼才，武文（空军预警学院，武汉430019）摘要：针对综合脉冲孔径雷达(SIAR)长时间相参积累处理中运动补偿处理复杂和运算量太大问题，提出通过适当增大距离分辨单元，将距离走动和多普勒走动二维补偿处理简化为多普勒走动的一维补偿处理方法．首先建立了多普勒频率变化与目标运动加速度、角速度的关系模型，分析了加速度、角速度对多普勒频率的影响；然后提出一种基于多普勒频率变化的运动补偿方法，并对补偿前后的相参积累脉冲数进行了仿真分析．仿真结果表明，该方法可使SIAR 相参积累时间延长数十倍，运算量减少为数百分之一．关键词：综合脉冲孔径雷达；相参积累；长时间；运动补偿中图分类号：TN957文献标识码：A文章编号：2095-5839(2020)06-0397-05综合脉冲孔径雷达(SIAR)是一种新型的米波稀布阵雷达，其发射波束是全向的，在接收端采用数字波束形成(DBF)可以同时得到多个接收波束以观测多个方向，甚至可以实现全向观测．由于没有波束扫描，其数字计算形成的接收波束能长时间不间断地跟踪目标，进行长时间的相参积累，从而更有效地利用雷达发射信号能量，获得比常规波束扫描雷达更远探测距离[1]．采用长时间相参积累技术，可以有效提高微弱目标信噪比，实现对隐身飞机、巡航导弹等小RCS 目标的探测．然而，随着积累时间的延长，即使对常规运动目标，其回波信号也会出现距离走动、多普勒走动现象，使得相参积累的得益明显降低．现有的长时间积累算法可分为非相参积累法、相参积累法、混合积累法3种．文献[2-4]研究了基于Hough 变换(HT)的非相参积累算法，虽然易于实现，但在低信噪比条件下积累性能显著下降，甚至完全抵消积累增益．文献[5-8]研究了基于Keystone 变换(KT)的相参积累方法，虽然能够对距离走动进行校正，但未补偿多普勒走动，且运算量较大．文献[9-10]研究了基于Radon-Fourier 变换(RFT)相参积累方法，通过搜索目标运动路径，将积累结果投影到距离和速度二维参数空间，形成聚焦峰，从而实现回波信号长时间的相参积累，但随着参数空间维度的增加，带来运算量呈几何级增长的问题．文献[11]提出一种基于启发式搜索的混合积累方法，将积累时间分为若干个子孔径，在子孔径内对目标回波通过动目标检测(MTD)处理实现相参积累，子孔径间进行非相参积累．该方法虽降低了运算量，但其非相参处理限制了积累增益．上述文献均未考虑SIAR 的特殊性．本文针对SIAR 长时间相参积累处理中为补偿动目标距离走动和多普勒频率走动所引起的运算量大问题，提出一种新的综合处理策略，即通过适当增大距离分辨单元，将距离走动、多普勒走动二维补偿处理简化为多普勒走动的一维补偿处理，以减少运算量，提高处理效率，实现长时间相参积累．1SIAR 长时间相参积累方法分析SIAR 由于没有波束扫描，积累时间远长于常规雷达，可达秒甚至数秒量级，但也面临更严峻的距离走动、多普勒走动问题．其实现长时间相参积累的理想方法是对距离走动和多普勒走动均进行补偿，使目标回波聚焦在同一距离单元和多普勒单元，获得最大的积累增益．距离走动补偿的基本方法是Keystone 变换，可用sinc 插值完成，其运算复杂，常用DFT-IFFT ，以降低运算量[6]．但在进行长时间相参积累时，由于积累脉冲数较多，其运算量仍然极大．再加上多普勒走动补偿，使运算量变得极其巨大，难以完成实时处理．因此，在工程实现上必须采取某种折中处理方法．为使目标长时间处于一个距离分辨单元之内，可通过适当降低距离分辨率、增大距离分辨单元的方式实现．在监视雷达中，对隐身飞机、巡航导弹等小RCS 目标，首要的是发现目标，适当降低距离分辨率是可以接受的．当距离DOI:10.3969/j.issn.2095-5839.2020.06.002空军预警学院学报2020年398分辨单元由150m增大至600~900m，相参积累时间增大4~6倍．对于声速飞行的目标，穿过一个距离分辨单元的时间约为2~3s，目标回波的脉冲数可达数百至上千个，即在适当降低距离分辨率、增大距离分辨单元后，可以不考虑距离走动的影响，只需考虑多普勒走动影响．2目标运动对多普勒频率的影响分析对运动目标回波而言，其多普勒频率为fd=2v cosθ/λ(1)式中，v为目标运动速度，θ为目标运动方向与雷达视线之间的夹角，λ为发射信号的波长．在雷达发射信号波长一定的条件下，目标运动速度v和夹角θ的变化均可引起多普勒频率fd的变化．将式(1)全微分[12]可得D fd =¶fd¶vD v+¶fd¶θDθ=(D f2d(v)+D f2d(θ))1/2D t sin(φ-θ)(2)式中，D fd(v)=2v′/λ为目标加速度v′引起的回波多普勒频率变化率，D fd(θ)=2vθ′/λ为目标角速度θ′引起的回波多普勒频率变化率，φ=arctan(D fd(v)/D fd (θ))为D fd(v)与D fd(θ)决定的相角，D t为相参积累期时间．由式(2)可知，在目标运动加速度、角速度一定条件下，相参积累期间目标回波多普勒频率近似呈线性变化．2.1加速度对多普勒频率的影响假设雷达重复频率为400Hz，则重复周期为2.5ms；现代飞行器飞行速度v可达数马赫，加速度v′可达数个重力加速度g．表1给出了目标加速度v′为1g~3g、雷达发射频率为100~300MHz 时，相邻2个重复周期之间目标回波多普勒频率变化δf=T D fd(v)(T为雷达重复周期)情况．表1目标加速度对多普勒频率变化δf的影响v′/(m/s2)g2g3g不同发射频率下的δf/Hz 1000.0170.0330.0501500.0250.0500.0742000.0330.0660.0992500.0410.0830.1243000.0500.0990.149以512点相参积累为例分析，相参积累时间D t为1280ms，多普勒分辨单元约为0.781Hz．由表1可见，尽管相邻2个重复周期之间目标回波多普勒频率变化δf很小，但512个重复周期之间多普勒频率变化范围约为8.7~76.3Hz，远远超出了多普勒分辨单元．2.2角速度对多普勒频率的影响现代飞机机动飞行瞬时盘旋角速度可达数十度每秒，飞行速度可达数马赫．取目标飞行速度为1Ma(340m/s)，表2给出了目标与雷达视线之间的角速度θ′为5°/s~20°/s(0.088~0.349rad/s)，雷达发射频率为100~300MHz时，相邻两2个重复周期之间目标回波多普勒频率变化δf=T D fd(θ)情况．表2目标角速度对多普勒频率变化δf的影响θ′/(°/s)51020不同发射频率下δf/Hz1000.0500.0980.1961500.0740.1470.2942000.0980.1960.3922500.1220.2450.4893000.1400.2940.588由表2可见，相邻2个重复周期之间的目标回波多普勒频率变化δf尽管不大，但512个重复周期之间多普勒频率变化约为25.6~301.1Hz，远超出多普勒分辨单元．由表1、表2可知，角速度引起的回波多普勒频率变化远大于加速度引起的回波多普勒频率变化，因此，角速度是影响目标回波多普勒频率变化的主要因素．在SIAR 中，由于没有天线机械扫描，角速度仅为目标机动角速度，其引起的回波多普勒频率变化率D fd(θ)比常规雷达要小很多，更有利于实现长时间相参积累．2.3加速度和角速度对多普勒频率综合影响表3给出了加速度为3g、角速度θ′为10°/s~ 30°/s时，雷达发射频率为100~300MHz，相邻2个重复周期之间目标回波多普勒频率变化δfmax=(D f2d(v)+D f2d(θ))1/2T情况．当加速度为0~ 3g、角速度为0°/s~30°/s、雷达发射频率为200MHz 时，相邻2个重复周期之间目标回波多普勒频率变化的综合影响如图1所示．表3v′=3g时角速度随脉间多普勒频率变化情况θ′/(°/s)102030不同发射频率下δfmax/Hz1000.0680.1100.2021500.1100.1650.3032000.1400.2920.4042500.1740.2740.5053000.2040.3290.607１．５１．００．５０３０２０１００１０２０３０加速度／（ｍ／ｓ２）角速度／（ ／ ｓ）ｆ／Ｈｚ图1v′和θ′随多普勒频率变化情况由表3和图1可以看到，相邻2个重复周期之间的目标回波多普勒频率变化δf可达0.404Hz，512个重复周期之间多普勒频率变化可达206.8Hz，远超出多普勒分辨单元．第6期董鹏曙，等：综合脉冲孔径雷达的一种长时间相参积累方法3993基于多普勒补偿长时间相参积累方法对SIAR 而言，基于多普勒补偿长时间相参积累的基本方法是：在完成孔径综合、脉冲综合后，通过运动补偿，消除目标回波在相参处理期内多普勒频率变化(或使多普勒频率变化在一个多普勒分辨单元之内)，再通过MTD 处理实现相参积累．3.1多普勒补偿原理设相参处理间隔期内N 点回波信号为S =[s (0)s (1) s (n ) s (N -1)](3)式中s (n )为复信号，即s (n )=A exp[j(2πf d n nT +φ)](4)式中φ为复信号的初相．则相参处理期间N 点回波的多普勒频率向量为F d =[f d0f d1 f d n f d N -1](5)以首点回波的多普勒频率f d0为基准，N 点回波的多普勒频率变化向量为D F d =[0D f d1 D f d n D f d N -1](6)式中D f d n =f d n -f d0．构造补偿向量：K =[1exp(-j2πD f d1T ) exp(-j2πD f d n T )exp(-j2πD f d N -1T )](7)进行如下运算：Y =SK T(8)即可补偿掉目标回波在相参处理期间的多普勒频率变化，将N 点回波聚焦于一个多普勒通道．对杂波而言，补偿处理不能改变其功率谱特征．对白噪声而言，任何处理都不能消除其随机性，补偿处理后仍为白噪声．脉间多普勒频率变化可通过搜索的方式获得．假设相参处理期间，目标回波多普勒频率呈线性变化，σf 为最小搜索间隔，搜索步距为i σf (i 为整数)．则第i 个搜索补偿向量为K i =[1exp(-j2πi σfT ) exp(-j2πi σf (N -1)T )](9)进行如下搜索处理：δf =max i|SK T i |0£i £N -1(10)得到补偿后的积累峰值，经选大可得到最匹配的脉间多普勒频率变化δf =i σf ．3.2多普勒补偿精度要求分析假设积累期间，目标回波的多普勒频率呈线性变化，相邻脉冲之间多普勒频率变化为δf ，取雷达重复频率为F r ，考察δf 对相参积累的影响．1)当0<δf £F r /N 2时D F d =[0 F r /N 2 i F r /N 2 (N -1)F r /N 2](11)(N -1)F r /N 2<F r /N ，则N 点回波经相参积累后功率谱处于一个通道之内，呈聚焦状态，无需补偿．2)当F r /N 2<δf <F r /N 时令δf =kF r /N 2，则D F d =[0 k F r /N 2 i kF r /N 2 (N -1)kF r /N 2](12)k (N -1)F r /N 2<kF r /N (2£k £N -1)，则N 点回波经相参积累后功率谱分布在k 个通道上，呈散焦状态，需要补偿．3)当δf =F r /N 时D F d =[0 F r /N i F r /N (N -1)F r /N ](13)则N 点回波经相参积累后功率谱均匀分布在N 个通道，呈散焦状态，需要补偿．4)当δf 为多普勒分辨单元的奇数倍时即δf =(2L -1)F r /N (N 为偶数，L =1 2 N /2)．由于折叠效应，N 点回波的功率谱将均匀且等幅的分布于N 个多普勒通道中，每个多普勒通道仅占信号总能量的1/N ，呈散焦状态，需要补偿．5)当(2L -1)F r /N <δf <2LF r /N 时令δf =(2L -1)F r /N +kF r /N 2(N 为偶数，L =1 2 N /2)，可分解为2)、4)两种情形的叠加，则N 点回波经相参积累后功率谱均匀分布在N 个通道，再叠加k 个通道的分布，呈散焦状态，需要补偿．6)当δf 为多普勒分辨单元的偶数倍时即δf =2LF r /N (N 为偶数，L =1 2 N /2)，N 点回波经相参积累后功率谱覆盖的通道数随2L 不同而各异，呈散焦状态，需要补偿[12]．7)当2LF r /N <δf <(2L +1)F r /N 时令δf =2LF r /N +kF r /N 2(N 为偶数，L =1 2 N /2)，可分解为2)、6)两种情形叠加，呈散焦状态，需要补偿．3.3基于运动补偿的MTD 处理方法由上述分析可知，多普勒补偿的精度需优于F r /N 2．可按粗精两级搜索的方式进行补偿，具体步骤如下．Step 1按雷达参数和典型目标运动参数，求相邻脉冲之间的最大多普勒频率变化：δf max ={(δf 2max (v )+δf 2max (θ))1/2 δf max <F r(δf2max(v )+δf 2max (θ))1/2mod(F r ) δf max ³F r(14)式中mod(×)为求模运算．Step 2将δf max 以F r /N 、F r /N 2为基数进行归一化分解：δf max »pF r /N +qF r /N 2(15)式中，p 、q Î[0 N -1]，p =δf max mod(F r /N )，q =(δf max -pF r /N )mod(F r /N 2)．空军预警学院学报2020年400Step3进行粗搜索，其搜索范围为[-p +p]．Step4进行精搜索，其搜索范围为[-q +q]．基于粗精两级多普勒补偿的MTD处理流程如图2所示．经两级补偿、FFT处理、求模选大后，得到补偿积累峰值，然后经恒虚警率(CFAR)处理及检测，确定是否存在目标．从而消除相邻脉冲之间多普勒频率变化的影响，使相参处理期间多普勒频率变化在一个多普勒分辨单元内，完成相参积累和信号检测．图2粗精两级多普勒补偿MTD处理流程由式(15)可知，当δf<Fr/N时p=0，可两级处理简化为一级处理．分析表3、图1数据，在SIAR常用的VHF波段，通过适当选取雷达重复频率Fr和相参积累脉冲数N，可使得基于多普勒补偿的MTD只需进行一级处理，算法实现大为简化，共需进行(2q+1)次N点FFT处理．4性能分析4.1补偿性能对常规MTD处理而言，当雷达重复频率为F r 、处理脉冲数为N1时，其多普勒分辨单元为F r /N1，相参积累条件是相参处理期内多普勒频率变化不超过一个多普勒分辨单元，即N1δfmax£F r /N1，由此可得N1£(Fr/δfmax)1/2(16)对SIAR基于多普勒补偿的MTD处理，相参积累脉冲数取决于目标在一个距离分辨单元内被照射的最大脉冲数．若距离分辨单元为D R,则目标穿过距离分辨单元所需的时间为D R/(v cosθ)，对应的最大照射脉冲数为N2=FrD R/(v cosθ)(17)将运动补偿之后的相参积累脉冲数与运动补偿之前的相参积累脉冲数之比定义为积累扩展系数Q，则Q=N2/N1(18)当雷达发射频率为200MHz、重复频率为400Hz时，取目标飞行速度v为340m/s、目标飞行加速度v′为3g，目标与雷达之间角速度θ′为10°/s~30°/s(0.175~0.524rad/s)，目标运动方向与雷达视线之间的夹角为45°，距离分辨单元为600m，表4给出了常规MTD处理、SIAR多普勒补偿MTD处理的相参积累脉冲数及积累扩展系数(表中脉冲数进行了取整处理)．表4常规MTD处理与补偿MTD处理的积累脉冲数θ′/(°/s)102030δf/Hz0.1400.2920.404N1533731N2998998998Q18.827.032.2图3给出了加速度v′为3g、角速度θ′从10°/s (0.175rad/s)到60°/s(1.047rad/s)连续变化时，积累扩展系数对应变化关系．由表4、图3可以看到，通过运动补偿处理，SIAR积累扩展系数可达数10倍，从而实现了长时间的相参积累．１０２０３０４０５０６０２５３５４５５５６５积累扩展系数角速度／（ ／ ｓ）图3角速度与积累扩展系数的对应关系4.2运算量假设每个重复周期内采样的点数为M，相参积累脉冲数为N．在进行距离、多普勒二维补偿处理时，运用KT补偿距离走动，对信号进行变尺度DFT处理需要进行MN2次复乘运算，为补偿信号多普勒走动需要进行MN2次复乘运算，对信号进行M次N点的快速傅里叶逆变换还有MN lg N次复乘运算，共需进行(2MN2+MN lg N)次复乘运算[13]．本文提出的一维补偿处理，其多普勒粗搜索范围为[-Fr/2 Fr/2]、搜索步长为Fr/N，多普勒精搜索范围为[-Fr/(2N) Fr/(2N)]、搜索步长为Fr/N2，需要进行2M次N点多普勒补偿以及2M 次N点快速傅里叶变换，共需进行复乘运算次数为(2MN+2MN lg N)．设距离分辨单元增大倍数为K，则复乘运算次数进一步降低为(2MN+2MN×lg N)/K．2种补偿的复乘运算量之比为D=K(2N+lg N)/(2+2lg N)(19)图4给出了距离分辨单元由150m增大至300、600、1200m(即K=2、4、8)时，2种补偿的复第6期董鹏曙，等：综合脉冲孔径雷达的一种长时间相参积累方法401乘运算量之比D 与相参积累脉冲数N 的关系曲线．由图4可看到，一维多普勒补偿处理的运算量仅为KT 补偿处理运算量的几百分之一至几千分之一．１５９１３３１７３２１３２５２９３相参积累脉冲数运算量倍数图4KT 补偿与一维补偿复乘运算量之比与相参积累脉冲数的关系曲线5结论1)通过适当增大距离分辨单元，延长目标在距离分辨单元的驻留时间，可增大积累脉冲数，在一定程度上避免了距离走动补偿问题，从而将距离走动、多普勒走动二维补偿简化为多普勒走动一维补偿处理，极大地减少了运算量，提高了处理效率．2)在多普勒域通过粗精两步搜索补偿处理，消除目标回波在相参处理间隔期内的多普勒频率变化，可将相参积累时间延长至数秒，相参积累脉冲数增大到数百至数千个，从而弥补隐身目标雷达截面积减小的影响，提高SIAR 对隐身目标的探测能力．3)当脉冲数增大到数千时，采用FFT 算法，要对全向所有的距离单元进行多普勒补偿和MTD 处理，对信号处理的运算速度和设备量仍然提出了极高的要求．因此，大脉冲数雷达回波信号的实时多普勒补偿、快速FFT 处理，是SIAR 实现长时间相参积累、提高隐身目标探测能力的瓶颈，需要进行更深入研究．参考文献：[1]陈伯孝,吴剑旗.综合脉冲与孔径雷达[M].北京:国防工业出版社,2011:10-21.[2]吴兆平,苏涛.采用目标轨迹积累的窄带雷达信号长时间积累方法[J].电路与系统学报,2012,17(2):6-12.[3]刘忠训,王涛,王雪松,等.对微弱线状分布目标的雷达检测方法[J].系统工程与电子技术,2010,32(3):499-503.[4]问翔,刘宏伟,包敏.一种距离扩展目标的Hough 变换检测器[J].电子与信息学报,2015,37(5):1104-1110.[5]YUAN Sijie,WU Tao,MAO Mao,et al.Application researchof Keystone transform in weak high-speed target detection in low-PRF narrowband chirp radar[C]//Proceedings of 9th International Conference on Signal Processing.IEEE,2008:2452-2456.[6]高玉祥,张兴敢,柏业超.基于Keystone 变换的高速运动目标检测方法研究[J].南京大学学报(自然科学版),2014,50(1):30-34.[7]谢锡海,马小玲.基于Keystone 变换的相参积累方法[J].传感器与微系统,2016,35(9):54-57.[8]余吉,许稼,汤俊,等.基于Keystone 变换的改进雷达目标长时间积累[J].雷达科学与技术,2008,6(6):454-458.[9]XU Jia,YU Ji,PENG Yingning.Radon-fourier transform for radar target detection (II):blind speed sidelobe suppression [J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Sys-tems,2011,47(4):2473-2489.[10]邓填棣.高空高速平台载雷达空中动目标检测技术研究[D].成都:电子科技大学,2014:31-40.[11]周煦,许稼,钱李昌,等.雷达高机动目标长时间混合积累快速算法[J].信号处理,2015,31(12):1547-1553.[12]董鹏曙,向龙,谢幼才,等.高速机动目标频移特性与检测方法[J].探测与控制学报,2016,38(3):66-70.[13]李炳华,汪文英.基于Keystone 变换的雷达增程设计研究[J].现代雷达,2018,40(4):21-26.A long-term coherent integration method for SIARDONG Pengshu,XIANG Long,XIE Youcai,WU Wen(Air Force Early Warning Academy,Wuhan 430019,China)Abstract ：Addressing the complex motion compensation and heavy computation burden in the process of long-term coherent integration for synthetic impulse aperture radar (SIAR),this paper proposes a processing meth-od which simplifies the two-dimensional compensation processing of distance migration and Doppler migration to one-dimensional compensation of Doppler migration by means of appropriately increasing the range resolution unit.Firstly,the paper establishes the model of relations between Doppler frequency variation,target motion accel-eration and angular velocity,analyzing the effects of acceleration and angular velocity on Doppler frequency,and then proposes a motion compensation method based on Doppler frequency variation and also makes simulation analyses on the number of coherent integration pulses before and after the compensation.The simulation results show that the proposed method can prolong the coherent integration time of SIAR by dozens of times,and reduce the amount of calculation to much less than 1%.Key words ：synthetic impulse aperture radar (SIAR)；coherent integration ；long-term ；motion compensation。
强目标掩盖下雷达微弱目标检测算法
强 弱 目标 并存 的情 况 ， 提 出 了一种 新 的 雷达 微 弱 目标 检 测 算 法 。首 先 联 舍 Ｋｅ ｙ ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ变换 和 最 小二 乘 Ｆ １ Ｒ滤 波 器原 理 ， 实现 了强 目标 相 参 积 累并 估计 了其 回 波 幅值 ， 从 而重 构 出强 目标 回 波信 号 ， 并将 其 从 原 始 回波 中消除 。通 过 对余 下信 号
Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０ １ ７ 网址 ： ｗｗ ｗ． ｓ ｙ ｓ — ｅ ｌ ｅ ． Ｃ ｏ ｒ ｎ
强 目标 掩 盖 下雷 达 微 弱 目标检 测 算 法
田瑞 琦 ， 林 财 永 ，鲍 庆 龙 ，陈 曾 平
（ 国 防科 学技 术 大学 自动 目标识 别 重点实 验 室 ，湖南 长 沙 ４ １ ０ ０ ７ ３ ）
ｅ ｃ ｈ ｏ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｏ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｗｅ ａ ｋ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ —
Ｄｅ ｆｅ ｎ ｓ ｅ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇｙ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ４ １ ０ ０ ７ ３，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｒ ａ ｄ ａ ｒ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｗｅ ａ ｋ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｉ ｓ ａ ｌ ｍｏ ｓ ｔ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｎ ｅ ａ ｒ ｂ ｙ ｂ ｅ —
基于FPGA的多波束相参积累的快速实现
基于FPGA的多波束相参积累的快速实现曹贺磊;董勇伟;李毅之【摘要】在雷达信号处理中,Keystone变换常常用于校正回波信号长时间相参积累过程中出现的距离走动,以提高信噪比.常规的插值做法运算负担重,资源占用多,当需要对多波束并行处理时,难以进行工程实现.使用非均匀快速傅里叶变换(Non-Uniform Fast Fourier Transform,NUFFT)来实现对多波束信号的相参积累,可以明显减少运算量,提高检测效果.同时,提出一种新的现场可编程门阵列(Field Pro-grammable Gate Array,FPGA)实现方式,通过改写旋转因子,利用两级快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)来实现NUFFT,提高运算速度的同时又减少了存储量.此方法已经在FPGA中实现,并应用于雷达中.【期刊名称】《雷达科学与技术》【年(卷),期】2019(017)004【总页数】7页(P449-454,460)【关键词】Keystone变换;相参积累;非均匀快速傅里叶变换;多波束并行处理;现场可编程门阵列【作者】曹贺磊;董勇伟;李毅之【作者单位】中国科学院电子学研究所,北京 100190;微波成像技术国家重点实验室,北京 100190;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院电子学研究所,北京100190;微波成像技术国家重点实验室,北京 100190;中国科学院电子学研究所,北京 100190;微波成像技术国家重点实验室,北京 100190【正文语种】中文【中图分类】TN957.510 引言近年来，小目标飞行器的快速发展对目标探测雷达提出了新的挑战。
小目标飞行器的雷达散射截面积小，难以被有效探测，因此需要积累雷达回波以提高信噪比，提升检测效果。
但由于目标相对雷达的运动导致目标回波包络无法对齐，距离向和方位向存在耦合，积累后会导致主瓣展宽、峰值下降[1]。
针对积累过程中出现的距离单元走动，文献[2]提出的Keystone变换方法可在保持回波相位的同时，补偿跨距离单元的走动。
天基雷达高速微弱目标的积累检测
２ １ 年 １月 ０１
字
航
学
报
Ｖｏ ． Ｎｏ １ １３２
．
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＡｓ ｏ ａ ｔ ｓ ｏ ｒ ａ ｔ ｎ ｕ ｉ ｏ ｒ ｃ
Ｊｎ ａｙ ２ １ ａ ｕ ｒ ０ １
天 基 雷 达 高 速微 弱 目标 的积 累检 测
杨 志伟 ，贺 顺 ，吴 孙 勇
ｃ ｅ ｅ ｔｅ ａ ｃ ｈｉｖ ｈ ｃ ｕｍｕａｔｄ ｄｅｅ ｔｏ ｆｓｇ ｌ ｎｄ ｉ ｒ ｖ ｈｅ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｆｔｒ ｅ ｅｅ ｔｏ ｆｅ ｔ ｅ ｙ ｌ ｅ ｔ ｃｉｎ ｏ ｉｎａｓａ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ａ ｇ ｔｄ ｔｃｉ ｎ ｅｆ ｃｉ ｌ ． ｖ Ｋ ｅ ｏ ｄｓ： Ｓｐ ｃ — ｏ ｎ ａ ａ ｙｗ ｒ ａ ｅ ｂ ｒ ｅ ｒ ｄ ｒ；Ｍｏ ｉｎ ｃ ｍｐｅ ａ ｉｎ；Ｉ ｔｇ ａ ｅ ｅ ｔ ｎ；Ｋｅ ｓｏ ｒ ｎ ｆ ｒ ；Ｆｒ ｃａ ｏ ｉｒｔａ ｓ ｔｏ ｏ ｎｓ ｔｏ ｎｅ ｒ ｌｄ ｔ ｃｉ ｏ ｙ ｔｎｅ ｔａ ｓｏ ｍ ａ ｔｌＦ ｕｒｅ ｒ ｎ —
中 图分 类 号 ：Ｔ ９ １２ Ｎ １． 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ —３ ８ ２ １ ） １ １９０ ０ ０１２ （０ １ ０ － ０ －６ ０
Ｄ ：１ ． ８ ３ ｊｉ ｎ １０ —３ ８ ２ １ ． １ ０ ７ ｏＩ ０ ３ ７ ／ ．ｓ ． ０ ０ １ ２ ． ０ ０ ． １ ｓ １
（ ．西安电子科技 大学雷达信号处理重点实验 室，西安 ７ ０ ７ １ １０ １ ２ ．西安科技大学通信 与信息工程学院 ，西安 ７０ ５ ） １０ ４
摘
要 ：本文研究天基雷达高速微弱 目标 的相 干积累检测 问题 。首先 根据 回波高 阶相位影 响包络补偿 效果
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
雷达信号长时间积累对微弱目标检测的研究
【摘要】 随着隐身技术和低截获雷达的飞速发展,使得对微弱目标的
检测成为雷达技术中重要的研究内容。利用信号的长时间积累来提高
信噪比,是对微弱目标检测的一种有效方法。对于静止目标,可以直接
对回波信号进行相参或非相参积累,积累处理比较简单;但是对于运
动目标,随着积累时间的增加,由于目标的运动就会产生目标跨距离
走动的问题,这样就需要对回波信号进行运动补偿后再积累。本文首
先研究了回波信号相参积累的方法,非相参积累的方法和基于时分包
络补偿和频分包络补偿的相参和非相参结合的方法。接着介绍了
Keystone变换的原理,通过对线性调频信号回波模型的描述,说明了
距离走动产生的原因,介绍了3种Keystone变换进行距离走动校正的
实现方法和步骤,并且通过数据仿真验证了Keystone变换的有效性。
最后提出了一种Keystone变换和相参积累相结合的快速积累的方法,
并通过仿真验证其有效性。 更多还原
【Abstract】 With the rapid development of stealth technology
and LPI radar, weak moving targets detection has been very
important for radar. Key issue of weak moving targets detection
under lower signal noise ratio is managing to enhance the target
echo energy using long time coherent integration. It is simple
to integrate the echo of static target, coherent integration
or no-coherent integration can be straightly performed.
However, for the echo of moving target, range migration due to
the target travel in... 更多还原
【关键词】 微弱目标； 长时间积累； 相参积累； 非相参积累；
Keystone变换；
【Key words】 weak target； Long-Term integration； coherent
integration； non-coherent integration； Keystone transform；
摘要 3-4
Abstract 4
第一章 绪论 7-13
1.1 研究背景和意义 7-10
1.2 本文研究内容和章节安排 10-13
第二章 相参积累方法和非相参积累的方法 13-27
2.1 相参积累的方法 13-16
2.1.1 相参积累的方法的原理 13-14
2.1.2 计算机仿真 14-16
2.2 非相参积累的方法 16-17
2.2.1 非相参积累的方法原理 16
2.2.2 计算机仿真 16-17
2.3 相参积累和非相参积累对信噪比改善的分析 17
2.4 相参积累和非相参积累相结合的方法 17-27
2.4.1 时分包络移位补偿运动方法 18-22
2.4.2 频分包络移位补偿算法 22-25
2.4.3 几种算法的性能分析与比较 25-27
第三章 Keystone变换原理及距离走动产生原因 27-37
3.1 Keystone变换原理 27-28
3.2 目标模型建立 28-37
3.2.1 线性调频信号和脉冲压缩 28-30
3.2.2 脉冲压缩原理 30-32
3.2.3 频域分析距离走动 32-33
3.2.4 时域分析距离走动 33-37
第四章 Keystone变换实现方法 37-57
4.1 Keystone变换校正距离走动 37-38
4.2 Keystone变换实现方法 38-52
4.2.1 Sinc内插算法 38-39
4.2.2 DFT-IFFT算法 39-40
4.2.3 Chirp-Z变换算法 40-42
4.2.4 运算量比较 42-43
4.2.5 计算机仿真数据验证 43-52
4.3 改进Keystone变换算法 52-57
4.3.1 算法的基本原理 52-53
4.3.2 计算机仿真数据验证 53-55
4.3.3 该算法运算量的分析 55-57
第五章 结束语 57-59
5.1 本文内容总结 57
5.2 工作展望 57-59
致谢 59-61
参考文献 61-63