一种基于Keystone变换的运动目标相参积累方法

作者:罗丁利;向聪 刊名:现代雷达 上传者:刘成

【摘要】以宽带线性调频连续波体制雷达为背景,研究了运动目标长时间相参积累时的距离走动和多普勒展宽特性,给出了相应的距离多普勒平面展宽面积与信噪比损失的显式函数,进而提出了一种基于距离-多普勒二维最小波形熵的速度模糊次数寻优准则。结合Keystone变换和CLEAN算法探讨了强杂波背景下的运动目标相参处理流程,最后利用仿真实验验证了文中所提算法的有效性。

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0引言随着宽带技术的发展以及雷达低截获性能的迫切要求,现代雷达通常采用大时宽带宽信号以及较长的相参积累时间,高速运动目标在一个相参处理区间(CPI)内较容易发生越距离单元走动(MTRC)现象,传统处理方法将会导致信噪比的降低以及测距测速精度与分辨力下降。对于分布式目标来讲,距离多普勒展宽将会严重影响成像质量,进而对目标的特征提取以及分类识别带来不利。Keystone变换最早应用在动目标SAR成像领域[1],它可以不需要目标具体速度信息,能够直接实现多个运动目标的距离走动补偿,有效提高了SAR成像质量。目前Keystone变换在MIMO参数估计[2]、微动识别[3]、高超声速雷达目标检测[4]、多帧步进频处理[5]、FMCW-SAR体制下快速运动目标检测与成像[6-7]、运动目标参数估计[8]等方向有着广泛应用;对于Keystone变换的工程实现,赵杰等[9]提出了基于尺度变换的Keystone变换新方法,该方法能够明显减少运算量,抑制了半盲速点效应。清华大学张宁等[10]将Keystone变换应用在空域宽带数字波束形成预处理中,它能够有效补偿宽角扫描下的孔径渡越问题,将宽带数字阵列窄带化,从而大大提高宽带相控阵雷达性能。本文从宽带LFMCW体制雷达的回波模拟出发,给出了Keystone变换在差拍回波慢时间域的实现方法。对于运动目标存在距离走动情况下,详细推导出了距离多普勒展宽面积与信噪比损失函数显式表达式;对于模糊度较高的运动目标,提出了距离多普勒二维波形熵的模糊度寻优准则;对同时存在地物及多次模糊高速目标情况下,给出了基于CLEAN算法的杂波抑制及基于Keystone的走动补偿实现方法,最后算法仿真验证了本文所提算法的有效性。1锯齿波LFMCW雷达信号模型线性调频连续波(LFMCW)体制雷达具有发射功率低、截获概率低、回波信号带宽小、采样率低等突出优点,在高精度测距和成像领域得到广泛应用。锯齿波LFMCW体制雷达系统利用发射信号与接收信号之间的频率差进行测距,扫描周期间进行MTD实现对目标的相参积累,LFMCW工作时序如图1所示。图1 LFMCW工作时序图锯齿波LFMCW信号以重复周期Tp依次发射,假设发射时刻τm=m Tp,m=0,1,2,…表示慢时间,t^表示快时间,全时间t=t^+τm。则发射的锯齿波LFMCW信号表示为st(t^,τm)=rectt^Tp()exp(j2π(fct+12μt^2))(1)式中:fc为载波频率;μ为调频斜率。距离为r0处的目标,其瞬时延时:τ=2r0/c,该目标的接收信号可表示为sr(t^,τm)=rectt^-τTp()exp(j2π(fc(t-τ)+12μ(t^-τ)2))(2)将回波信号与发射信号进行混频,得到去调频后的中频信号。随着目标距离的增大,回波延迟变长,远区目标的距离分辨率下降。系统为了设计方便,将发射信号延迟,时间与距离中心时间对齐,与回波信号进行混频,其参考信号表示如下sref(t^,τm)=rectt^-τrefTref()exp(j2π(fc(t-τref)+12μ(t^-τfef)2))(3)式中:τref=2Rref/c,Rref为场景中心距离;Tref为参考信号的调制周期,一般有Tref=Tp。因而,差频信号可表示为s(t^,τm)=rectt^-τTm()exp(j2π(fc(τ-τref)+jμπ(τ-τref)t^))exp(jμπ(τ2ref-τ2))(4)式中:Tm为目标位于采样波门宽度,相位中的第一相位项为距离与相位历史项,第二相位项为剩余视频相位RVP项,此项为线

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