一种基于TRT-SKT-HAF的变加速目标快速相参积累算法

在雷达高速机动目标的检测中,目标的运动特性会带来距离走动和多普勒徙动现象,不利于后续进行相参积累。传统算法为解决目标运动造成的影响,需要对目标的运动参数进行搜索,加大了计算量。针对上述问题,文中提出了一种基于慢时间序列反转变换(TRT)-二阶keystone变换(SKT)-高阶模糊函数(HAF)的变加速目标快速相参积累算法。该算法通过TRT和SKT校正距离走动,利用HAF估计目标加速度并构建相位补偿函数以校正多普勒徙动。与广义Radon-Fourier变换相比,所提方法无需进行任何参数搜索,计算复杂度减少了3个数量级。仿真结果表明,所提方法在检测门限上相比于Radon分数阶模糊函数算法降低了5 dB,在低信噪比下有更好的检测性能。     

基于STFT和Hough变换的高频雷达机动目标检测

高频雷达回波中存在强大的地海杂波及各种高频干扰,一般通过空、时、频三维处理实现目标的检测。对于机动目标,该方法在两方面存在缺陷。其一,机动目标回波在相干积累时间内相位呈非线性变化,导致多普勒频谱展宽、检测性能下降。其二,上述处理过程不能获得目标的加速度。本文针对上述缺陷提出了基于STFT和Hough变换的高频雷达机动目标检测方法。其中,STFT用于获得目标回波的时频谱,而Hough变换通过对目标的时频"谱脊"进行非相干积累实现目标的检测并估计其速度和加速度。理论分析和数据处理结果均表明该方法在高频雷达机动目标检测方面性能良好。     

基于HT-MDCFT的高速机动目标运动参数估计

针对低信噪比条件下高速机动目标运动参数估计问题,将Hough变换(HT)和修正离散线性调频傅里叶变换(MDCFT)相结合,提出一种新的雷达信号处理算法(HMDCFT)。该算法首先采用Hough变换,从距离像图像中提取目标运动轨迹特征,校正距离走动并解速度模糊;然后利用MDCFT校正多普勒频率徙动,估计目标运动参数;最后沿估计的目标运动轨迹对回波能量进行相参积累。数值实验表明,该方法具有优越的抗噪声能力和运动参数估计性能。相比于利用距离像间相关性的包络互相关法,其抗噪声能力提升了约17.6 dB;即使雷达回波输入信噪比低至-35 dB,该方法仍可精确估计目标运动参数,充分聚焦目标回波能量。     

结合CPT的相控阵空中高机动目标参数估计

针对高机动目标多谱勒走动使得传统方法检测和参数估计性能下降的问题,提出了一种最优处理器框架下的结合三次相位变换(Cubic Phase Transform,CPT)的相控阵雷达空中高机动目标参数估计方法,该方法将三次相位变换引入相控阵体制,利用相控阵体制下回波相位的相关性,补偿接收信号空间相位,实现接收信号的相干积累,然后通过求取补偿后信号的相位函数矩阵,实现信号的参数分离,最后进行参数估计。仿真结果证明,该算法能够在输入信噪比较低、采样脉冲较少的情况下,获得较高的参数估计结果。      

分离参数的空中机动目标参数估计方法

本文提出一种基于三次相位变换(Cubic Phase Transform, CPT)和匹配滤波的机载前视阵雷达机动目标参数估计方法。该方法首先补偿目标回波信号的空间相位并进行空域相干积累,以此提高输出信杂噪比;然后采用CPT实现待估参数分离,将二维联合估计分为两个一维估计,降低算法复杂度;最后重构目标信号并通过匹配滤波完成机动目标的参数估计。该方法复杂度低,在低信噪比下的参数估计性能接近克拉美罗下界(Cramér-Rao Lower Bound, CRLB)。数值仿真结果验证了所提方法的有效性。      

利用改进频域补偿和分数阶Fourier变换的多帧相参TBD方法

天基雷达接收空间高速机动目标的多帧回波数据,本文提出一种利用改进频域补偿和分数阶Fourier变换的多帧相参TBD方法用于目标参数估计。该方法利用改进的频域补偿方法将各数据帧中出现距离徙动的目标回波信号校正到一个距离单元中,然后在补偿由于不同数据帧带来的固有相位差基础上对一个距离单元内数据做分数阶Fourier变换而用于目标参数估计。该方法充分利用多帧回波数据间的相位信息,避免了常规检测前跟踪方法由于帧间非相参积累所导致的能量积累损失问题,在低信噪比的情况下能够获得较高的参数估计性能。仿真结果证明了所提方法的有效性。      

采用二阶Keystone变换的机动目标ISAR成像算法

针对具有复杂运动的机动目标在相干成像时间内产生的一阶距离徙动和二阶距离徙动的问题,本文提出了基于二阶keystone变换的二维ISAR成像算法。文章首先结合去调频接收机技术,建立并分析了机动目标的回波信号模型,并对回波信号使用二阶keystone变换以去除二阶距离徙动。然后,采用分数阶傅里叶变换（FrFT）估计二阶keystone变换后新生成的二次相位项的调频斜率,并依此补偿该二次相位项。对补偿后的回波信号再次使用二阶keystone变换去除一阶距离徙动。最后,对回波信号使用2D FFT获取机动目标的高分辨2D ISAR图像。数值仿真和实测数据成像结果验证了本算法的有效性。      

基于小波变换相干积累的微弱信号检测

在低信噪比下检测信号的方法倍受关注。本文提出基于小波变换的信号相干积累方法,利用小波变换的子带编码理论,通过在多个子带中进行相干积累。积累后的信号再用周期谱方法进行估计,证明该方法可进一步改善信号的检测能力。文中以脉冲雷达回波信号和相位码信号为例。仿真结果表明,这种方法能在-19db信噪比(雷达回波)和-22db信噪比(相位码信号)下检测信号。     

基于小波变换相干积累的微弱信号检测

在低信噪比下检测信号的方法倍受关注。本文提出基于小波变换的信号相干积累方法。利用小波变换的子带编码理论，通过在多个子带中进行相干积累。积累后的信号再用周期谱方法进行估计，证明该方法可进一步改善信号的检测能力。文中以脉冲雷达回波信号和相位码信号为例。仿真结果表明，这种方法能在-19db信噪比(雷达回波)和-22db信噪比(相位码信号)下检测信号。     

一种天波超视距雷达电离层相位污染的校正算法

在天波超视距雷达(OTHR)中,机动目标的多普勒谱展宽,会导致相干积累损失,影响目标检测。传统的时频分析方法将目标回波信号投射到时频域中再通过能量积累实现机动目标检测和参数估计,但该方法在瞬态干扰存在的情况下效果较差且计算量过大。考虑到机动目标和瞬态干扰在时间-频率变化率域中的不同特性,提出了一种基于时间-频率变化率分布(TFRD)的机动目标检测算法,该算法通过TFRD构建时间-频率变化率(T-FR)域,并在T-FR域中进行目标参数估计,可以降低瞬态干扰对机动目标检测的影响。经实测数据仿真验证,该算法可以在瞬态干扰存在的情况下有效地检测出机动目标,而传统的WHT(Wigner-Hough-Transform)算法则由于瞬态干扰影响导致检测错误。此外,该文算法避免了使用Hough变换,减小了运算量,使其可以更好地应用于工程中。     

高速高机动弱小目标检测方法研究

本文针对高速高机动弱小目标检测中的距离走动和多普勒走动问题,提出一种多普勒频率补偿加尺度变换的目标检测方法.首先通过多普勒频率估计构建多普勒频率补偿函数,消除速度引起距离走动的影响,其次采用尺度变换方法消除多普勒调频率的影响,从而使积累时间不再受目标运动的限制.该方法无需多普勒调频率估计,解决了传统弱小目标检测方法中多普勒调频率估计准确性问题.在进行多普勒频率估计时,提出一种无模糊多普勒频率估计方法,该方法避免了模糊因子估计,大大减小了计算量,同时降低了对输入信噪比的要求,且有利于多目标情况.仿真结果验证了所提方法大大提高了高速高机动弱小目标的检测性能.     

基于全相位FFT的多普勒补偿算法及实现

为了解决二相编码雷达高度表回波信号在波形匹配滤波处理时存在的多普勒失配问题,建立了雷达高度表大地回波模型,在深入分析回波功率分布和回波矩阵相位特征的基础上,提出了基于全相位FFT的回波多普勒检测和补偿算法,该算法利用全相位FFT变换测量回波矩阵相邻距离单元相位差值,通过相位差值求得多普勒频率以及相位补偿因子。仿真和实验表明:多普勒检测误差小于0.3 Hz,可有效进行相位补偿。     

Radon-Wigner变换法加速目标多普勒回波提取

目标加速运动会使雷达回波多普勒频谱展宽,导致傅里叶频谱分析方法信噪比下降、分辨率降低。为此给出了基于Radon-Wigner变换(RWT)的加速目标脉冲多普勒回波提取方法。论述了加速机动目标的脉冲多普勒雷达回波模型和傅里叶变换频谱分析方法,给出了基于RWT的雷达多普勒二次相位信号提取方法。对傅里叶变换和RWT方法进行了仿真比较,表明RWT具有较强的输出信噪比和速度加速度分辨能力。     

宽带变多通道窄带信号检测高速目标算法

高速目标的宽带信号回波产生的目标距离走动会导致传统动目标检测相参积累信噪比损失较大. Keystone变换以及相关改进算法虽然能够校正目标距离走动, 但该类算法需要预先估计目标较为精确的多普勒速度, 难于应用到实际工程中.文中采用一种宽带线性调频信号变多通道窄带信号处理方法, 在没有目标速度先验知识的情况下, 能够对高速目标回波信号能量进行有效积累, 从而提高目标检测性能.给出了算法框图, 经仿真验证该方法有效.     

基于包络插值移位补偿的高速运动目标的积累检测算法研究

本文针对Chirp雷达在低信噪比下对高速运动目标的有效积累检测问题,首先分析Chirp雷达运动目标的回波特性,指出包络走动是影响高速运动目标积累性能的主要因素,然后提出“基于包络插值补偿的相参积累”检测算法来解决这一问题。Monte Carlo仿真实验表明,在信噪比-8dB的条件下,采用该算法,对高速运动目标的检测性能可以达到在虚警概率为10-6时截获概率大于95%,证明了本算法的有效性。     

基于线性拟合的包络走动补偿方法

在低信噪比情况下,信号长时间能量积累是检测目标的一种手段。对于长时间能量积累,系统往往面临3个问题,即距离走动、多普勒漂移、波束跨越。信号处理时,必须首先把所有目标回波包络都校正到同一距离单元上,然后利用动目标检测(MTD)或者联合时频变换等方法来完成回波能量积累和检测。通常Keystone变换是完成距离走动补偿的一种有效方法,但其计算量较大,实时性差。提出了一种基于线性拟合的距离走动补偿算法,利用曲线拟合的思想来完成包络走动补偿,仿真结果验证了该方法的有效性,同时表明其具有更好的实时处理性能。     

高机动目标对雷达检测的影响分析

针对无人飞机、导弹、卫星等高速目标机动飞行的特点,分析了目标飞行过程中相对雷达径向速度、径向加速度以及加加速度随时间的变换关系,并利用高次幂相位回波信号建立了信号模型,研究了高次相位对常规方法进行目标检测的影响,获得了最佳积累脉冲数与信噪比、加加速度的关系;最后,提出一种利用短时分数阶傅里叶变换(STFRFT)对三次相位信号进行分析和参数估计的方法,仿真表明该算法处理性能高于傅里叶变换,可为实际雷达检测高机动目标提供理论参考。     

调频连续波相干激光雷达的多脉冲频域相干累积研究

针对相干激光雷达在低空、远距离、高动态目标探测等应用场景中存在的弱信号探测问题,基于调频连续波相干激光雷达,采用多脉冲频域相干累积方法提高激光雷达弱回波信号的信噪比。结合调频连续波理论,分析了信号幅度起伏和相位起伏对多脉冲频域相干累积信噪比效果的影响,实验结果表明,经过M脉冲周期的频域相干累积,微弱回波信号对数信噪比可提升10lg M dB,并且信号幅度起伏、相位起伏可导致多脉冲相干累积信噪比低于理想相干累积信噪比,对于均值分别为2.25×10^-4、1.65×10^-4和相对起伏幅度分别为0.69、0.93的回波信号而言,相位补偿后的回波信号在50脉冲周期内相干累积信噪比的误差因子最大为0.57%、0.3%,该多脉冲频域相干累积方法对相干激光雷达在远距离目标探测、微弱信号接收方面的应用具有重要意义。     

基于HAF估计的超宽带LFM信号距离像频域校正

为更准确且简洁地表达超宽带的线性调频(LFM)信号的非线性相位,文中采用一种高阶模糊函数,而不是经典的泰勒展开来表达非线性相位多项式,并用高阶模糊函数(HAF)法估计非线性相位多项式系数。针对因目标延时不同导致的非线性程度不同的问题,采用了一种频域校正法补偿回波的非线性相位,一次性完成不同距离目标的一维距离像聚焦,无需对不同距离目标分别进行校正处理,算法效率大大提高。     

基于修正自适应匹配滤波器的机动目标检测方法

机动目标回波的多普勒走动和训练样本不足导致常规自适应匹配滤波器(Adaptive Matched Filter, AMF)检测机动目标时运算量大且性能不佳。针对此问题, 该文提出一种基于修正AMF的机动目标检测方法。该方法首先通过对角加载减少样本空间自由度, 从而降低对训练样本数的需求;然后以3次相位变换(Cubic Phase Transform, CPT)分离估计加速度, 并以估计值补偿多普勒走动, 降低联合匹配搜索维度, 进而减少运算量;最后进行积累检测。仿真结果表明, 该方法运算量低, 可实现小样本下机动目标的有效检测, 具有恒虚警(Constant False Alarm Rate, CFAR)特性。