专利名称：基于虚拟时间采样与wvd变换的空中机动目标检测方法
技术领域：
本发明属于雷达信号处理技术领域，特别是涉及一种基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法。
背景技术：
由于载机平台机载预警雷达是以高空飞行的飞机为载体，因此具有探测距离远、覆盖范围大、机动灵活等特点。但由于其处于下视工作状态，面临着比地基雷达更复杂的地(海)杂波问题，杂波不仅分布范围广，强度大，而且呈现空时二维耦合分布特性，从而导致目标常淹没在强杂波背景中，因此检测目标能力受到严重影响。空时二维自适应处理(Space-Time Adaptive Processing, STAP)是一种有效的机载预警雷达地杂波抑制手段，但是传统的STAP方法都是假设在相干处理时间(Coherent Processing Interval, CPI)内目标回波多普勒频率恒定。当来袭目标具有很强的机动性时，其在一个CPI内目标回波多普勒频率随时间发生变化，即发生多普勒走动，使得传统的STAP方法相参积累性能大大下降，从而导致目标检测能力下降。通常情况下，空中机动目标的三种运动方式分别为匀加速直线运动，变加速直线运动和转动运动。当机动目标做匀加速运动时，目标回波信号为线性调频(LinearFrequencyModulation, LFM)信号。近年来，基于各种时频分析工具的LFM信号的检测与参数估计方法不断出现，包括短时Fourier变换(STFT)，小波变换和Wigner-Ville分布(WVD)等。其中STFT是最简单的时频分析方法，但STFT的时频分辨率会受到观察窗的影响，因而分辨率不高。另外，有噪声的情况下LFM信号的小波变换受噪声影响严重。由于WVD是一种时频分辨率较高的双线性时频分布，且理想的线性调频信号(LFM)的Wigner-Ville分布是一条直线，因此WVD在检测和估计线性调频信号方面得到了广泛应用。然而，直接利用WVD来估计机动目标参数时需要较多的采样点数，否则参数估计精度不高。因此，该类方法在地基雷达和合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)中应用比较广泛(原因是地基雷达和SAR发射的脉冲数相对较多)。而当机载预警雷达的脉冲重复频率一定时，较多的采样点数意味着CPI加长，这会引起杂波和目标的距离走动，给后续处理带来更大困难。因此，不能直接应用WVD来检测空中机动目标。

发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够提高参数估计精度的基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法。为了达到上述目的，本发明提供的基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法包括按顺序进行的下列步骤I)对机载预警雷达接收到的总回波数据进行杂波抑制的SI阶段；2)确定目标参数二维搜索范围的S2阶段；3)利用多阵元数据完成虚拟时间采样的S3阶段；
4)对虚拟时间采样后的数据进行WVD变换，以构造代价函数，由此得到目标参数估计结果的S4阶段。在步骤I)中，所述的对机载预警雷达接收到的总回波数据进行杂波抑制的方法是利用子空间投影技术对机载预警雷达接收到的总回波数据进行杂波抑制，即将待检测单元数据投影到杂波子空间的正交子空间中，得到投影后的无杂波数据。在步骤2)中，所述的确定目标参数二维搜索范围的方法是利用非相干积累法粗略地估计出目标信号的初始速度和加速度，确定一个目标参数的二维搜索范围。在步骤3)中，所述的利用多阵元数据完成虚拟时间采样的方法是对多个阵元杂波抑制后的数据进行相位补偿，并将相位补偿后的各阵元数据首尾拼接，等效于增加单个阵元脉冲点数的效果，进而完成虚拟时间采样。在步骤4)中，所述的对虚拟时间采样后的数据进行WVD变换，以构造代价函数，由此得到目标参数估计结果的方法是对虚拟时间采样的数据进行WVD变换，构造出代价函数，则代价函数取得最大值时所对应的参数即为目标估计结果。本发明提供的基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法是对多阵元杂波抑制后的数据进行虚拟时间采样，等效于增加了单个阵元的时间采样点数的效果，提高了参数的估计精度，并对其进行WVD变换，以构造代价函数，搜索得到代价函数最大值对应的参数即为目标参数的估计结果。本发明能够在脉冲点数有限的情况下得到精确的估计结果。


图1为本发明基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法流程图。图2(a)为N个阵元数据拼接前时频图(N = 4)。图2(b)为N个阵元数据拼接后时频图(N = 4)。图3 (a)为N个阵元数据拼接前相位图(N = 2)。图3 (b)为N个阵元数据拼接后相位图(N = 2)。图4为杂波抑制前的总功率谱。图5为本发明方法处理补偿加速度前的功率谱。图6为本发明方法处理补偿加速度后的功率谱。图7为本发明补偿前后对比的二维功率谱(cos Ψ = O)。图8为单个阵元回波信号进行WVD变换后等高线图。图9为N个阵元虚拟时间采样后的回波信号进行WVD变换后等高线图(N = 8)。图10为单个阵元回波信号进行WVD变换后三维图。图11为N个阵元虚拟时间采样后的回波信号进行WVD变换后三维图(N = 8)。具体实施方法下面结合附图和具体实例对本发明提供的基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法进行详细说明。如图1所示，本发明提供的基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法包括按顺序进行的下列步骤I)对机载预警雷达接收到的总回波数据进行杂波抑制的SI阶段
在此阶段中，本发明利用子空间投影技术对机载预警雷达接收到的总回波数据进行杂波抑制，将待检测单元数据投影到杂波子空间的正交子空间中，得到投影后的无杂波数据。杂波加噪声协方差矩阵R为
权利要求
1.一种基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法，其特征在于，所述的基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法包括按顺序进行的下列步骤 1)对机载预警雷达接收到的总回波数据进行杂波抑制的SI阶段； 2)确定目标参数二维搜索范围的S2阶段； 3)利用多阵元数据完成虚拟时间采样的S3阶段； 4)对虚拟时间采样后的数据进行WVD变换，以构造代价函数，由此得到目标参数估计结果的S4阶段。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法，其特征在于在步骤I)中，所述的对机载预警雷达接收到的总回波数据进行杂波抑制的方法是利用子空间投影技术对机载预警雷达接收到的总回波数据进行杂波抑制，即将待检测单元数据投影到杂波子空间的正交子空间中，得到投影后的无杂波数据。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法，其特征在于在步骤2)中，所述的确定目标参数二维搜索范围的方法是利用非相干积累法粗略地估计出目标信号的初始速度和加速度，确定一个目标参数的二维搜索范围。
4.根据权利要求1所述的基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法，其特征在于在步骤3)中，所述的利用多阵元数据完成虚拟时间采样的方法是对多个阵元杂波抑制后的数据进行相位补偿，并将相位补偿后的各阵元数据首尾拼接，等效于增加单个阵元脉冲点数的效果，进而完成虚拟时间采样。
5.根据权利要求1所述的基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法，其特征在于在步骤4)中，所述的对虚拟时间采样后的数据进行WVD变换，以构造代价函数，由此得到目标参数估计结果的方法是对虚拟时间采样数据进行WVD变换，构造出代价函数，则代价函数取得最大值时所对应的参数即为目标估计结果。
全文摘要
一种基于虚拟时间采样与WVD变换的空中机动目标检测方法。其包括1)对机载预警雷达接收到的总回波数据进行杂波抑制的S1阶段；2)确定目标参数二维搜索范围的S2阶段；3)利用多阵元数据完成虚拟时间采样的S3阶段；4)对虚拟时间采样后的数据进行WVD变换，以构造代价函数，由此得到目标参数估计结果的S4阶段。本发明方法是对多阵元杂波抑制后的数据进行虚拟时间采样，等效于增加了单个阵元的时间采样点数的效果，提高了参数的估计精度，并对其进行WVD变换，以构造代价函数，搜索得到代价函数最大值对应的参数即为目标参数的估计结果。本发明能够在脉冲点数有限的情况下得到精确的估计结果。
文档编号G01S13/00GK103033801SQ20121055384
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者李海, 吴仁彪, 郑景忠, 孙沂, 王小寒 申请人:中国民航大学