一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法，本发明专利技术对机动目标的步进频率回波信号进行理论分析，提出求和立方相位函数的参数估计方法，对目标运动参数进行精确估计，然后通过解调频处理完成运动补偿，并通过逆快速傅立叶变换获得目标的高分辨率一维距离像。与现有的步进频率雷达运动补偿算法相比，本发明专利技术进一步考虑了运动加速度对距离像的影响，提出只需一维搜索立方求和相位函数峰值位置对目标进行运动估计和补偿从而实现高分辨率一维成像。本发明专利技术方法使目标的机动运动产生的距离多普勒影响得到了有效改善。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达
，特别是一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法。
技术介绍
雷达是一种能够对目标进行探测、定位和跟踪的无线电装备，具有全天时、全天候和远距离探测的特点。二次大战后，雷达技术得到了迅速发展，已经被广泛应用于军事和民用中。由于早期的雷达分辨目标能力很低，所以在测定观测对象位置及运动特征时，通常将被观察物体看作“点目标”来处理。当两个目标离的比较近时，这种雷达便无法完成识别的任务，更无法得到目标的特征部位。因此，高分辨雷达得到了快速的发展。其中，步进频率雷达信号作为一种重要的高分辨雷达信号受到了广泛应用。步进频率雷达通过发射一串载频均匀跳变的单脉冲来获得等效大带宽，从而获得高距离分辨率。对相参处理后的回波经过离散逆傅立叶变换就可以得到目标的高分辨距离维分布，其幅度即为距离像，通过对距离像的处理可以获得高精度的目标信息。这种信号因发射、接收、处理的瞬时带宽较小，有效降低了雷达发射机和接收机的设计难度和成本，且在一维成像处理和二维成像处理方面有广阔的应用前景，因此得到了广泛的应用。然而，由于步进频率信号带宽大、相干处理周期长的特点，其对目标的径向运动较为敏感，在接收端的回波中存在距离-多普勒耦合现象，给运动目标回波信号处理带来诸多不利影响，主要包括：距离像位移、距离像波形畸变失真、距离分辨力降低等。针对上述问题，近年来国内外专家学者已经提出许多运动补偿的方法，主要包括三类：基于步进频率信号特性、利用图像聚焦测度和参数估计的方法。根据步进频率信号特性提出的算法有频域互相关法，时域互相关法，脉组最小误差法和脉组相位差分法。由于频域互相关法的测速范围很小，所以其应用价值也很小。时域相关法可通过IFFT快速实现，有较好的抗噪声干扰性能，能满足高分辨率距离像不失真的精度要求，但是该方法只适用于目标做径向匀速运动的情况。脉组最小误差法和脉组相位差分法都是通过速度搜索分别找到使相邻脉组信号和其相位之间误差最小的速度值，将其作为速度估计值进行补偿，这两种方法的估计精度都较高，可以推广到径向加速运动的情况，但由于需要进行二维搜索，其运算复杂度大大增加。典型的图像自聚焦方法包括对比度法和最小熵法，但是由于每次搜索都需要进行一次高分辨率距离像成像(即IFFT处理)，这类方法运算量较大，特别是同时考虑速度和加速度的情况下，所以其工程实践价值不够理想。关于参数估计方法的文献有：1.Abatzoglou T J,Gheen G O.Range,radial velocity,and acceleration MLE using radar LFM pulse train；2.Y.Liu,H.Meng,G.Li and X.Wang.Range-Velocity Estimation of Multiple Targets in Randomised Stepped-Frequency Radar.文献[1]和[2]提出了目标距离，速度及加速度的极大似然估计方法，其中，Abatzoglou指出极大似然估计方法的估计性能与是否存在孤立主散射中心有很大的关系，其该方法的实现过程复杂，实际可操作能力较低。另外，由于目标运动速度造成的二次相位项实际上是一个线性调频项，因此可以采用时频分析工具进行参数估计，但是其运算量普遍较大，不利于实时处理。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法，本专利技术采用一阶差分运算，将目标回波相位从三阶降到二阶，然后进行两次ICPF估计运动参数，可以完成高精度的运动补偿，最后经过IFFT处理后就可以得到距离像的高分辨成像。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本专利技术提出的一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法，包括以下步骤：步骤一、根据步进频率回波模型，对脉组内目标回波信号进行一阶差分运算，实现回波相位降阶，得到降阶处理后的回波信号；步骤二、计算步骤一中降阶处理后的回波信号的求和立方相位函数ICPF，搜索ICPF峰值位置得到回波信号的瞬时调频率值，再根据加速度与瞬时调频率的关系估计出加速度值；步骤三、将步骤二中估计出的加速度值通过解调频处理进行补偿，得到补偿后的剩余信号，再根据速度与剩余信号调频率的关系对速度进行估计，并进行速度补偿，得到补偿后的回波信号；步骤四、将步骤三中得到的补偿后的回波信号进行逆快速傅立叶变换IFFT，获得步进频率信号的高分辨率距离像。作为本专利技术所述的一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法进一步优化方案，步骤一中对脉组内目标回波直接进行一阶差分运算，差分运算表示为：Δso(k)＝so(k)so(k+1)*；其中，so(k)为第k个子脉冲的回波信号，so(k+1)为第k+1个子脉冲回波信号，Δso(k)为一阶差分运算后的第k个子脉冲回波信号，*为求复共轭。作为本专利技术所述的一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法进一步优化方案，所述步骤二中估计出加速度值的具体方法如下：根据步骤一中降阶处理后的回波信号的ICPF在调频率维存在最大值的性质，在调频率维进行一维搜索峰值位置，获得回波信号瞬时调频率值，再根据加速度与瞬时调频率的关系进而估计出加速度值。作为本专利技术所述的一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法进一步优化方案，加速度与瞬时调频率的关系为： I F R ( t ) = d 2 Ψ ( t ) dt 2 = 3 T r 2 f p a 2 ]]>其中，IFR(t)为瞬时调频率，Ψ(t)为回波相位，t为采样时间，Tr为步进频率信号的脉冲重复周期，fp为频率步进量，a为目标径向运动加速度。作为本专利技术所述的一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法进一步优化方案，所述步骤三中速度与剩余信号调频率的关系为 I F R ( t ) = d 2 Ψ ( t ) dt 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据步进频率回波模型，对脉组内目标回波信号进行一阶差分运算，实现回波相位降阶，得到降阶处理后的回波信号；步骤二、计算步骤一中降阶处理后的回波信号的求和立方相位函数ICPF，搜索ICPF峰值位置得到回波信号的瞬时调频率值，再根据加速度与瞬时调频率的关系估计出加速度值；步骤三、将步骤二中估计出的加速度值通过解调频处理进行补偿，得到补偿后的剩余信号，再根据速度与剩余信号调频率的关系对速度进行估计，并进行速度补偿，得到补偿后的回波信号；步骤四、将步骤三中得到的补偿后的回波信号进行逆快速傅立叶变换IFFT，获得步进频率信号的高分辨率距离像。

【技术特征摘要】
1.一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据步进频率回波模型，对脉组内目标回波信号进行一阶差分运算，实现回波相位降阶，得到降阶处理后的回波信号；步骤二、计算步骤一中降阶处理后的回波信号的求和立方相位函数ICPF，搜索ICPF峰值位置得到回波信号的瞬时调频率值，再根据加速度与瞬时调频率的关系估计出加速度值；步骤三、将步骤二中估计出的加速度值通过解调频处理进行补偿，得到补偿后的剩余信号，再根据速度与剩余信号调频率的关系对速度进行估计，并进行速度补偿，得到补偿后的回波信号；步骤四、将步骤三中得到的补偿后的回波信号进行逆快速傅立叶变换IFFT，获得步进频率信号的高分辨率距离像。2.根据权利要求1所述的一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法，其特征在于，步骤一中对脉组内目标回波直接进行一阶差分运算，差分运算表示为：Δso(k)＝so(k)so(k+1)*；其中，so(k)为第k个子脉冲的回波信号，so(k+1)为第k+1个子脉冲回波信号，Δso(k)为一阶差分运算后的第k个子脉冲回波信号，*为求复共轭。3.根据权利要求1所述的一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法，其特征在于，所述步骤二中估计出加速度值的具体方法如下：根据步骤一中降阶处理后的回波信号的ICPF在调频率维存在最大值的性质，在调频率维进行一维搜索峰值位置，获得回波信号瞬时调频率值，再根据加速度与瞬时调频率的关系进而估计出加速度值。4.根据权利要求3所述的一种基于ICPF的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法，其特征在于，加速度与瞬时调频率的关系为： I F R ( t ) = ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昕，杨骏泽，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32