一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，其思路为：建立双基地观测模型，其中包括发射源、接收站，双基地观测模型的检测区域内存在目标，接收站接收信号，在接收站接收的信号中获取直达波信号和含有干扰信号的目标回波信号，并依次得到杂波抑制处理后的目标回波信号、距离‑多普勒二维相关矩阵和距离‑多普勒二维相关处理后含高阶相位的距离‑多普勒二维相关矩阵，进而分别得到目标在时延维的峰值位置处对应的距离‑多普勒二维矩阵和优化相位误差矩阵，使用优化相位误差矩阵对目标在时延维的峰值位置处对应的距离‑多普勒二维矩阵进行多普勒扩散补偿处理，得到多普勒扩散补偿后目标的多普勒频率。

【技术实现步骤摘要】
一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法
本专利技术属于雷达信号处理
，特别涉及一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，适用于对检测目标时多普勒维的扩散现象进行补偿，也用于提高双基地数字电视外辐射源雷达的目标检测性能。
技术介绍
外辐射源雷达是指利用广播、通信、电视等非合作的辐射源信号对目标将进行检测，是一种收发分置的双多基地雷达体系,双多基地雷达具有抗电子侦察、抗干扰、抗摧毁、抗超低突防、抗隐形的特点，在电子战中具有较大的优势和潜力。数字电视信号是普通民用照射源，作为外辐射源应用于目标检测，具有发射机功率稳定、低空覆盖良好、信号带宽大等优点，因此基于数字电视信号的外辐射源雷达具有重要的研究意义。在外辐射源雷达系统中为提高目标的积累增益常采用长时间的相参积累方法，并且长时间相参积累能改善杂波抑制性能和多普勒分辨率；在外辐射源雷达中如果观测时间很短，可以认为目标是匀速运动，然而随着积累时间的增加则不能再将目标看成是匀速运动，在信号处理时需要考虑目标的机动运动特征，此时使用常规的雷达信号处理方法进行目标检测时，会在检测结果的多普勒维产生相位扩散，降低了目标检测的性能。所以解决多普勒扩散的问题，对提高外辐射源目标检测的性能具有重要意义。对于多普勒扩散的问题，目前已有一些相位误差补偿的方法，这些已有的方法较多采用参数化的估计方式，用有限项多项式的形式近似相位误差，通过估计多项式的系数来估计相位误差，进而完成相位误差的补偿；然而这种参数化方法只能对缓变的相位误差进行估计，而且并不能完全补偿相位误差，因为实际的相位误差是无穷项的多项式而不能仅用有限项去描述。所以，现有的这些参数估计的补偿相位误差的方法只能针对特定条件的相位使用并且还存在补偿不完全的缺点。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术目的在于提出一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，该种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法是一种基于迭代的非参数估计的相位补偿方法，能够提高多普勒维目标检测的性能。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，包括以下步骤：步骤1，建立双基地观测模型，所述双基地观测模型包括发射源、接收站，发射源为数字电视外辐射源，接收站为车载接收站，双基地观测模型的检测区域内存在目标，发射源发射数字电视外辐射源信号，接收站接收信号，接收站接收的信号包括目标回波信号、多径杂波与噪声、直达波信号；步骤2，根据双基地观测模型，在接收站接收的信号中获取直达波信号和含有干扰信号的目标回波信号，所述含有干扰信号的目标回波信号包含多径杂波与噪声、直达波信号和目标回波信号，并将获取的直达波信号记为参考信号Sref(t)，t为时间变量；步骤3，对含有干扰信号的目标回波信号进行杂波抑制处理，去除含有干扰信号的目标回波信号中包含的多径杂波与噪声、直达波信号，进而得到杂波抑制处理后的目标回波信号；步骤4，对杂波抑制处理后的目标回波信号与参考信号进行距离-多普勒二维相关处理，得到距离-多普勒二维相关矩阵；步骤5，将目标的双基地距离表示为r(t)，并根据距离-多普勒二维相关矩阵，得到距离-多普勒二维相关处理后含高阶相位的距离-多普勒二维相关矩阵；步骤6，定义均方误差函数，并根据距离-多普勒二维相关处理后含高阶相位的距离-多普勒二维相关矩阵，分别得到目标在时延维的峰值位置处对应的距离-多普勒二维矩阵和优化相位误差矩阵；步骤7，使用优化相位误差矩阵对目标在时延维的峰值位置处对应的距离-多普勒二维矩阵进行多普勒扩散补偿处理，进而得到多普勒扩散补偿后目标的多普勒频率。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1)本专利技术通过定点迭代算法，能够补偿在非匀速运动状态即存在加速度以及高阶加速度的情况下对目标进行检测时造成的相位误差影响，克服了现有技术不考虑回波相位误差而导致的目标检测在多普勒维的相位扩散问题，提高了数字电视外辐射源雷达目标检测系统的性能。2)本专利技术通过定义均方误差函数，约束均方误差函数相对于相位变量的最小化，利用最小二乘算法估算相位误差，进而补偿相位误差，实现了高性能目标检测。3)本专利技术属于非参数估计的算法实现，在实现相位误差补偿的过程中不局限于相位误差的类型，即相位误差是随机的，而现有的一些相位误差方法只是针对参数化多项式的相位误差类型进行估计和补偿，使用时具有局限性，本专利技术的适用条件更广优于现有的参数估计方法。附图说明图1为本专利技术的一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法的实现流程图；图2为本专利技术中的双基地观测模型图；图3a为目标检测的距离-多普勒二维结果示意图；图3b为目标检测的多普勒维结果示意图；图4a为相位补偿后目标检测的距离-多普勒二维结果示意图；图4b为相位补偿后目标检测的多普勒维结果示意图图5为使用本专利技术方法得到的均方误差收敛性能曲线图。具体实施方式参照图1，为本专利技术的一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法的实现流程图；其中所述非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，是在双基地数字电视外辐射源雷达检测下的多普勒扩散的相位补偿方法，其实现步骤如下：步骤1，建立双基地观测模型，所述双基地观测模型包括发射源、接收站，发射源为数字电视外辐射源，接收站为车载接收站，双基地观测模型的检测区域内存在目标，发射源发射数字电视外辐射源信号，接收站接收信号，接收站接收的信号包括目标回波信号、多径杂波与噪声、直达波信号。具体地，本实施例选取频率为750MHz的数字电视外辐射源作为双基地观测模型的发射源，将车载接收站作为接收站，构建双基地观测模型，如图2所示。参照图2，为本专利技术中的双基地观测模型图；如图2所示的双基地观测模型中包括发射源、接收站，发射源为数字电视外辐射源，接收站为车载接收站，双基地观测模型的检测区域内存在目标，发射源发射数字电视外辐射源信号，接收站包括两路接收天线接收信号，其中两路接收天线分别为参考天线和目标回波天线，接收站中目标回波天线接收的信号包括目标回波信号、多径杂波与噪声、直达波信号，所述目标回波信号为发射源发射的数字电视外辐射源信号到达目标后反射至接收站形成的信号，所述多径杂波与噪声为发射源发射的数字电视外辐射源信号到达除目标以外的障碍物(如地面上各种位置固定不变的建筑物、森林或高山)反射回来后形成的信号，所述直达波信号为发射源发射的数字电视外辐射源信号直接到达接收站形成的信号；接收站中参考天线接收的信号为直达波信号，所述直达波信号为发射源发射的数字电视外辐射源信号直接到达接收站形成的信号。步骤2，根据双基地观测模型，在接收站接收的信号中获取直达波信号和含有干扰信号的目标回波信号，所述含有干扰信号的目标回波信号包含多径杂波与噪声、直达波信号和目标回波信号，并将获取的直达波信号记为参考信号Sref(t)，t为时间变量。其中，接收站包括参考天线和目标回波天线，参考天线接收直达波信号，目标回波天线接收含有干扰信号的目标回波信号，所述含有干扰信号的目标回波信号包含多径杂波与噪声、直达波信号和目标回波信号，且所述含有干扰信号的目标回波信号是连续基带信号，其中干扰信号为多径杂波与噪声、直达波信号。将参考天线接收的直达波信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立双基地观测模型，所述双基地观测模型包括发射源、接收站，发射源为数字电视外辐射源，接收站为车载接收站，双基地观测模型的检测区域内存在目标，发射源发射数字电视外辐射源信号，接收站接收信号，接收站接收的信号包括目标回波信号、多径杂波与噪声、直达波信号；步骤2，根据双基地观测模型，在接收站接收的信号中获取直达波信号和含有干扰信号的目标回波信号，所述含有干扰信号的目标回波信号包含多径杂波与噪声、直达波信号和目标回波信号，并将获取的直达波信号记为参考信号Sref(t)，t为时间变量；步骤3，对含有干扰信号的目标回波信号进行杂波抑制处理，去除含有干扰信号的目标回波信号中包含的多径杂波与噪声、直达波信号，进而得到杂波抑制处理后的目标回波信号；步骤4，对杂波抑制处理后的目标回波信号与参考信号进行距离‑多普勒二维相关处理，得到距离‑多普勒二维相关矩阵；步骤5，将目标的双基地距离表示为r(t)，并根据距离‑多普勒二维相关矩阵，得到距离‑多普勒二维相关处理后含高阶相位的距离‑多普勒二维相关矩阵；步骤6，定义均方误差函数，并根据距离‑多普勒二维相关处理后含高阶相位的距离‑多普勒二维相关矩阵，分别得到目标在时延维的峰值位置处对应的距离‑多普勒二维矩阵和优化相位误差矩阵；步骤7，使用优化相位误差矩阵对目标在时延维的峰值位置处对应的距离‑多普勒二维矩阵进行多普勒扩散补偿处理，进而得到多普勒扩散补偿后目标的多普勒频率。...

【技术特征摘要】
1.一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立双基地观测模型，所述双基地观测模型包括发射源、接收站，发射源为数字电视外辐射源，接收站为车载接收站，双基地观测模型的检测区域内存在目标，发射源发射数字电视外辐射源信号，接收站接收信号，接收站接收的信号包括目标回波信号、多径杂波与噪声、直达波信号；步骤2，根据双基地观测模型，在接收站接收的信号中获取直达波信号和含有干扰信号的目标回波信号，所述含有干扰信号的目标回波信号包含多径杂波与噪声、直达波信号和目标回波信号，并将获取的直达波信号记为参考信号Sref(t)，t为时间变量；步骤3，对含有干扰信号的目标回波信号进行杂波抑制处理，去除含有干扰信号的目标回波信号中包含的多径杂波与噪声、直达波信号，进而得到杂波抑制处理后的目标回波信号；步骤4，对杂波抑制处理后的目标回波信号与参考信号进行距离-多普勒二维相关处理，得到距离-多普勒二维相关矩阵；步骤5，将目标的双基地距离表示为r(t)，并根据距离-多普勒二维相关矩阵，得到距离-多普勒二维相关处理后含高阶相位的距离-多普勒二维相关矩阵；步骤6，定义均方误差函数，并根据距离-多普勒二维相关处理后含高阶相位的距离-多普勒二维相关矩阵，分别得到目标在时延维的峰值位置处对应的距离-多普勒二维矩阵和优化相位误差矩阵；步骤7，使用优化相位误差矩阵对目标在时延维的峰值位置处对应的距离-多普勒二维矩阵进行多普勒扩散补偿处理，进而得到多普勒扩散补偿后目标的多普勒频率。2.如权利要求1所述的一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，其特征在于，在步骤1中，所述建立双基地观测模型，其过程为：双基地观测模型中包括发射源、接收站，发射源为数字电视外辐射源，接收站为车载接收站，双基地观测模型的检测区域内存在目标，发射源发射数字电视外辐射源信号，接收站包括两路接收天线接收信号，其中两路接收天线分别为参考天线和目标回波天线，接收站中目标回波天线接收的信号包括目标回波信号、多径杂波与噪声、直达波信号，所述目标回波信号为发射源发射的数字电视外辐射源信号到达目标后反射至接收站形成的信号，所述多径杂波与噪声为发射源发射的数字电视外辐射源信号到达除目标以外的障碍物反射回来后形成的信号，所述直达波信号为发射源发射的数字电视外辐射源信号直接到达接收站形成的信号；接收站中参考天线接收的信号为直达波信号，所述直达波信号为发射源发射的数字电视外辐射源信号直接到达接收站形成的信号。3.如权利要求1所述的一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，其特征在于，在步骤3中，所述杂波抑制处理后的目标回波信号为Secho(t)，A为杂波抑制处理后的目标回波信号的复幅度，τm为杂波抑制处理后的目标回波信号的延时，e为指数函数，j为虚数单位，t为时间变量，fdm为杂波抑制处理后的目标回波信号的多普勒频率，a(t)为目标回波信号中的直达波信号复包络。4.如权利要求1所述的一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，其特征在于，步骤4的子步骤为：4a)对杂波抑制处理后的目标回波信号进行距离压缩处理，得到距离压缩处理后的目标回波信号u(△τ,t)：其中，A为杂波抑制处理后的目标回波信号的复幅度，τm表示杂波抑制处理后的目标回波信号的延时，△τ表示参考信号Sref(t)的延时，fdm表示杂波抑制处理后的目标回波信号的多普勒频率，上标*表示取共轭操作，t为时间变量，e为指数函数，j为虚数单位；所述距离压缩处理后的目标回波信号u(△τ,t)为距离维-方位时间维二维矩阵，并且在参考信号Sref(t)的延时与杂波抑制处理后的目标回波信号的延时取值相等时对应的坐标位置处会出现峰值，并将该峰值位置记为目标在时延维的峰值位置τ'm；4b)对距离压缩处理后的目标回波信号u(△τ,t)在方位时间维直接进行快速傅里叶变换，得到距离-多普勒二维相关矩阵y(△τ,f)：其中，△T表示对距离压缩处理后的目标回波信号u(△τ,t)进行相参积累所需的时间，△T≥0，δ[2π(f-fdm)]表示关于2π(f-fdm)的冲激函数，f表示频率变量，上标*表示取共轭操作，表示从0到△T的积分操作，a(t)为目标回波信号中的直达波信号复包络，dt表示时间变量t的微分。5.如权利要求1所述的一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，其特征在于，在步骤5中，所述目标的双基地距离为r(t)，表示目标运动机动属性，ai'表示目标运动的第i'阶加速度，i'∈{1,2,…,n'}，n'表示目标运动的加速度阶数最大值，n'为正整数；r0表示目标运动的初始双基地距离，v0表示目标运动的初始速度，t为时间变量；所述距离-多普勒二维相关处理后含高阶相位的距离-多普勒二维相关矩阵为其中，△τ表示参考信号Sref(t)的延时，表示目标运动机动属性引起的相位误差，表示从0到△T的积分操作，dt表示时间变量t的微分，△T表示对距离压缩处理后的目标回波信号u(△τ,t)进行相参积累所需的时间，△T≥0，e为指数函数，j为虚数单位。6.如权利要求4所述的一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，其特征在于，步骤6的子步骤为：对目标在时延维的峰值位置对应的距离压缩处理后的目标回波信号u(τ'm,t)进行变换处理，即利用傅里叶基矩阵将上述逆傅里叶变换进行表示为：其中，Um表示目标在时延维的峰值位置τ'm对应的距离压缩处理后的目标回波信号矩阵，表示傅里叶基矩阵，Ym表示目标在时延维的峰值位置τ'm处对应的距离-多普勒二维矩阵，其表达式分别为：其中，令i∈{1,2,…,n}，u(τ'm,ti)表示目标在时延维的峰值位置τ'm对应的距离压缩处理后的目标回波信号矩阵Um的第i行分量，fi表示傅里叶基矩阵的第i列频率，ti表示时间变量t的第i个时刻，n表示时间变量t包含的时刻个数，分别与Um的总行数、傅里叶基矩阵的总列数、Ym在多普勒维中包含多普勒频率单元总个数取值相等；y(τ'm,fdi)表示目标在时延维的峰值位置τ'm处对应的距离-多普勒二维矩阵的第i行分量，fd...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，宋海婷，王珏，别静，苏思元，陈刚，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61