一种基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法，包括如下步骤：(1)获取宽带雷达回波，采用相位测距法获取目标各散射点精确位置；(2)通过时频变换估计瞬时多普勒频率，从而获得瞬时速度，并对目标平动速度进行补偿，提取微动多普勒频移分量，计算微动速度；(3)将步骤(2)中提取得到的微动速度引入到目标跟踪流程中，构造伪量测，进行序贯滤波，进一步精确微动航迹；(4)获取目标微动航迹，更新微动参数估计。本发明专利技术将序贯滤波算法引入微多普勒特征提取过程中，充分利用多普勒量测信息提高目标的跟踪精度，同时获得高质量微动曲线，从而获得更精准的微动参数估计。从而获得更精准的微动参数估计。从而获得更精准的微动参数估计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理
，尤其是一种基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法。

技术介绍

[0002]雷达向运动目标发射电磁信号，目标相对雷达存在径向运动，雷达回波久会产生频移；除主体移动外，如果目标或目标的任何结构部件在雷达视线方向存在摆动、振动或转动等微动，则这种微动将在回波信号上引起附加的频率调制，并在主体移动产生的多普勒偏移频率附近产生边频，V.C.Chen将这种附加的多普勒调制定义为微多普勒效应。
[0003]对于微多普勒特征的提取问题近些年已有大量研究成果，然而现有的微多普勒特征提取方法只在频域对微动特征进行分析，并基于时频图提取微多普勒曲线，忽略了目标微动的时域特征。而由于目标的微动相比于目标主体的平动较为微弱，在时域难以对其微动幅度进行精确估计，因此成为了研究中的难点。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法，将序贯滤波算法引入微多普勒特征提取过程中，充分利用多普勒量测信息提高目标的跟踪精度，同时获得高质量微动曲线，从而获得更精准的微动参数估计。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法，包括如下步骤：
[0006](1)获取宽带雷达回波，采用相位测距法获取目标各散射点精确位置；
[0007](2)通过时频变换估计瞬时多普勒频率，从而获得瞬时速度，并对目标平动速度进行补偿，提取微动多普勒频移分量，计算微动速度；
[0008](3)将步骤(2)中提取得到的微动速度引入到目标跟踪流程中，构造伪量测，进行序贯滤波，进一步精确微动航迹；
[0009](4)获取目标微动航迹，更新微动参数估计。
[0010]优选的，步骤(1)中，获取宽带雷达回波，采用相位测距法获取目标各散射点精确位置具体包括如下步骤：
[0011](11)包络延时估计；通过接收回波与发射波形之间的延时粗略估计目标距离：
[0012][0013]其中τ为时间延迟；
[0014](12)求解模糊相位：
[0015][0016]其中s(t
k
)为雷达回波；
[0017](13)解相位模糊，求解真实相位：
[0018](i)求相邻相位差分；
[0019][0020](ii)调整后差值积分；
[0021]令Δn＝n
k
‑
n
k
‑1，假设回波信号满足奈奎斯特采样定理，则有|Δφ|≤π，因此则：
[0022][0023]因此回波真实相位为：
[0024][0025](14)基于解相位模糊后的全相位进行测距：
[0026][0027]其中s(t
k
)为雷达回波慢时间序列，假设真实相位为φ，则
[0028]优选的，步骤(2)中，通过时频变换估计瞬时多普勒频率，从而获得瞬时速度，并对目标平动速度进行补偿，提取微动多普勒频移分量，计算微动速度具体包括如下步骤：
[0029](21)对雷达回波进行时频分析，选择对回波信号做WVD变换以获得更高的时频分辨率；
[0030][0031](22)通过Hough变换对得到的时频分布图进行曲线检测，获取清晰的微动频率曲线：
[0032](i)读取时频图像，并转化为灰度图；
[0033](ii)边缘检测；
[0034](iii)将检测到的曲线映射到霍夫空间；
[0035](iv)在霍夫空间进行峰值检测，并重构微动曲线；
[0036](23)基于步骤(22)中得到的微动频率曲线，由瞬时多普勒频率计算瞬时速度：
[0037][0038]其中f
d
＝f
m
‑
d
+f
u
，f
m
‑
d
为目标微动频率，f
u
为平动频率；
[0039](24)采用时间序列中趋势项剔除的方法消除回波中的平动分量，仅保留微动分量。
[0040]优选的，步骤(3)中，将步骤(2)中提取得到的微动速度引入到目标跟踪流程中，构造伪量测，进行序贯滤波，进一步精确微动航迹具体包括如下步骤：
[0041](31)由于雷达量测和目标运动状态之间是非线性关系，使用非线性滤波对目标进行跟踪估计效果较差，因此将极坐标系下的位置(斜距和方位角)量测转换到直角坐标系下：
[0042][0043][0044](32)将微多普勒量测引入量测方程，构造伪量测
[0045][0046][0047]其中，为量测向量；
[0048](33)时间更新；
[0049](i)容积点计算：
[0050][0051]其中ξ
j
为基本容积点，由三阶容积原则获得基本容积点和对应权值：
[0052][0053]M＝2n
X
，表示容积点总数，记n
X
维向量为e＝[1,0,
……
0]T
，符号[1]表示对e的元素全排列并改变元素符号产生的点集，[1]j
表示点集中第j个元素。
[0054](ii)计算通过状态方程传播的容积点：
[0055][0056](iii)状态预测、方差预测乔列斯基分解因子；
[0057][0058][0059]其中ω
j
＝1/M，Tria(
·
)表示对矩阵基先求QR分解，再求其上三角矩阵的转置，S
Q,k
＝chol(Q)；
[0060](34)量测更新；对量测量分别进行容积卡尔曼滤波更新，主要包括距离测量更新和伪量测更新，由此获得更精准的位置信息和多普勒速度信息；
[0061][0062][0063][0064][0065](35)滤波输出；将更新后的量测作为滤波输出。
[0066]优选的，步骤(4)中，获取目标微动航迹，更新微动参数估计具体为：获取目标微动
航迹，更新微动幅度估计及微动周期估计，其幅度为：
[0067][0068]微动频率通过FFT计算获得：
[0069][0070]本专利技术的有益效果为：本专利技术将序贯滤波算法引入微多普勒特征提取过程中，充分利用多普勒量测信息提高目标的跟踪精度，同时获得高质量微动曲线，从而获得更精准的微动参数估计。
附图说明
[0071]图1为本专利技术的方法流程示意图。
具体实施方式
[0072]如图1所示，一种基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法，包括如下步骤：
[0073]步骤一、获取宽带雷达回波，采用相位测距法获取目标各散射点精确位置；
[0074](11)包络延时估计；通过接收回波与发射波形之间的延时粗略估计目标距离：
[0075][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取宽带雷达回波，采用相位测距法获取目标各散射点精确位置；(2)通过时频变换估计瞬时多普勒频率，从而获得瞬时速度，并对目标平动速度进行补偿，提取微动多普勒频移分量，计算微动速度；(3)将步骤(2)中提取得到的微动速度引入到目标跟踪流程中，构造伪量测，进行序贯滤波，进一步精确微动航迹；(4)获取目标微动航迹，更新微动参数估计。2.如权利要求1所述的基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法，其特征在于，步骤(1)中，获取宽带雷达回波，采用相位测距法获取目标各散射点精确位置具体包括如下步骤：(11)包络延时估计；通过接收回波与发射波形之间的延时粗略估计目标距离：其中τ为时间延迟；(12)求解模糊相位：其中s(t
k
)为雷达回波；(13)解相位模糊，求解真实相位：(i)求相邻相位差分；(ii)调整后差值积分；令Δn＝n
k
‑
n
k
‑1，假设回波信号满足奈奎斯特采样定理，则有|Δφ|≤π，因此则：因此回波真实相位为：(14)基于解相位模糊后的全相位进行测距：其中s(t
k
)为雷达回波慢时间序列，假设真实相位为φ，则3.如权利要求1所述的基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法，其特征在于，步骤(2)中，通过时频变换估计瞬时多普勒频率，从而获得瞬时速度，并对目标平动速度进行补偿，提取微动多普勒频移分量，计算微动速度具体包括如下步骤：
(21)对雷达回波进行时频分析，选择对回波信号做WVD变换以获得更高的时频分辨率；(22)通过Hough变换对得到的时频分布图进行曲线检测，获取清晰的微动频率曲线：(i)读取时频图像，并转化为灰度图；(ii)边缘检测；(iii)将检测到的曲线映射到霍夫空间；(iv)在霍夫空间进行峰值检测，并重构微动曲线；(23)基于步骤(22)中得到的微动频率曲线，由瞬时多普勒频率计算瞬时速度：其中f
d
＝f
m
‑
d
+f
u
，f
m
‑
d
为目标微...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵月，胡文，熊清，姚翼荣，董浩，王原正，张逸雯，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：