[发明专利]一种基于微多普勒效应的雷达目标检测方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达目标检测技术领域，具体涉及利用微多普勒效应检测雷达目标的方法。

背景技术

目标相对于雷达存在径向运动，则雷达回波会发生频移，这就是常见的多普勒现象，产生的频移量称为多普勒频率；若目标在整体平动的同时，目标或其上部件还存在着机械振动、旋转、锥旋等微运动，则这些微运动会对雷达回波产生调制，在目标多普勒频率上产生边带，由这些微运动而产生的调制就称为微多普勒现象，产生的边带频率称为微多普勒频率。目标的微多普勒特征反映了目标的电磁特性、几何结构和运动特征，为雷达目标特征提取和目标识别提供了新的途径。微多普勒的概念最早是由美国海军实验室的V.C.Chen引入到雷达领域的。V.C.Chen对点散射体的振动和刚体目标的旋转所产生的微多普勒进行了微动建模、理论推导和仿真计算，给出了四种单一微动(振动、旋转、翻转和锥旋)的微多普勒时频特征，并从一些雷达实验数据中成功提取出相应的微多普勒时频特征。现有的雷达领域中关于微多普勒效应的分析研究，均是在雷达目标存在的假设下，利用各种方法提取微动目标的微多普勒参数，而尚未应用于雷达目标检测领域。

微多普勒效应受雷达载波频率的影响，传统雷达工作频率较低，微多普勒效应影响很小，在较低频段检测微多普勒调制不太可能，因此传统的雷达目标检测方法不考虑也无需考虑微多普勒效应的影响。随着雷达工作频率的提高，微多普勒效应越来越显著，而传统的雷达目标检测方法中，一般将雷达回波信号相位作为随机变量，忽略微多普勒效应的影响，即将雷达目标回波信号作为随机相位信号检测，因而目标检测性能受到很大影响，因此需要一种更好的雷达目标检测方法，能够在微多普勒效应显著的情况下，保持良好的检测性能。

发明内容

本发明的目的是克服已有的雷达目标检测方法在微多普勒效应显著的情况下的不足，以提高雷达目标检测的性能，特提供一种基于微多普勒效应的雷达目标检测方法。该方法的基本思路是建立包含微多普勒效应的雷达目标回波信号模型，通过时频分析或数值计算的方法估计出其微多普勒参数，然后计算出雷达目标回波信号的估计值，进而得到检验统计量，并将检验统计量与判决门限进行比较，从而判断是否有目标存在。

本发明的技术方案如下：

一种基于微多普勒效应的雷达目标检测方法，包括以下步骤：

步骤1，建立包含微多普勒效应的雷达目标回波信号模型，根据雷达回波信号估计微动目标的微多普勒参数；

雷达发射单频信号，对于基本的单质点微动形式如振动、转动和锥旋，当有目标存在时，雷达回波信号可统一表示为

x(t)＝s(t)+n(t)＝Acos(ω₀t+βsin(ω_vt))+n(t)，

其中，s(t)为微动目标回波信号，A为目标回波信号幅度，ω₀为目标回波信号载波角频率，幅度调制因子β和频率调制因子ω_v为与目标微动有关的微多普勒参数，n(t)为与目标无关的加性噪声，然后根据微动目标回波信号模型，利用雷达回波信号采样值x_i＝x(t_i)，(i＝1，2，…，N)估计微多普勒参数β和ω_v，得到相应的估计值和

步骤2，将步骤1中估计出的微多普勒参数和带入目标回波信号模型s(t)中，得到在t_i(i＝1，2，…，N)时刻的目标回波估计值

步骤3，计算检验统计量并与判决门限γ相比较，从而判定有无目标，如果检验统计量超过预先所设判决门限γ，则判定为有目标，否则判定为无目标。

需要说明的是：

1、在步骤1中利用雷达回波信号采样值x_i＝x(t_i)，(i＝1，2，…，N)估计微多普勒参数β和ω_v具体有以下实现方式：

(1)通过时频分析的方法如短时傅里叶变换、Wigner-Ville分布等来估计微多普勒参数；

雷达回波信号的短时傅里叶变换为