[发明专利]多项式拉东‑多项式傅里叶变换的高超声速目标检测方法

说明书

技术领域

本发明隶属于雷达信号处理及检测技术领域，适用于解决临近空间高超声速机动目标的相参积累问题。

背景技术

临近空间高超声速武器是一种新的军事打击手段，其最显著特点是超高速、大机动、超远程，其飞行速度达5～25M、机动过载可达到10～20g，并可通过正弦、跳跃、大拐角等诸多不规则方式实现飞行航迹机动规避和变轨，可在距地高度为数百公里外层空间和数十公里临近空间之间高速自由穿梭，可在极远距离发起快速攻击。

临近空间高超声速飞行器运动时会产生激波等离子体，会导致目标具有一定的隐身性。临近空间飞行器在大气层内以5倍以上音速做高超声速飞行时，飞行器与大气强烈作用，在头部形成弓形脱体激波，在飞行器周围形成等离子体包覆流场，这些等离子体会对电磁波产生折射、反射和吸收，且等离子体的频率几乎覆盖了300MHz～300GHz范围内的所有微波频段，会使得目标的RCS起伏，在RCS缩减阶段具有较强的隐身性。

脉冲相参积累检测是雷达提高对隐身目标发现概率的有效方法之一，而临近空间目标高超声速、强机动限制了雷达信号的相参积累。一方面，临近空间目标高超声速运动会出现“跨距离门”现象,从而限制了雷达信号的相参积累时间。另一方面，临近空间目标的强机动导致飞行器的多普勒频率、多普勒变化率、以及多普勒二阶变化率都比以往的地基雷达探测系统面临的要严酷的多，产生“跨速度门”现象，进一步影响了雷达信号的相参积累。

目前，解决距离走动的方法有频域相位补偿法、Keystone变换法、广义Keystone变换法、Radon Fourier Transform(RFT)方法等，解决多普勒扩展的方法有De-chirp方法、分数阶傅里叶变换(FRactional Fourier Transform,FRFT)法、多项式相位法等，这些方法主要是针对传统的目标，如飞机、导弹、舰船等，而临近空间高超声速目标速度、加速度都非常大，将会导致雷达信号出现严重的距离走动和多普勒徙动，且距离走动和多普勒徙动大多是非线性的，严重限制了雷达信号的相参积累。目前，很少有能够对高超声速目标同时进行距离非线性走动补偿和多普勒非线性徙动补偿的相参积累方法，不能适应临近空间高超声速机动目标的相参积累检测，限制了雷达对此类目标的发现能力。

发明内容

本发明所要解决的问题就是，针对临近空间高超声速目标带来的距离走动弯曲和多普勒徙动弯曲问题，利用多项式对目标距离非线性走动和多普勒非线性徙动进行建模，利用多项式-拉东变换(Polynomial Radon Transform,PRT)解决距离非线性走动，利用多项式-傅里叶变换(Polynomial Fourier Transform,PFT)解决多普勒非线性徙动，并联合两种变换，提供一种多项式拉东-多项式傅里叶变换(Polynomial Radon-Polynomial Fourier Transform，PRPFT)的高超声速目标检测方法。本发明解决所述技术问题，采用技术方案步骤如下：

步骤(一)、对待积累的N个周期的信号分别进行采样，对采样数据进行离散化处理，提取慢时间-快时间二维平面中的目标观测值，然后对N个脉冲重复周期内的采样信号分别进行脉冲压缩，得到脉冲压缩后的二维信号矩阵s₀(n,m)，其中n代表回波信号的个数标号，n＝1,2,...,N，N为回波信号的总数，m代表信号采样点数的标号,m＝1,2,…,M,M为信号采样点总数；

步骤(二)、确定多项式拉东-多项式傅里叶变换(Polynomial Radon-Polynomial Fourier Transform，PRPFT)高超声速目标相参积累检测的参数：根据雷达搜索范围和角速度，确定波束驻留时间，根据雷达脉冲重复频率和波束驻留时间，确定相参积累的时间和脉冲数，根据相参积累时间确定参数空间搜索的维数、搜索分辨率、搜索步进大小；

步骤(三)、以第1个脉冲的每个信号采样点为起点，利用多项式拉东-多项式傅里叶变换，在参数空间进行搜索补偿积累，得到每个信号采样点对应的参数空间检测单元图，找出该检测单元图中信号幅度的最大值，并找出该最大值对应的参数，将该参数对应的补偿积累后多普勒分布作为该距离采样点的多普勒分布；

步骤(四)、重复步骤(三)，遍历第1个脉冲的所有信号采样点，得到信号相参积累后的距离-多普勒分布图；

步骤(五)、对时频分布图进行恒虚警检测，判断目标有无；

步骤(六)、若有目标，则对目标的速度和加速度等参数进行估计。