[发明专利]一种用于多频道外辐射源雷达的相参处理方法

权利要求书

1.一种用于多频道外辐射源雷达的相参处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设飞行目标位于空间位置O处，依水平方向按照速度v匀速飞行，在t时刻，飞行目标位置为O'，设发射方距飞行目标距离为R_T(t)，飞行目标距接收方距离为R_R(t)；则目标回波信号传播路径为R(t)＝R_T(t)+R_R(t)，其时延与多普勒频率表示为：

其中，λ表示发射信号的波长，c为光速；

对时延项τ_r在t＝0处进行泰勒级数展开，并忽略二阶项及高阶项得到：

τ_r(t)≈τ_r0+a_τt

其中，τ_r0为初始时延，a_τ为时延变化率；

S2、设卫星采用N个转发器发射N个卫星电视信号，第i个转发器的发射信可表示为：

其中，u_i(t)为发送的DVB-S卫星信号；f_ci为载波频率；为发射初相；φ_ti为发射通道间的空间相位差；

将飞行目标近似为点源目标，则发射信号经点源目标反射后，到达接收天线，则回波信号表示为：

其中，N为卫星电视信号个数。

根据步骤S1可知，回波信号与参考信号存在τ_r(t)的时延，则第i路回波信号表示为：

令f_di＝-f_cia_τ，为第i路回波信号对目标的多普勒频移，则回波信号表示为：

同理，N路发射信号直接到达接收天线的信号称为直达波信号，表示为：

其中，为信号由卫星传输到接收天线的时间延迟；φ_di为直达波信号间的空间相位差；

S3、对接收到的回波信号与直达波信号做混频分离，分别得到N路混频分离后的基带回波信号与直达波信号，表示为：

与

其中下标i＝1,2,...N；

S4、对于长时间相参积累，采用频域脉冲压缩的方法实现模糊函数的计算，具体为：

S41、将直达波信号与回波信号重构为二维数据矩阵，分为M段，每段长度为N，并将长度扩展N_d，即每段长度为N+N_d，将段内时间定义为快时间t_f，段间时间定义为慢时间t_m；其中，直达波信号拓展N_d长的0向量，回波信号拓展N_d长的数据向量；

S42、设一个脉冲内的相位变化是可以忽略的，则将回波信号用快、慢时间t_f、t_m表示为：

对快时间维做傅氏变换，则上式表示为：

其中，为信号包络的傅氏变换；

S43、将两信号共轭相乘，得到：

S_i(f,t_m)＝|U_im(f)|²exp(-j2π(f_ci+f)τ₀)×exp(-j2π(f_ci+f)a_τt_m)exp(-j(φ_ti-φ_di))

其中，τ₀＝τ_r0-τ_d，为回波信号相对于直达波信号的初始相对时延；

S5、由步骤S4中所得数据矩阵S_i(f,t_m)可知，其第一个指数项表示目标的初始位置；第二个指数项分解为exp(-j2πf_cia_τt_m)exp(-j2πfa_τt_m)，第一个指数项表示由多普勒效应引起的载波相位变化，第二个指数项则表示相邻段间的相位变化引起的，由于存在相邻段间的相位变化，导致了相邻段间的包络平移，产生了距离徙动，采用Keystone变换补偿距离徙动：

Keystone变换定义为：

其中，f为脉冲内频率，t'_m为引入的变量，虚拟慢时间维；则引入Keystone变换后，数据矩阵S_i(f,t_m)表示为：

S_i(f,t'_m)＝|U_im(f)|²exp(-j2π(f_ci+f)τ₀)

×exp(-j2πf_cia_τt'_m)exp(-j(φ_ti-φ_di))

再对该式在快时间维上做傅氏逆变换，得：

S_ci(t_f,t'_m)＝u_I__im(t_f-τ₀)exp(-j2πf_ciτ₀)×exp(-j2πf_cia_τt'_m)exp(-j(φ_ti-φ_di))

其中，u_{I_im}(t_f)＝IFFT{|U_im(f)|²}，上式表明已消除距离徙动；

S6、由步骤S5知，当数据矩阵S_i(f,t_m)经Keystone变换与快时间维IFFT变换后，各通道输出的信号存在不同的相位项，它是影响各通道信号相参合成的关键因素，其表示为：

ε_i＝exp(-j2πf_ciτ₀)exp(-j2πf_cia_τt'_m)exp(-j(φ_ti-φ_di))

令ε_i中各项为：

ε_i1＝exp(-j2πf_ciτ₀)

ε_i2＝exp(-j2πf_cia_τt'_m)

ε_i3＝exp(-j(φ_ti-φ_di))

其中，ε_i1为不同载波对应目标距离延迟，ε_i2为不同载波对应多普勒频移，ε_i3是照射源卫星转发器空间相位差导致的相位项，在已知阵列几何结构和坐标位置的情况下，可以直接进行补偿；则ε_i1，ε_i2两个因子均与不同通道的载波频率有关，是影响信号相参合成最核心的因素，进行有效补偿：

对于不同通道的载波频率f_ci，设定第一路信号载波频率为f_c1，则其余通道的载波频率表示为：

f_ci＝f_c1+△f_ci

其中，△f_ci为其余通道载波频率与第一路载波频率的差值，且有△f_di＝-△f_cia_τ，由信号频差决定的多普勒频率差；则上述ε_ij可改写为：

ε_i1＝exp(-j2π(f_c1+△f_ci)τ₀)

ε_i2＝exp(j2π(f_d1+△f_di)t'_m)

对于不同通道，根据频差构造补偿项：

H_1i＝exp(j2π△f_iτ₀)

H_2i＝exp(j2π△f_dit'_m)

H_3i＝ε_i3^-1

则对于不同的频道，根据频差构造补偿项：

H_2i＝exp(j2π△f_dit'_m)

H_3i＝ε_i3^-1

通过上述构造的补偿项对各通道输出进行补偿：

S_cpi(t_f,t'_m)＝S_ci(t_f,t'_m)H_2iH_3i

＝u_{I_im}(t_f-τ₀)exp(-j2πf_ciτ₀)exp(j2πf_d1t'_m)

最后沿慢时间维做FFT，对每一路信号进行非相干积累，通过补偿多普勒频差，再对多路信号的幅度谱进行非相干积累用于抑制虚警；对非相干合成后的RD谱进行检测，估计出和从而构造相位补偿项和H_2i再反馈给前级，其中T_p为系统时延，为时延变化率；反馈后信号进行相位补偿处理，在对多路信号相加再求模平方实现相参积累，即实现N路信号的相参合成：

取模后，得：