[发明专利]捷变频雷达的高分辨多普勒重构方法

说明书

本发明公开了一种基于稀疏重构算法的捷变频雷达目标高分辨多普勒信息重构方法，主要解决传统信号相参积累方法无法完成对捷变频体制下雷达回波进行目标多普勒信息的提取的问题。其实现方案是：通过构建距离补偿矩阵与字典矩阵，对回波作距离补偿；再将补偿后的回波信号与字典矩阵作相关运算，寻找最佳补偿，获取目标的高分辨距离，同时实现对信号的降维处理；然后通过正交匹配追踪算法对补偿后的信号进行高分辨多普勒信息的重构。与现有方法相比，本发明对目标特征的重构具有更高的精度和稳定性，并且提升了重构过程的计算速度和信号处理的实时性，可用于雷达的实时信号处理系统设计、雷达抗干扰、电子侦察和对抗。

技术领域

本发明属于雷达数字信号处理技术领域，特别涉及一种高分辨多普勒重构方法，可用于雷达的实时信号处理系统设计、雷达抗干扰、电子侦察和对抗。

背景技术

与传统脉冲多普勒雷达不同之处在于，捷变频雷达发射脉冲的载频在相邻脉冲间是随机捷变的，这种脉间捷变机制可大幅提升雷达系统的抗干扰性能。对于雷达侦察机和干扰机而言，只有精确的获取了被侦测雷达的工作频率后，才能有效的对其实施定位和干扰。因此频率捷变雷达具有如下优点以及应用前景：1)提高雷达的抗干扰性能，2)增大雷达的探测距离，3)能有效抑制海杂波以及其他分布杂波的干扰。

由于捷变频雷达发射脉冲的载频会不断跳变，所以相邻回波信号的载频具有差异，使得回波信号的相位变化为非线性，与传统基于快速傅立叶变换FFT实现信号相干积累的算法不兼容，所以无法通过传统分析方法实现对目标特征的提取。

西安电子科技大学的吴耀君在“脉间频率捷变雷达抗干扰研究”一文中提到了一种基于距离-速度参数联合估计的方法实现对捷变频雷达信号参数的提取，该方法是将目标的不模糊距离和不模糊速度区间分别划分成若干网格，接着再利用划分好的网格构造字典矩阵，提取目标回波信号的速度与距离信息。该方法存在的缺陷有两个：一是存在网格失配问题，该方法仅将感兴趣的速度-距离等间隔地划分成了若干区间，在实际应用场景当中，目标的速度与距离均是连续变化的，网格失配会导致主瓣幅值衰减，出现伪峰，最终影响雷达系统对目标的检测性能。二是计算量问题，该方法中是将感兴趣的目标速度及距离区间进行等间隔地划分，并通过排列组合的方式，构造出距离和速度二维组合的所有可能情况，这将会导致算法在进行重构计算时，浪费太多计算资源，影响系统信号处理的实时性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种捷变频雷达高分辨多普勒重构方法，以减小重构计算时对资源的浪费，提高系统信号处理的实时性。

为实现上述目的，本发明实现方案如下：

1)根据传统脉冲多普勒雷达回波信号模型，获得捷变频雷达原始的回波信号并对该雷达回波信号做脉冲压缩处理，得到脉冲压缩处理后的回波信号

2)对脉冲压缩处理后回波信号进行距离补偿：

2a)以补偿精度ΔR对目标距离所在区间进行划分，得到划分后的距离网格r，其中，r₀为距离网格的中心位置，Δr表示被划分的距离区间长度；

2b)利用距离网格r构造与回波信号中距离项相关的补偿矩阵y，其中第i个补偿向量表示为：其中，i表示索引序列，j表示虚数单位，表示区间被划分的个数，f_m表示发射脉冲时使用的载频，r_i表示区间中第i个距离元素，C表示光速；

2c)从脉冲压缩处理后的回波信号中取出某一个距离单元的信号，依次与补偿矩阵y中的向量相乘，得补偿后的信号矩阵s_c；

3)获取一个距离单元的高分辨距离与最佳补偿后的信号：

3a)以精度Δv对目标速度所在区间进行划分，得到划分后的速度网格根据构造出适用于捷变频雷达相参积累的字典矩阵Ψ，其中，v₀表示速度网格的中心位置，表示被划分的速度区间长度；