[发明专利]一种极低信噪比下最佳稀疏域变换的LFM雷达信号处理方法

说明书

本发明公开了一种极低信噪比下最佳稀疏域变换的LFM雷达信号处理方法。该方法针接收机接收到的信号信噪比极低，通过分数阶傅里叶变换到稀疏变换域中，实现LFM信号的能量聚焦，并且利用变分步长实现对变换矩阵Xsubgt;p/subgt;[u]最佳变换p阶阶数的快速精细搜索，尤其是利用滤波器W[n]，对最佳p阶阶数对应的Xsubgt;p_opt/subgt;[u]序列信号进行滤波，并通过分数阶傅里叶逆变换，卷积计算得到提升信噪比后的时域信号序列。针对SAR系统信号信噪比极低以及计算量极大的特性，本发明方法通过FrFT变换以及变分步长快速精细搜索，实现快速提高接收机信噪比，同时减小对发射机系统功率的要求。

技术领域

本发明涉及星载合成孔径雷达(SAR)成像信号处理技术领域，涉及一种雷达接收机在低信噪比下的有效信号信噪比提升以及恢复技术，尤其涉及一种极低信噪比下最佳稀疏域变换的LFM雷达信号处理方法。

背景技术

在空间遥感技术飞速发展的现阶段，制天权成为世界各军事强国竞相争夺的新目标，其中航天侦察能力是国家硬实力和军队战斗力的重要体现。星载合成孔径雷达作为航天侦察系统的重要支撑，较之传统光学遥感和高光谱遥感手段，具有不受光照限制、不受天气影响、良好穿透能力和远距离成像的优势，其全天时、全天候、高分辨与主动辐射源等优良特性，更满足动态战略侦察的要求，因此备受各国青睐。卫星平台上的SAR雷达载荷，由于距离地球表面高度较高，并且卫星平台属于微纳卫星领域，其总重量在几十公斤左右，因此，对平台中载荷功率的要求比较苛刻，在雷达系统中，其功率与目标作用距离R的平方成反比，由于SAR系统是有源系统，需要接收目标反射的回波来进行成像处理，最终SAR系统接收功率与目标作用距离R的四次方成反比，因此，基于上述分析，接收机接收到的目标回波信号的信噪比直接决定SAR系统成像的效果质量。

影响SAR系统成像质量的因素比较多，包括系统发射功率、雷达工作波长、发射波束斜/侧视角、目标散射系数等等因素，通常，我们所处的自然环境中充满了噪声，在工程上一般认为系统中混杂的是高斯白噪声，因此，SAR系统接收机接收到目标反射回来的回波LFM时域信号中，含有大量噪声，但是对于微小卫星来说，由于载荷能力有限，其发射功率受到极大的限制，同时，对于目标散射系数来说，并不能控制其参数大小，在极端恶劣环境以及星载SAR作用距离通常较远的情况下，接收到的LFM时域回波信号无法区分出有效信号的信息与特征，甚至有效信号被湮没在噪声中，因此，如果能够对接收到的回波信号在变换域中做相应的处理，使其有效信号的信噪比能够大大提高，会对SAR系统成像质量带来本质上的提升，同时也会减小发射系统的功率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种极低信噪比下最佳稀疏变换域的LFM雷达信号处理方法，该方法根据LFM信号的Chrip特性，基于最佳稀疏变换域实现对LFM信号信噪比的大幅提升。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种极低信噪比下最佳稀疏域变换的LFM雷达信号处理方法，包括以下步骤：

步骤1.SAR系统对发射的LFM雷达脉冲信号接触到被观测目标后返回来的回波进行时域采样，并得到长度为N的时域数字信号序列，即接收信号x[n]，n＝1,2…N；

步骤2.对接收信号x[n]进行分数阶傅里叶变换FrFT，形成对应p阶与u域二维变换矩阵X_p[u]，每个p阶对应相应FrFT变换后的输出序列；

步骤3.利用变分步长逐步实现对变换矩阵X_p[u]最佳变换p阶阶数的快速精细搜索与寻找，获得最佳p阶阶数p_opt及其对应的u域FrFT变换后的序列信号X_{p_opt}[u]；

步骤4.利用分数阶傅里叶逆变换IFRFT，卷积计算得到提升信噪比后的时域信号序列x′[n]。

上述技术方案中，进一步的，所述的步骤3具体包括：