[发明专利]天基雷达空间运动目标检测和参数估计方法及系统

说明书

本发明提供了一种天基雷达空间运动目标检测和参数估计方法及系统，包括：步骤S1：对雷达回波进行预处理得到基带回波信号；步骤S2：基于多普勒模糊和多普勒失真信号的回波特性，构造相应的相位补偿函数，以同时消除基带回波信号中多普勒模糊和多普勒谱失真的影响；步骤S3：对消除多普勒模糊和多普勒失真的基带回波信号执行Keystone变换完成线性距离走动矫正；步骤S4：完成距离矫正后，构造加速度匹配滤波器组消除剩余的距离弯曲和多普勒扩展；步骤S5：完成距离走动和多普勒扩展矫正后，利用二维傅里叶变换完成最终相参积累结果。与传统的Keystone变换匹配滤波方法相比，所提出的修正Keystone变换匹配滤波方法方法可以在不降低信噪比的情况下实现对高机动目标的相干积分。

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，具体地，涉及一种天基雷达空间运动目标检测和参数估计方法及系统，更为具体地，涉及一种欠采样下针对高速、高机动空间运动目标的天基雷达动目标检测和参数估计方法。

背景技术

随着空间探索技术的快速发展，隐形飞机、太空碎片、弹道导弹和高超声速飞行器等空间运动目标(SMT)逐渐成为国防领域的一个严重威胁。星载雷达(SBR)系统能够突破传统地基/海基/空基雷达系统受地球曲率和领域、领空限制等约束，提供充足的观测范围和探测距离，是一种对空间运动目标进行监视、预警和跟踪的有力工具。然而，伴随着航空航天技术、空气动力学的高速发展，空间运动目标越来越呈现出高速、高机动和低雷达截面积(RCS)特性，给该类目标的有效检测和精确的参数估计带来巨大挑战。

通过积累足够的脉冲数来提高输出信噪比(SNR)是提升弱小目标检测能力的一种有效途径，然而，随着积累时间的增加，目标与雷达之间的相对运动会导致出现距离走动(RM)和多普勒频率走动(DFM)现象，进一步导致目标在距离维和多普勒维散焦，反而降低输出信噪比(SNR)。因此，为了实现对弱小目标的长时间积累检测，首先需要解决RM和DFM，常用的方法包括广义Radon傅里叶变换(GRFT)，Keystone变换匹配滤波(KTMF)方法、二维匹配滤波(2-D MF)算法、级数反演法、以及相邻互相关法(ACCF)等。其中，GRFT方法通过同时补偿雷达与运动目标相对运动引起的距离走动和多普勒相位变化来实现相干积累，可以提供最优的检测性能，但是由于需要进行多维搜索因而计算量较大，不利于实时处理。为了减小搜索维数，2-D MF方法通过在二维频域构造了一个与加速度相关的匹配滤波函数，但仅适用于大方位时宽-带宽积信号的运动目标检测；级数反演方法和KTMF方法克服了这一缺陷，但需要一维搜索的匹配滤波过程，仍然比较耗时；ACCF方法能够显著降低计算复杂度，然而由于需要进行非线性操作，会造成一定的SNR损失。

另外，针对SBR系统的SMT检测，还有一个额外的问题需要考虑。为了满足大观测范围的需求，SBR系统的脉冲重复频率(PRF)具有一定的限制；在低PRF和高机动性的双重影响下，空间运动目标的多普勒频率容易超过PRF，甚至跨越多个PRF，即多普勒模糊和多普勒混叠同时存在，这种现象会使现有目标检测方法失效或性能严重下降。

专利文献CN108983192A(申请号：201810845983.7)公开了基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法，解决了GPS作为辐射源场景下，运动目标回波信噪比低和目标参数难估计的技术问题，实现步骤包括：数据采集和预处理；目标检测和恢复目标在各帧的航迹；通过各帧航迹获取目标等效距离，方位角和俯仰角；利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程对目标径向距离估计，进而估计径向速度。本发明在GPS信号作为辐射源的场景下，根据卫星，目标和雷达的几何关系，构建了基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程，在目标回波信噪比较低情况下，实现了对匀速运动目标到雷达的径向距离和径向速度的有效估计。本发明对运动目标的参数估计快速准确。用于GPS作为辐射源场景下的雷达匀速运动目标的参数估计。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种天基雷达空间运动目标检测和参数估计方法及系统。

根据本发明提供的一种天基雷达空间运动目标检测和参数估计方法，包括：