[发明专利]一种用于多频道外辐射源雷达的相参处理方法

摘要

本发明属于外辐射源雷达定位技术领域，涉及一种用于多频道外辐射源雷达的相参处理方法。本发明为一种基于多信号融合的外辐射源微弱目标定位的方法，将接收到的多路回波信号与直达波信号经FDPC处理完成频域脉冲压缩；再对慢时间维做Keystone变换，以消除距离徙动；最后首先通过补偿各信号间的频差相，实现非相干合成，再通过非相干合成输出构造其余补偿项进行反馈，最后实现多频道输出的相参合成，使得输出信号的幅度可以得到N倍的改善。在各频道发射功率相同的情况下，输出信噪比近似可改善10lgNdB。计算机仿真表明本发明可获得系统性能的显著提升，能有效改善目标检测信噪比。

主权项

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RT(t)，飞行目标距接收方距离为RR(t)；则目标回波信号传播路径为R(t)＝RT(t)+RR(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τr在t＝0处进行泰勒级数展开，并忽略二阶项及高阶项得到：τr(t)≈τr0+aτt其中，τr0为初始时延，aτ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τr(t)的时延，则第i路回波信号表示为：令fdi＝‑fciaτ，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Nd，即每段长度为N+Nd，将段内时间定义为快时间tf，段间时间定义为慢时间tm；其中，直达波信号拓展Nd长的0向量，回波信号拓展Nd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tf、tm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：Si(f,tm)＝|Uim(f)|2exp(‑j2π(fci+f)τ0)×exp(‑j2π(fci+f)aτtm)exp(‑j(φti‑φdi))其中，τ0＝τr0‑τd，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Si(f,tm)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(‑j2πfciaτtm)exp(‑j2πfaτtm)，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Si(f,tm)表示为：Si(f,t'm)＝|Uim(f)|2exp(‑j2π(fci+f)τ0)×exp(‑j2πfciaτt'm)exp(‑j(φti‑φdi))再对该式在快时间维上做傅氏逆变换，得：Sci(tf,t'm)＝uI_im(tf‑τ0)exp(‑j2πfciτ0)×exp(‑j2πfciaτt'm)exp(‑j(φti‑φdi))其中，uI_im(tf)＝IFFT{|Uim(f)|2}，上式表明已消除距离徙动；S6、由步骤S5知，当数据矩阵Si(f,tm)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：εi＝exp(‑j2πfciτ0)exp(‑j2πfciaτt'm)exp(‑j(φti‑φdi))令εi中各项为：εi1＝exp(‑j2πfciτ0)εi2＝exp(‑j2πfciaτt'm)εi3＝exp(‑j(φti‑φdi))其中，εi1为不同载波对应目标距离延迟，εi2为不同载波对应多普勒频移，εi3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εi1，εi2两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fci，设定第一路信号载波频率为fc1，则其余通道的载波频率表示为：fci＝fc1+△fci其中，△fci为其余通道载波频率与第一路载波频率的差值，且有△fdi＝‑△fciaτ，由信号频差决定的多普勒频率差；则上述εij可改写为：εi1＝exp(‑j2π(fc1+△fci)τ0)εi2＝exp(j2π(fd1+△fdi)t'm)对于不同通道，根据频差构造补偿项：H1i＝exp(j2π△fiτ0)H2i＝exp(j2π△fdit'm)H3i＝εi3‑1则对于不同的频道，根据频差构造补偿项：H2i＝exp(j2π△fdit'm)H3i＝εi3‑1通过上述构造的补偿项对各通道输出进行补偿：Scpi(tf,t'm)＝Sci(tf,t'm)H2iH3i＝uI_im(tf‑τ0)exp(‑j2πfciτ0)exp(j2πfd1t'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：