一种宽带雷达高速目标长时间相参积累方法及设备

本发明属于雷达信号处理，具体涉及一种宽带雷达高速目标长时间相参积累方法及设备。

背景技术：

1、随着科学技术的发展，空中目标速度不断提升，对于高速目标的检测技术越来越受到重视。雷达探测装置需要检测目标位置参数和运动参数，形成控制指令，更好的完成对目标的打击任务。为了使得打击任务所需信息更加准确，实现对微弱目标的检测以及提高目标估计参数的精度，需要高速目标相参积累这一关键技术。但是，为了同时兼顾距离和速度的分辨率，因此探测雷达需要发射大时宽带宽信号，线性调频信号作为其中的一种大时宽带宽信号的快速准确估计成为一个重要的研究课题。

2、近年来，针对线性调频信号的分析主要在三种不同的变换域进行，分别为：时间-频率(time-frequency，tf)域、时间-调频率(time-chirp rate，tcr)域，以及中心频率-调频率(centroid frequency-chirp rate，cfcr)域；并且，是对高速目标进行检测。

3、基于时频域分析方法包括线性和双线性方法。线性方法主要包括短时傅里叶变换及其扩展方法。双线性主要包括魏格纳维拉分布及其扩展方法。为了解决双线性方法的交叉项问题，通过利用hough变换和radon变换进行二次转换，将时频域中的线性调频(linear frequency modulation, lfm)信号投影到参数空间，从而有效地抑制了交叉项。但时域分析方法的抗噪性能较差，对于复杂环境，对算法性能有较大影响。

4、基于tcr域和cfcr域的分析方法可以有效的避免二次转换，直接在对应域中完成估计和检测。三次相位函数(cubic phase function, cpf)是一种tcr域分析方法，但是存在交叉项问题。文章integrated cubic phase function for linear fm signalanalysis提出求和三次相位函数(integrated cubic phase functionz, icpf)方法，该方法通过对自项进行能量累积，从而抑制了交叉项，但是对于噪声的抑制能力依旧受限。

5、基于cfcr域的分析方法通过将信号映射为cfcr中的尖峰，从而提高算法的抗噪性能和检测能力。同时，峰值的坐标位置对应着lfm信号的参数。基于cfcr域的方法主要包括吕分布(lv’s distribution, lvd)、参数化中心频率－调频率分布(parameterizedcentroid frequency-chirp rate distribution, pcfcrd)和相干积分立方相位函数(coherently integrated cubic phase function, cicpf)。余文超等人提出在rm校正后，通过lvd在cfcr域估计速度和加速度。李东等人提出了将cicpf用于多分量 lfm 信号的参数估计。在cicpf中，自阶相位被相干集成，以提高低信噪比情况下的性能，同时抑制交叉阶相位和杂散峰值。郑纪彬等人运用pcfcrd方法用于噪声多分量线性频率调制信号分析，算法引入固定延时，因此其具有比lvd和cicpf更高的精度和抗噪声性能。已有的相关专利提取信号在时间变量延迟变量域中的自相关特征，获取改进的lvd在调频率-中心频率域中的谱特征，利用改进的lvd搜索谱的峰值获取多分量线性调频信号的参数估计结果。

6、然而，时频域分析方法为了抑制交叉项，需要进行二次转换，对噪声的抑制能力较差。tcr分析技术的引入，虽改善了跨项抑制和抗噪声性能，但其拓展如icpf算法仍不够成熟，抗噪性能远远不能令人满意。lvd算法的参数估计误差较大，精度不够高。pcfcrd算法的目标频谱存在主瓣较宽旁瓣较高的问题；并且若存在强干扰时，信号直接变化至cfcr域时干扰也会得到积累，从而导致目标信息被淹没。实际中信号多为非均匀采样信号，然而，恢复此类信号时，上述算法性能表现不佳。也就是说，相关的现有技术抗噪性能低、抗干扰性能低，并且，估计出的信号的准确度不高。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种宽带雷达高速目标长时间相参积累方法及设备。

2、本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

3、本发明提供一种宽带雷达高速目标长时间相参积累方法，包括：

4、向目标发射线性调频信号，并接收所述目标的回波信号；

5、根据所述回波信号和参考信号确定差频信号，并通过去斜处理补偿所述差频信号，得到解线调信号；

6、采用kt变换对所述解线调信号进行校正距离单元走动，得到所述目标所在距离单元的和信号；

7、采用采样信号对所述和信号进行采样处理，得到稀疏信号；

8、计算所述稀疏信号的psiaf，确定所述稀疏信号的psiaf的矢量化结果；

9、根据所述稀疏信号的psiaf的矢量化结果，在cfcr域中构建包含待重构的稀疏信号的问题模型；

10、将所述问题模型转化为所述待重构的稀疏信号的求解优化模型；

11、基于admm算法和增广拉格朗日法对所述求解优化模型进行求解，得到重构的稀疏信号；

12、根据所述重构的稀疏信号确定所述目标对应的中心频率和调频率。

13、在一些实施例中，所述根据所述回波信号和参考信号确定差频信号，并通过去斜处理补偿所述差频信号，得到解线调信号，包括：

14、根据所述回波信号，以及频率和调频率相同的所述参考信号，生成所述差频信号；

15、对所述差频信号的快时间做傅里叶变换，得到所述差频信号的差频域信号；

16、去除所述差频域信号的rvp相位项和包络斜置相位项，得到相位去除信号；

17、将所述相位去除信号进行傅里叶逆变换，得到所述解线调信号。

18、在一些实施例中，所述采用kt变换对所述解线调信号进行校正距离单元走动，得到所述目标所在距离单元的和信号，包括：

19、采用模糊数对所述解线调信号沿慢时间进行模糊补偿，得到补偿信号；

20、构建虚拟慢时间，将所述虚拟慢时间代入所述补偿信号中，并对代入所述虚拟慢时间的补偿信号的快时间做快速傅里叶变换，得到变换信号；

21、根据所述变换信号确定所述目标所在的距离单元，以及所述距离单元对应的位置向量；

22、对所述距离单元对应的位置向量进行求和，得到所述和信号。

23、在一些实施例中，所述问题模型的表达式为：

24、；

25、；

26、其中，表示所述稀疏信号的psiaf的矢量化结果，表示所述和信号的psiaf的矢量化结果，表示感知矩阵，表示所述待重构的稀疏信号，表示矩阵求逆，表示点乘操作，表示克罗内克积，表示傅里叶变换矩阵，表示单位阵，表示由czt变换矩阵所构造的矩阵，并且，，其中，表示第个时刻的czt变换矩阵，表示时刻总数。

27、在一些实施例中，所述将所述问题模型转化为所述待重构的稀疏信号的求解优化模型，包括：

28、将所述问题模型转化为所述待重构的稀疏信号的初始求解模型；

29、通过引入变量，将所述初始求解模型转换为所述求解优化模型。

30、在一些实施例中，所述求解优化模型的表达式为：

31、；

32、其中，表示正则化因子，表示全变分算子，表示变量，表示l2范数，表示l1范数，表示约束条件。

33、在一些实施例中，所述根据所述重构的稀疏信号确定所述目标对应的中心频率和调频率，包括：

34、根据所述重构的稀疏信号，确定cfcr平面内的峰值坐标；

35、将所述峰值坐标的两个坐标值分别作为所述目标对应的中心频率和调频率。

36、在一些实施例中，所述问题模型中包含感知矩阵和所述稀疏信号的psiaf的矢量化结果；所述方法还包括：

37、去除所述感知矩阵中为0的行，并去除所述稀疏信号的psiaf的矢量化结果中与所述感知矩阵中为0的行对应的值，得到简化后的问题模型；

38、所述将所述问题模型转化为所述待重构的稀疏信号的求解优化模型，还包括：

39、将所述简化后的问题模型转化为所述待重构的稀疏信号的求解优化模型。

40、在一些实施例中，所述参考信号的表达式为：

41、；

42、其中，表示所述参考信号，表示载频，表示光速，表示参考距离，表示所述参考信号的脉宽，表示快时间，表示慢时间，表示脉冲重复周期，表示第个脉冲，表示虚数单位，表示时间，表示发射的线性调频信号的调频率。

43、本发明还提供一种宽带雷达高速目标长时间相参积累设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，所述处理器、所述通信接口和所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；

44、所述存储器，用于存放计算机程序；

45、所述处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述的宽带雷达高速目标长时间相参积累方法的步骤。

46、与现有技术相比，本发明的有益效果：

47、本发明通过设计的相参积累过程，有效减弱了系统中的噪声干扰，能够更有效地应对高速目标的复杂运动情况，从而提高了目标参数估计的准确性和鲁棒性；通过使用kt算法进行距离走动矫正，有效解决了多脉冲串相参积累中可能出现的距离走动现象，具有良好的抗干扰性能，能够进一步保证信号采样的精准性和一致性，以及，通过采用admm算法对非均匀稀疏信号进行重构并进行高效的优化求解，提高了信号重构的速度和精度。

48、以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。