基于坐标轴旋转与最小熵准则的多帧联合相参积累方法

本发明属于雷达信号处理与目标检测领域，具体涉及一种基于坐标轴旋转与最小熵准则的多帧联合相参积累方法。

背景技术：

1、雷达作为一种主动微波目标探测设备，具有全天时、全天候和作用距离远等优势，在目标监视以及预警探测等公共和国防安全领域应用广泛。但伴随着“低、慢、小”等目标的涌现，导致在强杂波背景下低可观测目标探测技术成为影响雷达性能的关键制约因素。

2、长时间相参积累是提高微弱目标探测性能的一种有效手段。然而，对于机械圆周扫描和特定区域扇形扫描雷达而言，在一个波位上驻留时间较短，一般只有几个或几十个脉冲，难以满足长时间积累的要求。因此，需要联合多帧信号进行帧间能量积累，改善雷达对微弱目标探测能力。现有的帧间积累算法主要以检测前跟踪(track-before-detect,tbd)为核心思想。tbd技术是信号处理技术和数据处理技术相结合而产生的一种新的目标检测手段，采用批处理的思想，对多帧采样数据进行非相参处理，提高目标航迹信噪比，在检测出目标点迹的同时可以起始目标航迹。tbd方法利用目标的运动特性，沿目标轨迹对多帧回波数据进行处理实现长时间信号积累，从而可以有效改善雷达对目标的检测能力。tbd算法中有几种较为经典的算法：基于hough变换的tbd算法、基于动态规划(dynamicprogramming,dp)的tbd算法、基于粒子滤波(particle filtering,pf)的tbd算法等。这些方法都是先对单帧回波数据进行帧内相参积累，再对多帧回波间的信号幅度或幅度平方进行累加，但这样的操作将丢失多帧数据间目标回波的相位信息，导致能量积累效果严重受限。因此，如何在不改变雷达工作体制的前提下，充分挖掘帧间的距离走动变化规律以及帧间相位关联特性，是进一步提升圆圈扫描和扇形扫描雷达对低可观测目标探测性能的关键。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：

2、为了解决匀加速运动目标在多帧回波数据间存在的距离走动、多普勒频率扩展等问题，从而避免在积累过程中目标能量发生泄漏，实现对多帧目标回波能量的相参积累，提高雷达对目标的检测能力；本发明提供一种基于坐标轴旋转与最小熵准则的多帧联合相参积累方法。

3、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

4、一种基于坐标轴旋转与最小熵准则的多帧联合相参积累方法，其特征在于，包括：

5、对雷达多帧目标回波信号进行脉冲压缩，对脉冲压缩后的雷达回波信号进行二维离散变换；

6、基于mfar算法搜索坐标轴最佳旋转角度，对多帧回波数据积累过程中的距离走动现象进行校正，根据最佳旋转角度计算目标速度；

7、基于最小熵准则在目标距离单元估计目标加速度；

8、根据目标加速度估计值构建相位补偿函数，根据目标速度构建补偿系数；

9、基于相位补偿函数偿和补偿系数对回波信号沿慢时间维进行傅里叶变换，得到多帧相参积累结果。

10、本发明进一步的技术方案：所述根据最佳旋转角度计算目标速度，具体为：

11、

12、其中，α为最佳旋转角度，c为光速，tr为脉冲重复周期，fs为采样率。

13、本发明进一步的技术方案：所述基于最小熵准则在目标距离单元估计目标加速度，具体为：

14、沿慢时间维fft得到信号多普勒谱，计算多普勒谱熵；

15、改变加速度补偿项中加速度估计值并重新计算多普勒谱熵；

16、绘制加速度估计值与多普勒谱熵的曲线图，最小熵位置处即对应加速度估计值。

17、本发明进一步的技术方案：所述根据估计的目标加速度构建相位补偿函数，具体为：

18、

19、其中，为目标加速度估计值，λ为发射信号波长，为慢时间。

20、本发明进一步的技术方案：所述根据目标速度构建补偿系数，具体为：

21、

22、其中，m为相参脉冲信号的数量，nr为雷达天线完成一次扫描所发射的总的脉冲数，k是帧序号。

23、本发明进一步的技术方案：所述基于相位补偿函数偿和补偿系数对回波信号沿慢时间维进行傅里叶变换，具体为：

24、

25、其中，为目标多帧回波与相位补偿函数在二维快时间-慢时间域相乘。

26、一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。

27、一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。

28、一种计算机程序产品，其特征在于包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。

29、本发明的有益效果在于：

30、本发明提供的一种基于坐标轴旋转与最小熵准则的多帧联合相参积累方法，首先应用mfar算法搜索坐标轴最佳旋转角度，对多帧回波数据积累过程中的距离走动现象进行校正，并根据最佳旋转角度计算目标速度值；然后在目标距离单元应用最小熵准则对加速度信息进行估计，通过补偿回波信号中加速度引起的相位项完成对多普勒频率扩展的补偿，并根据目标速度值对帧间固定相位差进行补偿；最后沿慢时间维进行傅里叶变换，完成多帧回波能量的相参积累。

31、本发明解决了匀加速运动目标在多帧回波数据间存在的距离走动、多普勒频率扩展等问题，从而避免在积累过程中目标能量发生泄漏，实现对多帧目标回波能量的相参积累，提高雷达对目标的检测能力。

技术特征：

1.一种基于坐标轴旋转与最小熵准则的多帧联合相参积累方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述一种基于坐标轴旋转与最小熵准则的多帧联合相参积累方法，其特征在于，所述根据最佳旋转角度计算目标速度，具体为：

3.根据权利要求1所述一种基于坐标轴旋转与最小熵准则的多帧联合相参积累方法，其特征在于，所述基于最小熵准则在目标距离单元估计目标加速度，具体为：

4.根据权利要求1所述一种基于坐标轴旋转与最小熵准则的多帧联合相参积累方法，其特征在于，所述根据估计的目标加速度构建相位补偿函数，具体为：

5.根据权利要求4所述一种基于坐标轴旋转与最小熵准则的多帧联合相参积累方法，其特征在于，所述根据目标速度构建补偿系数，具体为：

6.根据权利要求5所述一种基于坐标轴旋转与最小熵准则的多帧联合相参积累方法，其特征在于，所述基于相位补偿函数偿和补偿系数对回波信号沿慢时间维进行傅里叶变换，具体为：

7.一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1-6任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1-6任一项所述的方法。

9.一种计算机程序产品，其特征在于包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1-6任一项所述的方法。

技术总结本发明涉及一种基于坐标轴旋转与最小熵准则的多帧联合相参积累方法，属于雷达信号处理与目标检测领域。包括：对雷达多帧目标回波信号进行脉冲压缩，对脉冲压缩后的雷达回波信号进行二维离散变换；基于MFAR算法搜索坐标轴最佳旋转角度，对多帧回波数据积累过程中的距离走动现象进行校正，根据最佳旋转角度计算目标速度；基于最小熵准则在目标距离单元估计目标加速度；根据目标加速度估计值构建相位补偿函数，根据目标速度构建补偿系数；基于相位补偿函数偿和补偿系数对回波信号沿慢时间维进行傅里叶变换，得到多帧相参积累结果。本发明解决了匀加速运动目标在多帧回波数据间存在的距离走动、多普勒频率扩展等问题，提高了雷达对目标的检测能力。技术研发人员：粟嘉,席梦茹,范一飞,李滔,刘向阳,王伶,陶明亮受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23