一种基于同距离冗余回波幅相筛选的调频步进雷达距离像抽取方法与流程

本发明涉及雷达信号处理，特别是涉及一种基于同距离冗余回波幅相筛选的调频步进雷达距离像抽取方法。

背景技术：

1、调频步进雷达采用载频按照预定步进间隔变化的线性调频子脉冲形成发射信号，通过多个子脉冲的频率步进获得合成带宽。接收回波经脉冲压缩及运动补偿后，可沿步进频率维进行逆快速傅里叶变换，获得目标的一维高分辨距离像。由于高分辨处理结果中存在需要去除的冗余距离信息，距离像形成过程中还需要进行目标抽取处理。《系统工程与电子技术》2001年第23卷第6期第26至31页刊载的《频率步进雷达参数设计与目标抽取算法》对频率步进雷达的目标抽取准则及处理方法进行了研究，并分析了目标运动对目标抽取处理的影响。

2、针对高分辨处理结果中的冗余距离信息，现有技术采用同距离选大等方式完成距离像抽取。中国发明专利申请cn115902885a公开了一种基于fpga的步进频高分辨近程雷达探测系统和方法，对距离门内的回波数据进行逆快速傅里叶变换，取得一维距离像幅值，并从各组逆快速傅里叶变换结果中提取有效数据；各组有效数据按照距离位置进行对齐后，对同一距离位置对应的数据进行幅值比较并保留幅值较大的数据，以完成同距离选大去冗余；不同距离门的去冗余结果经距离重排和拼接后形成一维高分辨距离像。

3、现有同距离选大方式以同一距离位置对应的候选数据幅值作为距离像抽取依据。当同一物理距离单元存在多个可参与选大的冗余回波时，仍按照幅值大小确定对应物理距离单元的抽取回波，缺少幅值比较之外的候选回波判别手段。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于同距离冗余回波幅相筛选的调频步进雷达距离像抽取方法，可解决现有同距离选大方式在同一物理距离单元存在多个候选回波时仅依据幅值确定抽取回波、缺少幅值之外候选判别手段的问题，实现基于剩余相位差筛选候选回波后再按幅值完成距离像抽取。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于同距离冗余回波幅相筛选的调频步进雷达距离像抽取方法，包括：

4、获取调频步进雷达回波经逆快速傅里叶变换形成的多组复数距离数据，各组复数距离数据分别对应一个粗距离采样位置；

5、根据各组复数距离数据对应的物理距离，将对应同一物理距离单元的复数数据确定为同距离候选回波，形成同距离候选回波组；

6、根据各同距离候选回波对应的粗距离采样位置与对应物理距离单元的物理距离之间的距离偏移，确定各同距离候选回波的确定性距离相位项；

7、根据确定性距离相位项，对包含多个同距离候选回波的同距离候选回波组进行距离相位补偿，得到相位基准统一的候选回波；

8、计算同一同距离候选回波组对应的各相位基准统一的候选回波之间的剩余相位差；

9、将各剩余相位差与相位差阈值进行比较，根据比较结果确定同距离候选回波组对应的相位一致候选回波；

10、存在相位一致候选回波时，根据相位一致候选回波的幅值确定对应物理距离单元的抽取回波；

11、未形成相位一致候选回波时，根据对应的同距离候选回波组内各同距离候选回波的幅值确定对应物理距离单元的抽取回波；

12、按照各物理距离单元的距离顺序排列抽取回波，得到一维高分辨距离像。

13、优选地，获取调频步进雷达回波经逆快速傅里叶变换形成的多组复数距离数据，各组复数距离数据分别对应一个粗距离采样位置，包括：

14、按照粗距离采样位置对调频步进雷达回波进行分组，得到与各粗距离采样位置分别对应的步进频率回波序列；

15、沿步进频率维分别对各步进频率回波序列进行逆快速傅里叶变换，保留逆快速傅里叶变换结果的实部数据和虚部数据，并将同一粗距离采样位置对应的实部数据和虚部数据组成一组复数距离数据。

16、优选地，根据各组复数距离数据对应的物理距离，将对应同一物理距离单元的复数数据确定为同距离候选回波，形成同距离候选回波组，包括：

17、根据每组复数距离数据对应的粗距离采样位置、组内各复数数据的距离序号以及逆快速傅里叶变换后的距离单元间隔，确定各复数数据对应的物理距离；

18、将对应同一物理距离单元的复数数据进行距离对齐，并将距离对齐后的复数数据确定为同距离候选回波；

19、将对应同一物理距离单元的各同距离候选回波组成同距离候选回波组。

20、优选地，根据各同距离候选回波对应的粗距离采样位置与对应物理距离单元的物理距离之间的距离偏移，确定各同距离候选回波的确定性距离相位项，包括：

21、以对应物理距离单元的物理距离作为统一距离基准，确定各同距离候选回波对应的粗距离采样位置相对于统一距离基准的距离偏移；

22、根据距离偏移以及调频步进雷达回波的距离相位关系，确定各同距离候选回波对应的确定性距离相位项。

23、优选地，根据确定性距离相位项，对包含多个同距离候选回波的同距离候选回波组进行距离相位补偿，得到相位基准统一的候选回波，包括：

24、根据各同距离候选回波对应的确定性距离相位项，分别构造模值为1且相角为对应确定性距离相位项相反数的复数相位补偿因子；

25、将各同距离候选回波分别与对应的复数相位补偿因子相乘，使同一同距离候选回波组内各候选回波对应于统一距离基准，得到相位基准统一的候选回波。

26、优选地，计算同一同距离候选回波组对应的各相位基准统一的候选回波之间的剩余相位差，包括：

27、针对同一同距离候选回波组内任意两个相位基准统一的候选回波，计算一个候选回波与另一个候选回波的复共轭乘积；

28、取复共轭乘积的主辐角绝对值作为两个相位基准统一的候选回波之间的剩余相位差，剩余相位差满足：

29、

30、式中，和分别表示第个物理距离单元对应的第个和第个相位基准统一的候选回波，与为不同的候选回波序号，表示的复共轭，表示取主辐角，表示两个相位基准统一的候选回波之间的剩余相位差。

31、优选地，将各剩余相位差与相位差阈值进行比较，根据比较结果确定同距离候选回波组对应的相位一致候选回波，包括：

32、针对每一相位基准统一的候选回波，分别将相位基准统一的候选回波与同一同距离候选回波组内其余相位基准统一的候选回波之间的剩余相位差与相位差阈值进行比较；

33、存在至少一个不大于相位差阈值的剩余相位差时，保留对应的相位基准统一的候选回波；全部剩余相位差均大于相位差阈值时，筛除对应的相位基准统一的候选回波；

34、将保留的相位基准统一的候选回波确定为相位一致候选回波。

35、优选地，将各剩余相位差与相位差阈值进行比较，根据比较结果确定同距离候选回波组对应的相位一致候选回波，包括：

36、当同一同距离候选回波组内包含三个以上相位基准统一的候选回波时，统计每一相位基准统一的候选回波与其余相位基准统一的候选回波之间不大于相位差阈值的剩余相位差数量；

37、确定各相位基准统一的候选回波对应的剩余相位差数量中的最大值；

38、当最大值大于零时，从剩余相位差数量等于最大值的相位基准统一的候选回波中选取幅值最大的候选回波作为参考候选回波；

39、将参考候选回波以及与参考候选回波之间的剩余相位差不大于相位差阈值的相位基准统一的候选回波确定为相位一致候选回波；

40、当最大值等于零时，确定同距离候选回波组未形成相位一致候选回波。

41、优选地，存在相位一致候选回波时，根据相位一致候选回波的幅值确定对应物理距离单元的抽取回波，包括：

42、根据各相位一致候选回波的实部数据和虚部数据确定对应的复数模值，并将复数模值作为对应相位一致候选回波的幅值；

43、比较对应同一物理距离单元的各相位一致候选回波的幅值，将幅值最大的相位一致候选回波确定为对应物理距离单元的抽取回波。

44、优选地，未形成相位一致候选回波时，根据对应的同距离候选回波组内各同距离候选回波的幅值确定对应物理距离单元的抽取回波，包括：

45、当同距离候选回波组仅包含一个同距离候选回波时，将同距离候选回波确定为对应物理距离单元的抽取回波；

46、当同距离候选回波组包含多个同距离候选回波且未形成相位一致候选回波时，根据各同距离候选回波的实部数据和虚部数据确定对应的复数模值，并将复数模值最大的同距离候选回波确定为对应物理距离单元的抽取回波。

47、本发明公开了以下有益效果：

48、（1）本发明通过将对应同一物理距离单元的复数数据确定为同距离候选回波，并依据粗距离采样位置与物理距离之间的距离偏移确定确定性距离相位项，在同距离候选回波组内完成距离相位补偿，使来自不同粗距离采样位置的候选回波对应于统一的相位基准。距离相位补偿减少了距离基准差异形成的确定性相位项对候选回波相位比较的影响，使剩余相位差能够用于表征同距离候选回波之间的相对相位关系。

49、（2）本发明通过计算相位基准统一的候选回波之间的剩余相位差，并将所述剩余相位差与相位差阈值进行比较，从同距离候选回波组中确定相位一致候选回波，再根据所述相位一致候选回波的幅值确定抽取回波。相较于仅依据幅值确定抽取回波的同距离选大方式，本发明在多个候选回波对应同一物理距离单元时增加了相位关系判别。当一个同距离候选回波组包含k个候选回波时，两两比较最多形成k(k－1)/2个剩余相位差，使候选回波的确定不再仅取决于单个幅值大小，降低异常幅值候选直接作为抽取回波的可能。

50、（3）本发明在形成相位一致候选回波时根据所述相位一致候选回波的幅值确定抽取回波，在未形成相位一致候选回波时根据同距离候选回波组内各同距离候选回波的幅值确定抽取回波。两种处理结果均对应确定的物理距离单元，避免相位筛选未形成候选结果时相应物理距离单元缺少抽取回波；各抽取回波按照物理距离单元的距离顺序排列后形成一维高分辨距离像。