一种宽带雷达检测的方法及系统与流程

1.本发明涉及雷达检测技术领域，尤其是一种宽带雷达检测的方法及系统。


背景技术：

2.宽带雷达是工作带宽相对较宽的雷达系统，可用于目标检测领域，即检测目标是否存在。
3.现代高分辨率雷达可以通过传输宽带波形来获得更高的分辨率和更多的目标信息，当目标尺寸大于雷达的分辨单元时，散射点就会分布在各个距离单元上，目标则被视为距离扩展目标。由于回波能量分散，降低了单个距离单元的信噪比，传统的窄带点目标检测在雷达系统中不再适用。
4.宽带雷达的目标回波表现为多散射点子回波的合成，各散射点回波的幅度、频率和相位等具有随机性，无法直接在距离像上得到目标信息，从而影响了宽带雷达的检测性能。对于高信噪比并且目标沿雷达视线方向运动较小时，可以直接对回波的频谱进行能量积累，虽然会造成一定的信噪比损失，但还是能有效地检测目标；而当信噪比较低且目标运动较快时，目标散射点所在的距离单元会发生偏移，无法直接通过回波的能量积累达到有效的检测效果，易出现误检和漏检等情况。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种宽带雷达的检测方法及系统，其能够在较低信噪比情况下实现目标检测，并且检测性能接近窄带检测的性能。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种宽带雷达检测的方法，包括以下步骤：
7.s1、设雷达发射线性调频信号s(t)，该发射信号经过目标反射后，在目标的运动参数在脉冲宽度内为常数的情况下，天线端接收到的回波经去斜处理后记为r(t)；
8.s2、对宽带雷达回波信号r(t)进行傅里叶变换，得到回波的高分辨率一维距离像r(f)；
9.s3、对接收到的回波的高分辨率一维距离像，根据目标运动引起的频率偏移进行运动补偿，使得不同回波距离像中的强散射点对应的距离单元对齐；
10.s4、对m个对齐后的相邻距离像进行相干积累，通过相干积累后的距离像的峰值个数和位置直观地估计出强散射点的个数和其对应的距离单元；
11.s5、对相邻的高分辨率一维距离像进行能量积累得到能量聚焦信号；
12.s6、使用蒙特卡罗方法进行检测，使用噪声作为基准信号代入步骤s5的积累过程，得到噪声能量聚焦信号以及该噪声能量聚焦信号的最大值，根据给定的虚警概率p
fa
重复本步骤1/p
fa
次，将得到1/p
fa
个噪声能量聚焦信号最大值，对1/p
fa
个最大值进行降序排列，取排序结果中第一个值和第二个值之间的数值作为检测阈值；然后将步骤s5得到的能量聚焦
信号的最大值与所述检测阈值作比较，若前者大于后者，则判断有目标存在，反之则否。
13.本发明还提出一种宽带雷达检测的系统，包括：
14.天线端接收处理模块，设雷达发射线性调频信号s(t)，该发射信号经过目标反射后，在目标的运动参数在脉冲宽度内为常数的情况下，天线端接收处理模块对其接收到的回波经去斜处理后记为r(t)；
15.傅里叶变换模块，用于对宽带雷达回波信号r(t)进行傅里叶变换，得到回波的高分辨率一维距离像r(f)；
16.补偿模块，用于对接收到的回波的高分辨率一维距离像，根据目标运动引起的频率偏移进行运动补偿，使得不同回波距离像中的强散射点对应的距离单元对齐；
17.相干积累模块，用于对m个对齐后的相邻距离像进行相干积累，通过相干积累后的距离像的峰值个数和位置直观地估计出强散射点的个数和其对应的距离单元；
18.能量积累模块，用于对相邻的高分辨率一维距离像进行能量积累得到能量聚焦信号；
19.检测模块，使用蒙特卡罗方法进行检测，使用噪声作为基准信号代入能量积累模块的积累过程，得到噪声能量聚焦信号以及该噪声能量聚焦信号的最大值，根据给定的虚警概率p
fa
重复本步骤1/p
fa
次，将得到1/p
fa
个噪声能量聚焦信号最大值，对1/p
fa
个最大值进行降序排列，取排序结果中第一个值和第二个值之间的数值作为检测阈值；然后将能量积累模块得到的能量聚焦信号的最大值与所述检测阈值作比较，若前者大于后者，则判断有目标存在，反之则否。
20.与现有技术相比，本发明取得的有益效果包括：本发明通过将距离像相干积累估计出强散射点的位置，再对对齐后相邻回波的高分辨率一维距离像的强散射点进行能量聚焦，极大地提高了对目标的检测能力。同时，本发明充分利用了散射点的信息，在包含强散射点的检测窗内只对强散射点对应的距离单元作共轭相乘，有效地降低了信噪比对目标检测的影响，从而提高了检测准确率。
附图说明
21.图1是本发明实施例中宽带雷达检测的流程图；
22.图2是本发明实施例宽带检测与窄带检测的性能比较示意图。
具体实施方式
23.下面结合实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
24.实施例1
25.如图1所示，本实施例的宽带雷达检测的方法，其具体包括如下步骤：
26.步骤1、设雷达发射线性调频信号s(t)，该发射信号经过目标反射后，在目标的运动参数在脉冲宽度内为常数的情况下，天线端接收到的回波经去斜处理后记为r(t)。
27.步骤2、对宽带雷达回波信号r(t)进行傅里叶变换，得到回波的高分辨率一维距离像r(f)。
28.步骤3、对接收到的回波的高分辨率一维距离像，根据目标运动引起的频率偏移进
行运动补偿，使得不同回波距离像中的强散射点对应的距离单元能够基本对齐。
29.步骤4、对m个对齐后的相邻距离像进行相干积累，相干积累前后距离像的功率没有改变，而噪声的功率会减小，使得信噪比提高了10lgm db，通过相干积累后的距离像的峰值个数和位置可以直观地估计出强散射点的个数和其对应的距离单元。
30.步骤5、对相邻的高分辨率一维距离像进行能量积累得到能量聚焦信号。步骤5具体包括以下步骤：
31.步骤5.1、设第i个高分辨率一维距离像记为ri(f)，第i 1个高分辨率一维距离像记为r
i 1
(f)。根据待检测目标的长度，选择长度为l的检测窗，即检测窗的长度要大于目标所占据的距离单元的个数，使得强散射点可以完整地分布在一个检测窗内；
32.步骤5.2、对步骤5.1的相邻两个一维距离像进行滑窗、积累，所述滑窗指的是下一次积累时检测窗的前沿位置移到上一次积累时检测窗的后沿位置，所述积累指的是对检测窗内的散射点进行操作。若强散射点分布在不同的检测窗内，则需要对所有待检测的距离像进行频移使得全部强散射点分布在同一个检测窗内再进行滑窗、积累。
33.具体积累过程为：若检测窗中没有强散射点的分布，则对该检测窗中第i个和第i 1个距离像所有距离单元进行共轭相乘后求平均，即当检测窗移动到包含强散射点的位置时，则只对该检测窗内第i个和第i 1个距离像的强散射点进行共轭相乘后求平均，即以此积累以后可以使得散射点能量得到积累，并降低了噪声对检测的影响。
34.如遇到不易得出强散射点距离单元的情况，可以在步骤5.2的积累过程做能量聚焦时多取几个距离单元，此时对检测性能不会产生太大影响。
35.步骤6、使用蒙特卡罗方法进行检测：使用噪声作为基准信号代入步骤5.2的积累过程，可以得到噪声能量聚焦信号以及该噪声能量聚焦信号的最大值，根据给定的虚警概率p
fa
重复本步骤(1/p
fa
)次，将得到(1/p
fa
)个噪声能量聚焦信号最大值，对(1/p
fa
)个最大值进行降序排列，取排序结果中第一个值和第二个值之间的数值作为检测阈值；然后将步骤5得到的能量聚焦信号的最大值与所述检测阈值作比较，若前者大于后者，则判断有目标存在，反之则否。
36.步骤7、由于距离像对齐后对应的距离单元是不变的，故当天线再接收到下一个回波时，只需将下一个回波的距离像与前一个距离像重复步骤5.2的积累过程和步骤6的检测过程，即可检测出是否有目标。
37.为详尽本发明的技术方案，以下将列举一实施例说明。
38.假设存在一个由17个理想点组成的目标，目标对雷达的径向速度为300m/s，雷达的中心频率是9ghz，采样频率是1ghz，脉冲宽度是100μs，宽带波形带宽设为1ghz，窄带波形带宽设为5mhz，生成的去斜后的宽带回波大小为12000，窄带回波的大小为600。
39.若对窄带信号来说进行cfar检测时的信噪比为snrn＝snr，即需在窄带检测时加入的噪声方差为其中en为窄带信号能量，则在宽带时域回波上的信号
与噪声的信噪比应为snrw＝snr-10lg12000，根据该信噪比可计算得到加入宽带回波的噪声方差为其中ew为窄带信号能量。
40.对若干包含噪声的宽带雷达回波，根据目标运动引起的频率偏移进行运动补偿对齐，将经对回波进行傅里叶变换得到距离像相干积累得到7个强散射点，估计出的强散射点的相对位置为366、399、410、418、426、439、470。
41.根据估计出的强散射点的相对位置取检测窗的大小l＝120，自第一个距离单元起以检测窗120为步长，对r0(f)和r1(f)在该检测窗内的120个距离单元按照步骤5.2进行共轭相乘。当检测窗滑到(361,480)处时，只对该检测窗内r0(f)和r1(f)的上述7个散射点对应的距离单元进行共轭相乘并相加求平均，以此可以得到能量聚焦信号。
42.将虚警概率设为10-3
，只对噪声方差为σ
2w
的高斯噪声根据步骤5.2重复1000次得到检测阈值，将每次检测的能量聚焦信号的最大值与该检测阈值作比较即可判断目标有无。对于窄带回波来说，直接对带有噪声的窄带回波采用匹配滤波，再进行cfar检测即可判断出目标的存在与否。对比图2中宽带和窄带的检测性能，宽带检测的结果比窄带略低但相差不大。
43.由此可知，本实施例对接收到的雷达回波信号作傅里叶变换后得到高分辨率距离像，对若干经过运动补偿后的相邻距离像进行相干积累来确定强散射点的个数和所在的距离单元。根据待检测的目标长度确定的合适大小的检测窗，再对对齐后的两个相邻距离像进行滑窗能量积累。在包含强散射点的检测窗内只对强散射点进行共轭相乘积累，在不含强散射点的检测窗内对其中所有的距离单元进行共轭相乘积累，将积累后的聚焦信号的最大值与检测阈值进行比较。本实施例由于充分利用了强散射点的位置信息，从而有效地降低了信噪比对目标检测的影响，使其检测性能接近窄带检测的性能。
44.实施例2
45.与实施例1基于相同的发明构思，本实施例为宽带雷达检测的系统，其具体包括如下各模块：
46.天线端接收处理模块，用于实现实施例1的步骤1，设雷达发射线性调频信号s(t)，该发射信号经过目标反射后，在目标的运动参数在脉冲宽度内为常数的情况下，天线端接收处理模块对其接收到的回波经去斜处理后记为r(t)；
47.傅里叶变换模块，用于实现实施例1的步骤2，对宽带雷达回波信号r(t)进行傅里叶变换，得到回波的高分辨率一维距离像r(f)；
48.补偿模块，用于实现实施例1的步骤3，对接收到的回波的高分辨率一维距离像，根据目标运动引起的频率偏移进行运动补偿，使得不同回波距离像中的强散射点对应的距离单元对齐；
49.相干积累模块，用于实现实施例1的步骤4，对m个对齐后的相邻距离像进行相干积累，通过相干积累后的距离像的峰值个数和位置直观地估计出强散射点的个数和其对应的距离单元；
50.能量积累模块，用于实现实施例1的步骤5，对相邻的高分辨率一维距离像进行能量积累得到能量聚焦信号；
51.检测模块，实现实施例1的步骤6，使用蒙特卡罗方法进行检测，使用噪声作为基准
信号代入能量积累模块的积累过程，得到噪声能量聚焦信号以及该噪声能量聚焦信号的最大值，根据给定的虚警概率p
fa
重复本步骤1/p
fa
次，将得到1/p
fa
个噪声能量聚焦信号最大值，对1/p
fa
个最大值进行降序排列，取排序结果中第一个值和第二个值之间的数值作为检测阈值；然后将能量积累模块得到的能量聚焦信号的最大值与所述检测阈值作比较，若前者大于后者，则判断有目标存在，反之则否。
52.此外，当天线端接收处理模块再接收到下一个回波时，将下一个回波的距离像与前一个距离像重复能量积累模块的积累过程和检测模块的检测过程，实现是否有目标的检测。
53.以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。