基于Keystone变换与WNNM的高速弱目标相参积累研究

发布时间：2020-08-01 11:11

【摘要】：在现代战场环境下,高速目标的隐身性能越来越强,这也使得针对这一类目标的侦查需求与日俱增。本文主要针对高速微弱目标的检测进行了研究,对于高速目标的跨距离走动这一现象进行了分析,此现象会导致的相参积累效率降低从而无法准确对目标的参数进行估计。此外对微弱目标的检测进行了讨论,当目标回波信噪比极低时,常见的相参积累、杂波抑制等检测方法已经不能满足远距离发现目标的需求,因此还需要其他算法来进一步提升信噪比。由于雷达的回波矩阵在经过完全的距离走动补偿之后具有低秩性,本文提出了基于加权核范数最小化(WNNM)算法的高速微弱目标雷达检测技术。首先,本文分析了高速目标的雷达回波的建模问题。对于窄带雷达照射高速运动的目标,所反射的雷达回波是否能满足“走停”模型进行了讨论,并给出了目标符合模型时所需满足的速度条件。对于目标高速运动所跨越的距离单元以及对相参积累的影响也进行了定量分析。然后,针对目标的距离走动问题,使用Keystone算法进行补偿。对于低信噪比条件下的距离走动补偿,本文采用了对噪声不敏感的Keystone算法,并对Keystone算法的原理和实现方式进行了讨论和比较。针对远距离目标而采用低重频所造成的速度模糊,进行了模糊数估计,并定量分析了模糊数估计不准确所造成的目标信噪比损失。最后,对于相参积累后的回波信噪比低的问题,本文提出了复数域的WNNM算法。对于雷达回波矩阵进行了低秩性分析,在进行距离走动补偿后的回波矩阵能够使用WNNM算法实现信号与噪声的分离。但是现有的WNNM算法均为针对图像、视频等实数数据进行处理。而雷达信号为复信号,并且在使用WNNM算法后的相参积累还对信号相位有着较为严格的要求。为了解决该问题,本文对WNNM算法进行了改造,使其能够适用于复数雷达信号。对于进行了相参积累仍不能达到检测门限的情况,本文提出的方案能够有效提高高速微弱目标的回波信噪比。最后进行的仿真验证证明了该方法的有效性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN957.51;E91
【图文】：

示意图,相参积累,流程,示意图

和相位信息的积累方式。但是对脉冲间的相参性存在要求，能达到理想效果。对于静止目标，将所有脉冲进行相加即可动时则需采用多个中心频率不同的梳状滤波器组来实现相相参积累的处理流程波是最经典的能够有效提高雷达回波 SNR 的信号处理方式带来的增益往往是有限的。针对微弱目标的检测，匹配滤波号的 SNR 提高到能够进行有效检测的程度。因此需要考虑波信号 SNR。一种常见的思路就是通过接收多个信号的回提高信噪比。静止时，目标在脉冲间的回波是相参的，其幅度与相位都声则不具有相关性，因此对于背景噪声在积累时不会进行累幅度相同而累加。因此信噪比在经过相参积累后会得到提

脉冲波形,匹配滤波,脉冲波形,模型

图 2-2 不同模型进行匹配滤波后的脉冲波形匹配滤波器的失配对于相参积累的影响主要体现在回波脉冲的模型与未近似的雷达回波不仅是信号的中心频率存在变化；还变化。从图 2-2 中可以看出，匹配滤波器与目标回波模型相差时延间隔越长，脉冲损失越严重。对于未近似雷达回波比走停也是符合物理意义的：在雷达脉冲传播的时间内，目标仍在运为目标是静止的。因此接收到相向而行的目标要比在这段时间的雷达回波要略快一点。实验数据可知，在目标径向速度设置为v=7000m/s 的情况下，配滤波器输出的峰值响应分别为 1 和 0.9514。其中未近似的雷应对应的信噪比损失约为 0.43dB。这时的信噪比损失仍在可以来改变目标速度 v，继续对三种情况进行仿真，统计不同速度下峰值，并绘制曲线。得到结果如图 2-3 所示。从图中可以看出波器输出峰值造成的影响近似呈线性变化。并且速度越大，则噪比损失越严重。

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图 2-3 不同速度进行匹配滤波后的脉信号幅度峰值包络中心的移动式(2-7)中 2 ( )/( )mu t R t c v 项在式(2-12)中近似为 2u t 会导致匹配滤波器的失配误差外，还会导致包络中心移动的误中心的移动的误差为2 2 ( )2m mmc R t R tvr R tc v c c v 生的误差小于距离分辨单元时，认为误差可以忽略，即2crB (2-30)代入式(2-31)可以得出22 ( )mcvBR t c 窄带雷达在探测较远距离的目标时，式(2-32)的条件是容易满足=20MHz、目标到雷达距离 R=120km 时，对于目标速度的，一般目标能够满足这一条件。

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