本發(fā)明屬于信號處理技術領域，特別涉及一種基于雜波輪廓圖的動目標顯示濾波器濾波方法，是一種海雜波抑制技術，適用于目標檢測與跟蹤，便于工程實現(xiàn)。

背景技術：

雜波抑制技術是雷達在雜波背景下檢測目標的一種重要手段，目前用于雜波抑制的措施有很多，其中，從頻率域利用雜波和目標回波的多普勒信息的不同來抑制雜波，是雷達信號處理中最常用的方法，稱之為動目標顯示mti或動目標檢測mtd技術。為解決盲速問題，常用的方法是利用參差重復頻率，此時只能選擇mti技術；而工程實現(xiàn)中，雜波抑制常采用傳統(tǒng)自適應mti或者級聯(lián)mti技術。

傳統(tǒng)自適應mti技術采用運動雜波譜中心補償抑制法，先通過雜波譜中心估計，在對譜中心補償，然后進行雜波抑制；工程實現(xiàn)中，測頻不僅會占用fpga的大量邏輯資源和存儲資源，在頻率估計不準確時還會導致設計的濾波器凹口對不準雜波中心頻率而無法完全對消雜波。

級聯(lián)mti技術多采用兩級級聯(lián)mti濾波器，第一級mti濾波器對消地雜波，第二級mti濾波器對消剩余的動雜波；級聯(lián)mti技術不僅需要測頻，還要對第一級的濾波結(jié)果進行相位校正，不僅占用大量的資源，而且計算量大。

無論是傳統(tǒng)的mti技術還是優(yōu)化設計的mti濾波器，在工程實現(xiàn)中都需要對雷達回波數(shù)據(jù)作測頻處理；基于fpga的雜波抑制的工程實現(xiàn)中，測頻不僅會占用fpga的大量邏輯資源和存儲資源，在頻率估計不準確時還會導致設計的濾波器凹口對不準雜波中心頻率而無法完全對消雜波。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于雜波輪廓圖的動目標顯示濾波器濾波方法，該種基于雜波輪廓圖的動目標顯示濾波器濾波方法不通過測頻根據(jù)建立的雜波輪廓圖選擇濾波器組的輸出結(jié)果，以減少工程實現(xiàn)中的運算量，節(jié)約資源。

本發(fā)明的技術思路:將雷達作用域(處理范圍)劃分成多個雜波單元，采用“區(qū)域擴展”技術建立雜波輪廓圖；根據(jù)雷達的工作頻段和最大海情計算海雜波最大多普勒頻移，在頻域上按最大多普勒頻移分成若干多普勒通道，每個通道有不同的中心頻率；計算一組mti濾波器系數(shù)，mti濾波器的個數(shù)與凹口中心與劃分的多普勒通道一致；根據(jù)雜波輪廓圖選擇濾波器組的輸出結(jié)果。

為達到上述技術目的，本發(fā)明采用如下技術方案予以實現(xiàn)。

一種基于雜波輪廓圖的動目標顯示濾波器濾波方法，包括以下步驟：

步驟1，確定雷達，并對雷達的檢測范圍進行劃分，得到m”×n”個目標分辨單元和m'×n'個雜波單元，將m”×n”個目標分辨單元記為m”×n”維目標分辨單元矩陣，將m'×n'個雜波單元記為m'×n'維雜波單元矩陣；m”>m'，n”>n'，m”、n”、m'、n'分別為大于0的正整數(shù)；

初始化：令na表示第na個天線掃描周期，na∈{0,1,…,y}，na的初始值為0；y表示設定的天線掃描周期個數(shù)；

設定第na個天線掃描周期時的完整雜波圖，且第na個天線掃描周期時的完整雜波圖距離向上雜波單元個數(shù)為k1，第na個天線掃描周期時的完整雜波圖方位向上雜波單元個數(shù)為k2，其中，表示向下取整；

令i∈{1+(1-1)m',1+(2-1)m',1+(3-1)m',……,1+(k1-1)m'}，j∈{1+(1-1)n',1+(2-1)n',1+(3-1)n',……,1+(k2-1)n'}，m'表示m'×n'維雜波單元矩陣距離向最大編號，n'表示m'×n'維雜波單元矩陣方位向最大編號；

步驟2，計算得到第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為i、方位向編號為j處的雜波單元平均值

步驟3，分別令i分別取1+(1-1)×m'至1+(k2-1)n'，重復執(zhí)行步驟2，進而得到第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為1+(1-1)×m'、方位向編號為j處的雜波單元平均值至第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為1+(k1-1)m'、方位向編號為j處的雜波單元平均值記為第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中方位向編號為j處的k1個雜波單元平均值

步驟4，分別令j取1+(1-1)n'至1+(k2-1)n'，將i的值置為1，重復執(zhí)行步驟2和步驟3，進而分別得到第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中方位向編號為1+(1-1)n'處的k1個雜波單元平均值至第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中方位向編號為1+(k2-1)n'處的k1個雜波單元平均值并記為第na個天線掃描周期時的完整雜波圖

步驟5，根據(jù)第na個天線掃描周期時的完整雜波圖，得到第na個天線掃描周期時的雜波輪廓圖；其中q為大于0的正整數(shù)；

步驟6，令na的值加1，返回步驟2，直到得到第y個天線掃描周期時的雜波輪廓圖，并將此時得到的第y個天線掃描周期時的雜波輪廓圖，作為記為最終雜波輪廓圖；

步驟7，計算海雜波最大多普勒頻移；

步驟8，根據(jù)海雜波最大多普勒頻移，確定多普勒區(qū)間，進而得到d個多普勒通道以及每個多普勒通道的中心頻率；d為大于0的正整數(shù)；

步驟9，根據(jù)每個多普勒通道的中心頻率，計算得到p個k階mti濾波器的權系數(shù)；其中，p表示mti濾波器個數(shù)，k表示每個mti濾波器的最大階數(shù)，p、k分別為大于0的正整數(shù)；

步驟10，確定雷達輸入脈沖，并根據(jù)p個k階mti濾波器的權系數(shù)和最終雜波輪廓圖，得到最終的k階mti濾波器輸出結(jié)果，所述最終的k階mti濾波器輸出結(jié)果為基于雜波輪廓圖的動目標顯示濾波器濾波結(jié)果。

本發(fā)明與現(xiàn)有mti方案相比具有以下優(yōu)點：

1)避免頻率估計不準的問題

傳統(tǒng)mti方案根據(jù)估計的海雜波多普勒中心頻率設置濾波器凹口中心，但實際工程中由于中心頻率估計不準造成雜波抑制效果不好；本發(fā)明無需進行頻率估計，避免了頻率估計不準的問題，而且在動雜波頻率變化較大的情況下，有很好的雜波抑制效果。

2)計算量少，節(jié)約資源

級聯(lián)mti濾波器雖然可以濾除地雜波和海雜波，但需要相位校正；本發(fā)明只進行一級mti濾波，不需要進行相位校正，計算量少，節(jié)約邏輯資源和存儲資源。

3)易于工程實現(xiàn)

本發(fā)明方法簡單，容易用fpga完成工程實現(xiàn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖1為本發(fā)明的一種基于雜波輪廓圖的動目標顯示濾波器濾波方法流程圖；

圖2(a)為二維雜波單元的方位-距離劃分示意圖；

圖2(b)為圖2(a)中陰影部分的放大圖；

圖3為一個駐留時間內(nèi)脈壓處理后的幅度圖；

圖4為傳統(tǒng)自適應mti濾波器的濾波結(jié)果幅度圖；

圖5為本發(fā)明方法的濾波結(jié)果幅度圖；

圖6為非相干積累結(jié)果的幅度圖。

具體實施方式

參照圖1，為本發(fā)明的一種基于雜波輪廓圖的動目標顯示濾波器濾波方法流程圖；所述基于雜波輪廓圖的動目標顯示濾波器濾波方法，包括以下步驟：

步驟1，確定雷達，本實施例中采用脈沖多普勒雷達；然后對雷達的檢測范圍進行劃分，得到m”×n”個目標分辨單元和m'×n'個雜波單元，每個目標分辨單元分別由目標距離尺寸δr和目標方位尺寸δθ來表示，δr＝cτ/2，c表示光速，τ表示雷達發(fā)射信號的脈沖寬度，其中一個脈沖重復周期tr對應雷達方位上的天線轉(zhuǎn)動角度為方位尺寸δθ；每個雜波單元分別用雜波距離尺寸δrc和雜波方位尺寸δa表示，δrc＝m'·δr，δa＝n'δθ；m”>m'，n”>n'，m”、n”、m'、n'分別為大于0的正整數(shù)。

為了減少存儲容量，本發(fā)明中設定雜波單元總個數(shù)大于目標分辨單元總個數(shù)，且本實施例中m'∈{32,33,……,256}，n'∈{16,17,……,128}；將m”×n”個目標分辨單元記為m”×n”維目標分辨單元矩陣，將m'×n'個雜波單元記為m'×n'維雜波單元矩陣，且每一個雜波單元的平均值為m”×n”個目標分辨單元矩陣的二維平均，則m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為i、方位向編號為j處的雜波單元平均值為

m'表示m'×n'維雜波單元矩陣距離向最大編號，n'表示m'×n'維雜波單元矩陣方位向最大編號，n∈{1,2,……,n”}，m∈{1,2……,m”}，xi+m,j+n表示m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為i+m、方位向編號為j+n處的雜波數(shù)據(jù)，i+m∈{1,2,……,m'}，j+n∈{1,2……,n'}，。

確定噪聲單元電平估計值：雷達最大探測距離為lkm，將距離雷達中心9l/10km處視作為遠區(qū)；選取遠區(qū)m×n個目標分辨單元，并記為m×n維目標分辨單元矩陣，m×n維目標分辨單元矩陣中每一個目標分辨單元的噪聲電平值為m×n維目標分辨單元矩陣的二維平均，將m×n維目標分辨單元矩陣中距離向編號為i'、方位向編號為j'處的噪聲電平值記為即：

其中，n'∈{1,2,……,n}，m'∈{1,2……,m}，i'∈{1,2,……,m}，j'∈{1,2……,n}，本實施例中m'∈{64，65……512},n'∈{32，33……256}；m>m'，n>n'；xi'+m',j'+n'表示m×n維目標分辨單元矩陣中距離向編號為i'+m'、方位向編號為j'+n'處的目標數(shù)據(jù)。

初始化：令na表示第na個天線掃描周期，na∈{0,1,…,y}，na的初始值為0；y表示由雷達開機時的不穩(wěn)定狀態(tài)達到穩(wěn)定狀態(tài)過程中對應的天線掃描周期個數(shù)，本實施例中y取值為8。

設定第na個天線掃描周期時的完整雜波圖，且第na個天線掃描周期時的完整雜波圖距離向上雜波單元個數(shù)為k1，第na個天線掃描周期時的完整雜波圖方位向上雜波單元個數(shù)為k2，其中，表示向下取整。

令i∈{1+(1-1)m',1+(2-1)m',1+(3-1)m',……,1+(k1-1)m'}，j∈{1+(1-1)n',1+(2-1)n',1+(3-1)n',……,1+(k2-1)n'}，m'表示m'×n'維雜波單元矩陣距離向最大編號，n'表示m'×n'維雜波單元矩陣方位向最大編號。

步驟2，雜波單元值更新：計算得到第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為i、方位向編號為j處的雜波單元平均值其表達式為：

其中，表示第na-1個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為i、方位向編號為j處的雜波單元平均值，xi+m,j+n(na)表示第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為i+m、方位向編號為j+n處的雜波數(shù)據(jù)，k表示設定的常數(shù)，k∈[0,1]，本實施例中k取值為7/8；n∈{1,2,……,n”}，m∈{1,2……,m”}，m”表示m”×n”維目標分辨單元矩陣距離向最大編號，n”表示m”×n”維目標分辨單元矩陣方位向最大編號。

步驟3，分別令i分別取1+(1-1)×m'至1+(k2-1)n'，重復執(zhí)行步驟2，進而得到第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為1+(1-1)×m'、方位向編號為j處的雜波單元平均值至第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為1+(k1-1)m'、方位向編號為j處的雜波單元平均值記為第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中方位向編號為j處的k1個雜波單元平均值

步驟4，分別令j取1+(1-1)n'至1+(k2-1)n'，將i的值置為1，重復執(zhí)行步驟2和步驟3，進而分別得到第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中方位向編號為1+(1-1)n'處的k1個雜波單元平均值至第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中方位向編號為1+(k2-1)n'處的k1個雜波單元平均值并記為第na個天線掃描周期時的完整雜波圖所述第na個天線掃描周期時的完整雜波圖距離向上雜波單元個數(shù)為k1，第na個天線掃描周期時的完整雜波圖方位向上雜波單元個數(shù)為k2。

步驟5，確定第na個天線掃描周期時的雜波輪廓圖。

5.1初始化：令k1表示第na個天線掃描周期時的完整雜波圖距離向上雜波單元編號，k2表示第na個天線掃描周期時的完整雜波圖方位向上雜波單元編號，其中，表示向下取整；的初始值分別為1。

5.2比較第na個天線掃描周期時的完整雜波圖中距離向編號為方位向編號為處的雜波單元平均值與對應m×n維目標分辨單元矩陣中距離向編號為方位向編號為處的噪聲電平值的大小，若則第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為方位向編號為處的雜波單元內(nèi)有雜波，并標記為1；否則無雜波，并標記為0；其中q為大于0的正整數(shù)，本實施例中q取值為3。

5.3令不變，且令分別取1至k2，重復執(zhí)行5.2，進而分別將第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為方位向編號為1處的雜波單元至第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為方位向編號為k2處的雜波單元標記為1或0，記為第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為處的雜波輪廓圖。

5.4令分別取1至k1，將的值置為1，重復執(zhí)行5.2和5.3，進而分別得到第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為1處的雜波輪廓圖至第na個天線掃描周期時m'×n'維雜波單元矩陣中距離向編號為k1處的雜波輪廓圖，記為第na個天線掃描周期時的雜波輪廓圖。

步驟6，令na的值加1，返回步驟2，直到得到第y個天線掃描周期時的雜波輪廓圖，所述第y個天線掃描周期時的雜波輪廓圖穩(wěn)定，且第y個天線掃描周期時的雜波輪廓圖中包含的所有元素取值全部為0或者全部為1；并將此時得到的第y個天線掃描周期時的雜波輪廓圖，作為最終雜波輪廓圖。

步驟7，計算海雜波最大多普勒頻移|fdmax|，|fdmax|＝2×|vmax|/λ，|vmax|表示海雜波最大風速，λ為雷達發(fā)射電磁波波長。

具體的，海表面狀態(tài)有輕風、微風、和風、大風、強風、巨風、狂風，將海表面狀態(tài)為強風時視作高海情，此時風速最高達到10m/s，本實施例中海雜波最大風速取值為10m/s。

步驟8，劃分多普勒頻率通道：根據(jù)海雜波最大多普勒頻移，確定多普勒區(qū)間為(-|fdmax|,|fdmax|)，并對所述多普勒區(qū)間(-|fdmax|,|fdmax|)行劃分，得到d個多普勒通道，多普勒通道間隔為2×|fdmax|÷d，第1個多普勒通道的中心頻率為f1為第d個多普勒通道的中心頻率為fd為第d'個多普勒通道的中心頻率為其中2≤d'≤d-1，d為大于0的正整數(shù)。

步驟9，設計mti濾波器，即計算mti濾波器系數(shù)w，mti濾波器個數(shù)p與多普勒通道個數(shù)d取值相等。

mti濾波器是帶阻濾波器，也是fir濾波器；本發(fā)明中將每個濾波器設置為雙凹口濾波器，其中一個凹口設置在零頻處，另一個凹口位置與mti濾波器編號有關，p個mti濾波器凹口中心與d個多普勒通道的中心頻率一一對應，p表示k階mti濾波器個數(shù)。

采用零點分配法設計mti濾波器，零點分配法是在凹口處設置頻率響應零點的一種方法，w＝[w1,w2,…,wx,…,wp]，對于k階mti濾波器，第x個mti濾波器的權系數(shù)為wx，wx＝(wx,1,wx,2,……,wx,b,……,wx,k)，1≤x≤p，wx,b表示第x個mti濾波器的第b階系數(shù)，b∈[1,2,……,k]，k表示每個mti濾波器的最大階數(shù)；工程中k的取值范圍為k∈[2,3……6]，x的初始值為1。

9.1建立第x個mti濾波器的權系數(shù)wx的齊次線性方程為：

其中，為第b階系數(shù)的脈沖重復周期的n次冪，wx,b表示第x個k階mti濾波器的第b+1階系數(shù)，b∈[1,2,……,k]，k表示每個k階mti濾波器的階數(shù)；fx表示第x個k階mti濾波器對應的多普勒通道中心頻率，1≤x≤p，p表示k階mti濾波器的總個數(shù)，tb表示第x個k階mti濾波器的第b+1階系數(shù)對應的脈沖重復周期；w0為設定常數(shù)，通常設定為1。

9.2根據(jù)第x個mti濾波器的權系數(shù)wx的齊次線性方程，計算得到第x個k階mti濾波器的權系數(shù)wx。

9.3令x分別取1至p，重復執(zhí)行9.1和9.2，進而分別計算得到第1個k階mti濾波器的權系數(shù)w1至第p個k階mti濾波器的權系數(shù)wp，記為p個k階mti濾波器的權系數(shù)w，

w＝[w1,w2,…,wx,…,wp]。

步驟10，將雷達輸入脈沖記為x(t)，并使用p個k階mti濾波器的權系數(shù)w對雷達輸入脈沖x(t)進行濾波，得到p個k階mti濾波器的濾波輸出結(jié)果y(t)，其中第x個k階mti濾波器的濾波輸出結(jié)果為yx(t)，其表達式為：

yx(t)＝wx,1x(t)+wx,2x(t-t1)+…wx,bx(t-t1-…-tb-1)+…wx,kx(t-t1-…-tb-1-…-tk-1)

其中，t表示時間變量，wx,b表示第x個k階mti濾波器的第b+1階系數(shù)，b∈[1,2,……,k]，k表示每個k階mti濾波器的階數(shù)，x(t)表示雷達輸入脈沖，x(t-t1)表示雷達在時間上延遲t1后得到的輸入脈沖，x(t-t1-…-tb-1)表示雷達在時間上延遲t1至tb-1后得到的輸入脈沖，x(t-t1-…-tb-1-…-tk-1)表示雷達在時間上延遲t1至tk-1后得到的輸入脈沖，t1表示第x個k階mti濾波器的第2階系數(shù)對應的脈沖重復周期，tb-1表示第x個k階mti濾波器的第b階系數(shù)對應的脈沖重復周期，tk-1表示第x個k階mti濾波器的第k階系數(shù)對應的脈沖重復周期，t0＝0；1≤x≤p，p表示k階mti濾波器的總個數(shù)。

當最終雜波輪廓圖中所有元素取值全部為1時，最終的k階mti濾波器輸出結(jié)果為

當最終雜波輪廓圖中所有元素取值全部為0時，最終的k階mti濾波器輸出結(jié)果為

其中，min(·)為求最小值函數(shù)，max(·)為求最大值函數(shù)。

所述最終的k階mti濾波器輸出結(jié)果為基于雜波輪廓圖的動目標顯示濾波器濾波結(jié)果。

通過以下計算和實測數(shù)據(jù)處理結(jié)果對本發(fā)明效果作進一步驗證說明。

(一)運算量計算

運算量計算強雜波環(huán)境下每部脈沖多普勒雷達都有雜波圖和噪聲電平估值，雜波圖數(shù)據(jù)與噪聲電平值的每次比較中只有一次乘法，且為實數(shù)相乘，在fpga中可通過移位和加減運算實現(xiàn)。計算量可忽略不計。而測頻運算中有復數(shù)相乘，無法通過簡單的移位和加減元算實現(xiàn)。天線掃描一圈，有m”×n”個目標分辨單元。

假設采用比較簡單的dft測頻，dft點數(shù)為8，則復數(shù)乘為：假定每個脈沖有50000個距離單元，即n”＝50000，每圈有4000個脈沖，即m”＝4000，則復乘次數(shù)為：運算量十分大，所以本發(fā)明大大減少了運算量。

(二)實測數(shù)據(jù)處理和分析

實測數(shù)據(jù)處理1雷達架設在某山山腰，周圍有樹木、海、民房等反射物。選取某一次采集數(shù)據(jù)中的某個波位數(shù)據(jù)，圖2(a)為二維雜波單元的方位-距離劃分示意圖，每個雜波單元分別用雜波距離尺寸δrc和雜波方位尺寸δa表示，半徑rm表示雜波區(qū)的距離范圍，圖2(b)為圖2(a)中陰影部分的放大圖，一個脈沖重復周期tr對應在方位上的天線轉(zhuǎn)動角度為δθ，且δrc＝m·δr和δa＝nδθ；圖2(b)為圖2(a)中陰影部分的放大圖，圖3為一個駐留時間內(nèi)脈壓處理后的幅度圖，圖4為傳統(tǒng)自適應mti濾波器的濾波結(jié)果幅度圖，圖5為本發(fā)明方法的濾波結(jié)果幅度圖，圖6為非相干積累結(jié)果的幅度圖，虛線為對自適應mti濾波器的濾波方法進行非相干積累處理，實線為對本發(fā)明方法的濾波結(jié)果進行非相干處理。

(三)實測數(shù)據(jù)處理分析

對于實測數(shù)據(jù)處理1，由圖4可以看出本發(fā)明中使用mti濾波器組方法可以對消掉雜波并凸顯出目標，由圖5可以看出自適應mti濾波器并沒有將雜波完全抑制且目標被抑制，由圖6可以看出非相干積累后本發(fā)明對雜波的抑制效果更好。

因此本發(fā)明方法相比于傳統(tǒng)的mti濾波，不僅便于工程實現(xiàn)，效果也更突出。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。