多項(xiàng)式拉東-多項(xiàng)式傅里葉變換的高超聲速目標(biāo)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明隸屬于雷達(dá)信號(hào)處理及檢測技術(shù)領(lǐng)域，適用于解決臨近空間高超聲速機(jī)動(dòng) 目標(biāo)的相參積累問題。
【背景技術(shù)】
[0002] 臨近空間高超聲速武器是一種新的軍事打擊手段，其最顯著特點(diǎn)是超高速、大機(jī) 動(dòng)、超遠(yuǎn)程，其飛行速度達(dá)5~25M、機(jī)動(dòng)過載可達(dá)到10~20g，并可通過正弦、跳躍、大拐角等 諸多不規(guī)則方式實(shí)現(xiàn)飛行航跡機(jī)動(dòng)規(guī)避和變軌，可在距地高度為數(shù)百公里外層空間和數(shù)十 公里臨近空間之間高速自由穿梭，可在極遠(yuǎn)距離發(fā)起快速攻擊。
[0003] 臨近空間高超聲速飛行器運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生激波等離子體，會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)具有一定的隱 身性。臨近空間飛行器在大氣層內(nèi)以5倍以上音速做高超聲速飛行時(shí)，飛行器與大氣強(qiáng)烈作 用，在頭部形成弓形脫體激波，在飛行器周圍形成等離子體包覆流場，這些等離子體會(huì)對電 磁波產(chǎn)生折射、反射和吸收，且等離子體的頻率幾乎覆蓋了300MHz~300GHz范圍內(nèi)的所有 微波頻段，會(huì)使得目標(biāo)的RCS起伏，在RCS縮減階段具有較強(qiáng)的隱身性。
[0004] 脈沖相參積累檢測是雷達(dá)提高對隱身目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率的有效方法之一，而臨近空間 目標(biāo)高超聲速、強(qiáng)機(jī)動(dòng)限制了雷達(dá)信號(hào)的相參積累。一方面，臨近空間目標(biāo)高超聲速運(yùn)動(dòng)會(huì) 出現(xiàn)"跨距離門"現(xiàn)象，從而限制了雷達(dá)信號(hào)的相參積累時(shí)間。另一方面，臨近空間目標(biāo)的強(qiáng) 機(jī)動(dòng)導(dǎo)致飛行器的多普勒頻率、多普勒變化率、以及多普勒二階變化率都比以往的地基雷 達(dá)探測系統(tǒng)面臨的要嚴(yán)酷的多，產(chǎn)生"跨速度門"現(xiàn)象，進(jìn)一步影響了雷達(dá)信號(hào)的相參積累。 [000 5]目前，解決距離走動(dòng)的方法有頻域相位補(bǔ)償法、Keystone變換法、廣義Keystone變 換法、Radon Fourier Transform(RFT)方法等，解決多普勒擴(kuò)展的方法有De-chirp方法、分 數(shù)階傅里葉變換(FRactional Fourier Transform，F(xiàn)RFT)法、多項(xiàng)式相位法等，這些方法主 要是針對傳統(tǒng)的目標(biāo)，如飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦船等，而臨近空間高超聲速目標(biāo)速度、加速度都非常 大，將會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)信號(hào)出現(xiàn)嚴(yán)重的距離走動(dòng)和多普勒徙動(dòng)，且距離走動(dòng)和多普勒徙動(dòng)大多 是非線性的，嚴(yán)重限制了雷達(dá)信號(hào)的相參積累。目前，很少有能夠?qū)Ω叱曀倌繕?biāo)同時(shí)進(jìn)行 距離非線性走動(dòng)補(bǔ)償和多普勒非線性徙動(dòng)補(bǔ)償?shù)南鄥⒎e累方法，不能適應(yīng)臨近空間高超聲 速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的相參積累檢測，限制了雷達(dá)對此類目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的問題就是，針對臨近空間高超聲速目標(biāo)帶來的距離走動(dòng)彎曲和 多普勒徙動(dòng)彎曲問題，利用多項(xiàng)式對目標(biāo)距離非線性走動(dòng)和多普勒非線性徙動(dòng)進(jìn)行建模， 利用多項(xiàng)式-拉東變換(Polynomial Radon Transform，PRT)解決距離非線性走動(dòng)，利用多 項(xiàng)式-傅里葉變換(Polynomial Fourier Transform，PFT)解決多普勒非線性徙動(dòng)，并聯(lián)合 兩種變換，提供一種多項(xiàng)式拉東-多項(xiàng)式傅里葉變換（Polynomial Radon-Polynomial Fourier Transform，PRPFT)的高超聲速目標(biāo)檢測方法。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用技 術(shù)方案步驟如下：
[0007]步驟(一）、對待積累的N個(gè)周期的信號(hào)分別進(jìn)行采樣，對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行離散化處 理，提取慢時(shí)間-快時(shí)間二維平面中的目標(biāo)觀測值，然后對N個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)的采樣信號(hào) 分別進(jìn)行脈沖壓縮，得到脈沖壓縮后的二維信號(hào)矩陣so(n，m)，其中η代表回波信號(hào)的個(gè)數(shù) 標(biāo)號(hào)，11 = 1，2，...少4為回波信號(hào)的總數(shù)，111代表信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)的標(biāo)號(hào)，111=1，2，~，，為信 號(hào)采樣點(diǎn)總數(shù)；
[0008] 步驟(二）、確定多項(xiàng)式拉東-多項(xiàng)式傅里葉變換(Polynomial Radon-Polynomial Fourier Transform，PRPFT)高超聲速目標(biāo)相參積累檢測的參數(shù):根據(jù)雷達(dá)搜索范圍和角速 度，確定波束駐留時(shí)間，根據(jù)雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率和波束駐留時(shí)間，確定相參積累的時(shí)間和脈 沖數(shù)，根據(jù)相參積累時(shí)間確定參數(shù)空間搜索的維數(shù)、搜索分辨率、搜索步進(jìn)大小；
[0009] 步驟(三）、以第1個(gè)脈沖的每個(gè)信號(hào)采樣點(diǎn)為起點(diǎn)，利用多項(xiàng)式拉東-多項(xiàng)式傅里 葉變換，在參數(shù)空間進(jìn)行搜索補(bǔ)償積累，得到每個(gè)信號(hào)采樣點(diǎn)對應(yīng)的參數(shù)空間檢測單元圖， 找出該檢測單元圖中信號(hào)幅度的最大值，并找出該最大值對應(yīng)的參數(shù)，將該參數(shù)對應(yīng)的補(bǔ) 償積累后多普勒分布作為該距離采樣點(diǎn)的多普勒分布；
[0010] 步驟（四）、重復(fù)步驟(三），遍歷第1個(gè)脈沖的所有信號(hào)采樣點(diǎn)，得到信號(hào)相參積累 后的距離-多普勒分布圖；
[0011]步驟(五）、對時(shí)頻分布圖進(jìn)行恒虛警檢測，判斷目標(biāo)有無；
[0012] 步驟(六）、若有目標(biāo)，則對目標(biāo)的速度和加速度等參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。
[0013] 具體的，所述步驟(二)參數(shù)空間搜索維數(shù)的確定方法為：
[0014] 假設(shè)積累時(shí)間為T，高超聲速目標(biāo)在其所處位置的的最大可能徑向速度vmax，最大 可能徑向加速度為a max，光速為c，雷達(dá)信號(hào)帶寬為B、波長為λ，忽略目標(biāo)二階以上的運(yùn)動(dòng)對 回波信號(hào)的影響，如果對應(yīng)參數(shù)滿足
[0015]
[0016]則搜索參數(shù)維數(shù)為0,此時(shí)不用進(jìn)行參數(shù)空間搜索，PRPFT退化為傳統(tǒng)的MTD方法； 如果上式不滿足，再判斷對應(yīng)參數(shù)是否滿足
[0017]
[0018]如果上式滿足，則搜索參數(shù)維數(shù)為1，即只對目標(biāo)速度參數(shù)進(jìn)行搜索，此時(shí)PRPFT退 化為RFT(Radon-Fourier Transform)方法;如果上式不滿足，再判斷對應(yīng)參數(shù)是否滿足
[0019]
[0020]如果上式滿足，則搜索參數(shù)維數(shù)為2,此時(shí)利用PRPFT方法同時(shí)對目標(biāo)徑向速度和 徑向加速度參數(shù)進(jìn)行搜索。
[0021]具體的，所述步驟(二)搜索步進(jìn)大小的確定方法為：
[0022] 徑向速度搜索步進(jìn)為
， Ar為距離采樣的間隔，r〇und( ·)表示取括號(hào)內(nèi)實(shí)數(shù)最近的整數(shù)，I表示循環(huán)次數(shù);徑向加 速度搜索步進(jìn)為
，Ar為距離 采樣的間隔，其中，
表示目標(biāo)徑向飛行最大可能徑向加速度，表 示目標(biāo)切向飛行帶來的最大可能徑向加速度
表示取大括號(hào)內(nèi)兩個(gè) 實(shí)數(shù)中較大的一個(gè)。
[0023] 具體的，所述步驟(三)多項(xiàng)式拉東-多項(xiàng)式傅里葉變換又可以分為以下步驟：
[0024] 1)令目標(biāo)徑向速度估計(jì)初始值化徑向加速度估計(jì)初始值< :=0，_1 = 1，Δ νι = ΝνΔ vr, Δ af = A/(4Τ2)；
[0025] 2)令I(lǐng) -1 + 1，如果Δ ν〗> Δ vr，
.，否則Δ ν〗=Δ vr，nv表示根據(jù) 搜索實(shí)時(shí)性要求設(shè)置的搜索步進(jìn)分辨率，ην取值范圍為[0，NV];
[0026] 4)如果 Δ ai> Δ af，令
，否則 Δ ai= Δ af，na取值范圍為[0，Na];
[0027] 5)F0R對任一i，i = l，2, · · ·，2nv_l，遍歷所有i
[0028] 4
[0029] FOR對任一k，k = l，2,…，2na_l，遍歷所有k
[0030] 4
[0031 ] FOR對任一n，n = l，2, · · ·，N，遍歷所有η
[0032]
[0033] 其中Tn=l/PRF，PRF表示脈沖重復(fù)頻率;令α,. = -(丨'嶋')2，進(jìn)一步分別計(jì)算 ' Λ
[0034]
[0035] ENDF0R
[0036] 利用FFT算法，得到第m個(gè)距離采樣點(diǎn)在參數(shù)(Vl，aJ下的距離-多普勒分布
[0037] G[rm,(vi,aj)]=max(FFT(p/ ))
[0038]其中，rm表示第m個(gè)距離采樣點(diǎn)對應(yīng)的距離，F(xiàn)FT( ·)表示對括號(hào)內(nèi)的向量進(jìn)行FFT 變換；
[0039] ENDF0R
[0040] ENDF0R
[00411 6)對第