[发明专利]基于矩阵填充的雷达目标检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，更进一步涉及雷达信号降采样重构系统，可用于目标检测。

背景技术

现代雷达信号处理在高精度和高分辨的要求下，极大增大了采样数据量，对数据的存储和传输提出了严峻的挑战。现有雷达信号降采样系统主要包括低速并行多通道降采样系统，基于压缩感知的模拟信息转换器的降采样系统等。其中：

低速并行多通道AD降采样系统，主要通过多个通道并行采样，通道数目等于降采样率，每个通道的采样时钟相位相差奈奎斯特采样时间间隔。该系统通过多通道并行采样获取全部数据，其存在的问题为多个通道增加了硬件复杂度，且降采样率与通道数目有关，对硬件结构具有依赖性。

基于压缩感知的模拟信息转换器的降采样系统，主要包括随机解调器，模拟滤波器和低速AD。其中，随机解调器需要产生高速伪随机序列，该序列的变化速率至少要满足奈奎斯特速率，而要产生满足奈奎斯特速率的高速伪随机序列，则必须增加系统成本。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于矩阵填充的雷达目标检测系统及其检测方法，以降低系统成本，降低数据存储空间，增加系统实现的灵活性。

本发明是这样实现的：

一．技术原理

本发明以矩阵填充理论为依据，该矩阵填充理论的数学模型是一个低秩矩阵并且矩阵的奇异向量满足一定的不相关条件，随机选取矩阵中的一部分元素作为重构矩阵的优化约束，通过求解重构矩阵的最小核范数可以精确地恢复出原始矩阵。对于脉冲多普勒雷达，将不同脉冲的回波信号近似为一个满足矩阵填充理论数学模型的低秩矩阵。因此，在采样过程中可以通过设计合适的采样方案选择矩阵中的部分元素，以实现减少数据量，降低采样速率，再通过矩阵填充算法可以重构雷达回波信号。

二．雷达目标检测系统

本发明的基于矩阵填充的雷达目标检测系统包括：

采样模块1，用于对雷达回波信号S进行降速率采样，将采样数据和采样参数传输给数据存储波形重构模块2，其中雷达回波信号为复数的n₁×n₂维矩阵，n₁代表脉冲数，n₂代表单个脉冲重复周期内的奈奎斯特采样点数；

数据存储波形重构模块2，用于根据采样数据和采样参数，通过矩阵填充算法，获取重构的雷达回波信号X，并将重构的雷达回波信号X传输给目标检测模块3，其中重构的雷达回波信号为复数的n₁×n₂维矩阵，n₁代表脉冲数，n₂代表单个脉冲重复周期内的奈奎斯特采样点数；

目标检测模块3，用于对重构的雷达回波信号X进行脉冲压缩，得到脉冲压缩结果X_MF，并将脉冲压缩结果X_MF进行动目标检测和恒虚警检测；

所述的数据存储波形重构模块2，包括：

数据存储子模块21，用于存储采样数据和采样参数；

波形重构子模块22，根据数据存储子模块21的存储内容，通过矩阵填充算法，重构雷达回波信号，并将重构的雷达回波信号X传输给目标检测模块3。

三．本发明基于矩阵填充的雷达目标检测系统的目标检测方法，包括如下步骤：

1）通过采样模块确定初始时刻及采样参数，并对雷达回波信号S进行降速率采样，得到采样数据；

2）通过数据存储波形重构模块，对采样数据和采样参数进行存储；

3）数据存储波形重构模块根据存储内容，通过矩阵填充算法，获取重构的雷达回波信号X；

4）目标检测模块对重构的雷达回波信号X进行脉冲压缩，即将重构的雷达回波信号X的每一行分别与雷达发射波形的反转共轭进行卷积，得到脉冲压缩结果X_MF；

5）目标检测模块对脉冲压缩结果X_MF的每一列进行快速傅里叶计算，得到动目标检测结果X_MTD；