[发明专利]基于相位分析的雷达目标多普勒谱估计方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体地说是公开了一种高精度的雷达目标多普勒谱的估计方法，可用于雷达动目标检测中复正弦回波信号幅度、频率和相位等参数的估计。

背景技术

正弦波信号频率的估计是通信、雷达、声纳以及电子对抗等领域信号处理的一个重要问题。传统的DFT(离散傅里叶变换)因为可以采用快速算法而被广泛采用，但DFT的频率分辨力和频率估计精度取决于信号的测量时间长度。

为了提高DFT的参数估计精度，人们提出一种基于相位分析的傅里叶变换(FFT)方法(FFT相位分析法)，该方法利用分段傅里叶变换的相位差对首先粗略估计出的频率进行补差修正从而提高了频率估计精度并且避免了相位测量模糊问题，但是FFT相位分析法的频率分辨率和DFT方法一样受到相干积累时间的限制。

为了克服FFT相位分析法频率分辨率低的缺点，人们提出一种联合Capon-APES，即CAPES方法，这种联合了Capon法以及幅度与相位估计APES法的超分辨谱估计方法兼有两种方法各自的优点，在实现频率超分辨的同时还能准确地估计出信号的幅度与相位信息。但是CAPES方法的频率估计精度受到离散频率采样点数的影响，当离散频率采样点数较密集使得信号真实频率位于某个频率采样点上时，估计精度较高，但是当信号真实频率和频率采样点有一定的偏差时，参数的估计精度都会下降。

发明内容

本发明针对复正弦波信号参数估计中上述方法的不足，公开了一种基于相位分析的雷达目标多普勒谱估计方法。本发明中，将FFT相位分析法利用分段数据的相位差补偿频率差的思想应用于CAPES方法，解决了CAPES方法在正弦波真实频率和离散频率采样点对不准时参数估计精度差的问题。改进后的方法频率分辨率高，幅度相位参数估计准确并且即使正弦波真实频率和离散频率采样点有偏差时也能获得很高的参数估计精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

一种基于相位分析的雷达目标多普勒谱估计方法包括以下步骤：

步骤1，雷达向目标发射信号，并接收经目标反射的回波数据；得到原始回波数据矩阵W，W＝[w₁,w₂,…,w_z,…,w_Z]^T，w_z表示雷达接收的第z个距离单元的回波数据矢量，w_z为N维的列向量，z取1至Z，Z为雷达的一个脉冲重复周期的距离单元数，N为一个相干积累周期中所包含的脉冲个数，N为偶数，[·]^T表示转置；

步骤2，令数据矢量X＝w_z，X＝[x₁,x₂,…x_n,…,x_N]，x_n表示数据矢量X的第n个元素，n取1至N；将数据矢量X划分为第一子序列X₁和第二子序列X₂，X₁＝[x₁,x₂,…,x_N/2]，X₂＝[x_N/2+1,x_N/2+2,…,x_N]；

步骤3，对数据矢量X做谱分析，得到初始估计频率，所述初始估计频率为数据矢量X的复幅度谱绝对值的最大值对应的离散频率；

步骤4，得出第一子序列X₁在初始估计频率处的复幅度谱以及第二子序列X₂在初始估计频率处的复幅度谱

步骤5，提取第一子序列X₁的复幅度谱的相位、以及第二子序列X₂的复幅度谱的相位，得出初始相位差

步骤6，对初始相位差进行修正，以解决可能出现的相位模糊问题，得到修正后相位差

步骤7，由修正后相位差计算信号真实频率和初始频率的偏差并得到目标多普勒频率

步骤8，计算数据矢量X在目标多普勒频率处的多普勒谱复幅度得到目标多普勒谱的幅度估计值和相位估计值；

步骤9，令z依次取1至Z，并根据步骤2到步骤8，得出Z个距离单元的目标的多普勒谱。