[发明专利]基于稀疏重构的宽带雷达高速群目标分辨方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达检测技术领域，涉及一种基于稀疏重构的宽带雷达高速群目标分辨方法，适用于有效实现宽带雷达(在任意时间雷达发射信号的绝对带宽不小于500MHz)对空间高速群目标的相参积累和分辨。

背景技术

在现代相参体制的雷达中，常需要对多次脉冲回波进行相参积累，其作用主要体现在以下三个方面：1)根据信号的检测理论，对M次脉冲回波的相参积累，可以将目标回波信号的信噪比提高M倍，以利于目标检测；2)可以估计目标的径向速度；3)增加了多目标分辨的维度。当用窄带雷达对常规的中低速目标进行观测时，通过对相参处理时间内，多次脉冲回波的同一距离单元内的信号做快速傅立叶变换(FFT)来实现相参积累和目标检测。这其中有一个假设，即目标在相参处理时间内未发生越距离单元走动，或者说目标在相参处理时间内径向距离的变化量小于一个距离单元的尺寸。这一假设在窄带雷达观测、目标速度不是很高以及相参处理时间不是太长的情况下都是成立的。但是对于空间目标来说，速度很高，通常在3000m/s以上，而且距离较远，需要通过对多次脉冲回波进行相参积累来改善信噪比，而且为了能够在距离上具有较好的多目标分辨能力，现代相参体制的雷达中的空间目标观测雷达常选用中等带宽或大带宽的波形。因此，传统的基于FFT的相参处理方法不再适用于空间群目标的检测和分辨。

Keystone变换最早是为解决雷达成像中目标的线性越距离单元走动而提出的，后来又被应用于高速目标检测和微弱目标的长时间相参积累。从理论上来说，keystone变换无需目标距离和速度的先验信息，也不依赖于目标回波的信噪比，还可对多个不同速度的目标同时完成相参积累和径向速度估计。此外，keystone变换存在快速算法，可在DSP或FPGA等器件中实时运行。正是因为keystone变换具有上述优点，其在雷达信号处理领域得到了越来越多的应用。

但keystone变换也存在一些固有的缺点未得到很好的解决。现有文献中常指出的keystone变换的缺点主要是无法对多个多普勒模糊次数不同的目标同时实现聚焦，从而引起虚警或者强目标的虚假信号遮蔽弱目标的真实信号的情况发生。除此之外，keystone变换还存在的一个问题是隐含了同一目标在雷达信号带宽范围内的多普勒模糊次数都相同的前提假设。空间目标探测雷达通常工作在较高频段(X波段或更高)，对于高速运动的空间目标来说，当雷达发射中等带宽和大带宽的波形时，上述前提假设就可能被破坏。

所谓群目标是指多个在空间上非常靠近，而且运动速度也非常接近的目标。在许多场景中，多个空间目标以群目标的形式运动，例如真实目标与诱饵、碎片等伴飞物就构成了典型的群目标。通过相对较长时间的相参积累，将群目标内的多个目标在距离和速度上分辨开来，对于后续的目标识别或者拦截有着重要的意义。但是，传统的keystone变换已不能很好地应用于空间高速群目标的检测和分辨。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种基于稀疏重构的宽带雷达高速群目标分辨方法，可克服传统keystone变换存在的两个局限性：1)无法同时对多个多普勒模糊次数不同的目标实现聚焦，从而引起虚警或者强目标的虚假信号遮蔽弱目标的真实信号的情况发生；2)隐含了同一目标在雷达信号带宽范围内的多普勒模糊次数都相同的前提假设，从而不能有效实现空间高速群目标的相参积累和分辨。

本发明的实现思路是：利用目标在距离和多普勒两维平面上稀疏分布的假设，将考虑多普勒模糊次数不同的keystone变换方法转化为稀疏优化问题，通过求解稀疏优化问题来实现空间高速群目标的相参积累和分辨。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

基于稀疏重构的宽带雷达高速群目标分辨方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对空间高速群目标的宽带雷达回波信号作keystone变换，keystone变换通过chirp-z变换来实现，得到存在多普勒模糊的距离频率域的空间高速群目标的第m次宽带雷达回波信号的离散频谱S_CZT(m，n)；并对S_CZT(m，n)进行去耦处理，得到去耦后的离散频谱S_FT(m，n)；再对S_FT(m，n)做二维傅立叶变换，得到空间高速群目标的距离多普勒二维复幅度矩阵G_MN；其中，n是距离频率f对应的离散变量，M为相参处理时间内的相参脉冲个数，N为采样点数；