[发明专利]一种运动平台雷达多普勒质心精确估计方法

权利要求书

1.一种运动平台雷达多普勒质心精确估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取回波信号，对所述回波信号进行处理得到回波表达式；包括以下流程：

步骤11，获取回波信号，令发射的线性调频为

其中，τ为距离向时间变量，K_r为调频斜率，T_r为脉冲时宽，f₀为载频，回波信号经变频后的表达式为

其中，σ_(x,y)表示场景Ω内位于(x,y)处的目标散射系数，w_a(θ-θ_beta)为方位天线方向图调制函数，θ为目标方位角，θ_beta为天线波束宽度，rect[·]是距离向发射窗函数，τ_d＝2R_(x,y)(t)/c是(x,y)处的目标双程回波延迟，场景中(x,y)处点目标P到雷达平台的瞬时距离为

其中，R₀为目标P零时刻到雷达平台距离，t为方位时间变量，V为平台实际运动速度，c为光速，θ₀为P点零时刻目标方位角，为P点目标俯仰角；

步骤12，构造距离向脉冲压缩频域匹配函数，将所述回波信号沿距离向作快速傅里叶变换，在距离多普勒域中，将所述回波信号与所述距离向脉冲压缩频域匹配函数相乘，再作快速傅里叶反变换到二维时域的表达式为

其中，sinc{·}为距离脉压响应函数，B为发射信号带宽；

步骤13，根据瞬时斜距变化规律，得到目标回波距离走动量ΔR＝V₁T_scosθ₀，其中，为波束扫描驻留时间，ω为扫描速度，V₁为惯导系统测量的平台运动速度，判断ΔR与的大小关系，其中，f_r为距离向采样率；

步骤14，若ΔR＜Δr，流程进入步骤2；

步骤15，若ΔR＞Δr，将所述二维时域的表达式在距离多普勒域乘以距离走动校正函数再进行距离向快速傅里叶反变换，得到距离走动校正后回波表达式

步骤2，取前视区域回波，经计算得到基带多普勒频谱回波表达式，将所述基带多普勒频谱回波表达式沿方向位进行快速傅里叶变换，使回波数据转换为距离时域方位频域数据，对所述距离时域方位频域数据进行运算得到距离时域方位频域目标分布结果；包括以下流程：

步骤21，根据伺服测量数据，将回波多普勒带宽搬移至基带多普勒频率；

步骤22，根据多普勒参数质心估计公式，生成方位多普勒频谱搬移向量算子

其中，θ₁表示场景最左侧方位角角度，θ₂表示场景最右侧方位角角度，λ表示发射载频信号的波长，将所述距离走动校正后回波表达式沿方位向乘以所述多普勒频谱搬移向量算子h₁(t)，得到基带多普勒频谱回波表达式

步骤23，将所述基带多普勒频谱回波表达式沿方位向进行快速傅里叶变换，得到距离时域方位频域数据，基于所述距离时域方位频域数据，对距离多普勒域数据进行边缘提取，对边缘提取的二值化数据进行膨胀运算，对膨胀后的数据进行腐蚀运算，得到距离时域方位频域目标分布结果；

步骤3，基于所述距离时域方位频域目标分布结果，得到最高多普勒频率目标所在列数；包括以下流程：

步骤31，利用Sobel边缘检测算子实现距离多普勒域目标的边缘检查；

步骤32，沿距离向计算第i行最高多普勒频率目标所在的列数N_fi；

步骤33，将各行最高多普勒频率目标进行标记，得到正前视0°目标距离多普勒域分布曲线的检测结果；

步骤4，基于所述最高多普勒频率目标所在列数，得到基带目标多普勒频率，根据所述基带目标多普勒频率计算得到目标实际多普勒频率；包括以下流程：

步骤41，基于所述步骤32得到的最高多普勒频率目标所在列数，根据场景方位多普勒频率系统方位采样频率PRF关系，得到基带目标多普勒频率

f_base＝N_fi/N_azi*PRF，

其中，N_azi为所述步骤23中对基带多普勒频谱回波表达式沿方位向进行快速傅里叶变换的点数；

步骤42，根据系统传感器测量参数和所述步骤2中方位多普勒频谱搬移向量算子，计算得到目标实际多普勒频率

步骤5，输出多普勒频率估计结果、运动平台仰俯方向运动速度参数，对场景内各方位目标进行多普勒质心计算；包括以下流程：

步骤51，根据所述步骤42得到的目标实际多普勒频率，计算运动平台沿俯仰方向投影速度；

步骤52，根据所述运动平台沿俯仰方向投影速度对雷达原始回波数据进行补偿；

步骤53，判断相邻两次估计的所述目标实际多普勒频率的差值和所述运动平台沿俯仰方向投影速度的差值是否小于预设多普勒频率阈值和预设投影速度阈值；

步骤54，若同时小于预设多普勒频率阈值和预设投影速度阈值，则输出当前所述目标实际多普勒频率，基于所述运动平台沿俯仰方向投影速度和伺服系统测量的其他目标方位角度θ_measured，计算出观测场景中各方位角度目标的多普勒质心，计算公式为

步骤55，若不同时小于预设多普勒频率阈值和预设投影速度阈值，则重复所述步骤1-4，直到同时小于预设多普勒频率阈值和预设投影速度阈值。