[发明专利]一种用于目标检测的快速KEYSTONE变换方法

说明书

技术领域：

本发明属于雷达系统中目标检测和跟踪的技术领域，它特别涉及到了低信噪比条件下雷达检测和跟踪低可观测目标（亦称弱目标）的技术领域。

背景技术：

众所周知，随着目标隐身技术的发展、采用新型吸波材料和改变物体几何外形等隐身技术的不断发展和完善，雷达探测目标的雷达目标反射面积（RCS）降低了几个数量级。这对于雷达检测目标和提高自身的生存能力提出了严峻的挑战。因此对低可观测目标的检测和跟踪成为雷达的一个重要研究方向。从以前的研究中可知，可以通过增加脉冲积累个数的方法来提高信噪比从而提高雷达对低可观测目标的检测能力。现有预警雷达体系一般选用较低的脉冲重复频率以防止距离模糊的产生。在低重频扫描雷达体制下，雷达在一个方位向上发射的脉冲数很少，这导致了在一帧雷达回波数据中目标的回波脉冲数很少，这使得回波数据进行长时间的脉冲积累变得很难实现。

检测前跟踪算法是通过先存储多帧未经过门限处理的雷达回波原始数据，然后进行能量积累来对低可观测目标进行检测和跟踪的技术。由于在低信噪比条件下，单帧数据无法得出检测结果，检测前跟踪方法通过对多帧回波数据的处理，利用目标的运动特性，沿目标轨迹进行能量积累，提高了信噪比，达到了检测低可观测目标的目的。但是由于目标与雷达之间的相对运动回产生距离走动，所以需要在相参积累前对距离走动进行校正。目前用于距离走动校正的相参检测前跟踪算法主要有基于径向速度估计的相参积累算法(详见“王瑞军,张晓玲,樊玲,多帧相参积累的检测前跟踪方法,计算机工程与应用,2011,47（33）.”)和基于KEYSTONE变换的相参积累方法（详见“Wang Kun,Zhang Xiaoling,A TBD method using multi-frame coherent integration.Synthetic Aperture Radar(APSAR),20113rd International Asia-Pacific Conference.26-30Sept.2011,pages:1-4.”）。在雷达信号处理中脉冲的能量积累包括非相参积累和相参积累，前者指的是仅仅对数据的幅度（也可能是幅度的平方或者幅度对数）进行积累，而后者是指对复数据（即包含幅度和相位的数据）进行积累。由于检测前跟踪算法需要对多帧数据进行处理，所以大多数检测前跟踪算法都存在运算量巨大、实时性差的缺点。

发明内容：

为了能提高算法的实时性与检测性能，本发明提出了一种用于目标检测的快速KEYSTONE变换方法，其特点是利用快速傅里叶变换与快速逆傅里叶变换来实现传统的KEYSTONE变换。这种方法与传统的KEYSTONE变换相比，能够根据被检测目标的特性灵活地设置检测范围，提高了检测性能；并且能够大大地减少运算量，从而提高了算法的实时性。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：

定义1、距离向

在雷达系统中，将雷达测距的范围划分成若干小的区域并将其编号，每个编号代表一个距离向。

定义2、方位向

将雷达扫描空间均匀划分为若干等分，每一等分为一个方位向。

定义3、一帧回波数据

在本发明中，一帧回波数据是指在一个雷达扫描周期内，雷达接收机所接收、采样并存储的在这一个雷达扫描周期内所有发射脉冲的回波数据。

定义4、雷达回波数据矩阵

本发明中雷达回波数据矩阵的行代表距离向，其行的数目为雷达对每个回波采样的点数；矩阵的列代表方位向，其列的数目为雷达在每个方位向发射脉冲的序号。假设雷达扫描空间被分为N个方位向，每个方位向发射L个脉冲，雷达对每个发射脉冲的回波采样M次，则在一个雷达扫描周期内雷达连续发射N个脉冲并按方位向编号将采样数据存储为M行N×L列的二维矩阵S，如图1所示。

定义5、传统KEYSTONE变换

传统KEYSTONE变换最初是应用在SAR成像里面的一种距离走动校正技术，后来被引入到雷达探测领域。传统KEYSTONE变换实质上就是一个楔形变换：即t-f平面上的矩形被变换成了τ-f平面上的倒梯形。详见文献“David Kirkland.Using the Keystone Transform for Detection of Moving Targets[C].Synthetic Aperture Radar(EUSAR).2010,1-4”。

定义6、脉冲压缩