长时间积累下雷达高速目标检测算法综述

隐身技术与高速飞行器的发展给雷达探测目标带来了严峻挑战,而长时间积累技术就是在信号处理领域帮助雷达进行目标检测时提高信噪比的一种有效方法。对于高速高机动目标而言,信号在长时间累积中会在距离域和多普勒域引起跨距离单元走动和跨多普勒单元走动问题。“两跨”问题会严重影响积累增益,传统的MTD（Moving Target Detection,运动目标检测）方法已经无法对信号进行能量累积。为了解决“两跨”问题,提高雷达对高速目标的探测性能,近些年已涌现很多方法,本文将依据目标运动模型把长时间积累下分为径向匀速运动下的长时间积累、径向加速运动下的长时间积累、径向高阶复杂运动下的长时间积累三类进行分析,对相应模型下的“两跨”问题与解决方法进行综述和总结,意在为后续研究提供参考。     

一种高超声速机动目标双(多)基地雷达探测方法

研究双基地雷达探测下临近空间高速机动目标的回波模型,针对长时间积累过程中回波包络中心跨距离单元走动及跨多普勒单元走动等问题,分析目标加速运动对回波积累的不利影响,提出一种基于Keystone变换和改进的三次相位变换的临近空间高速机动目标检测方法。该方法采用改进的三次相位变换估计多普勒变化率,基于运动参数补偿思想,实现大加速度条件下长时间回波信号的有效积累,从而实现临近空间高超声速目标检测。仿真结果表明,该方法能够克服距离走动和多普勒展宽的影响,改善脉冲积累的性能,提高双(多)基地雷达对临近空间高超声速机动弱目标的检测能力。     

只检波同相信号的FMCW雷达目标距离和速率的测量方法

只检波同相信号的FMCW雷达易于实现低成本和小型化，但是在测量目标距离和速度时会产生模糊。本文提出利用只检波同相信号的FMCW雷达测量目标距离和速度的方法。在发射信号时，常规的FMCW雷达所使用的正斜率线性调频和负斜率线性调频信号加到无调制的CW信号中去，处理接收信号时则利用无调制CW信号的反射回波所含目标多谱勒频率的绝对值，求解目标的距离和速度。本方法是利用多谱勒频率的绝对值，同时测量多个目标的距离和速度。最后以均速运动的车辆为目标，用雷达进行了目标距离和速度测量试验。结果得到了检测概率0．91，距离精度0．53m，速度精度2km/h，虚警概率0．0028的性能，证明了本方法的有效性。     

傅里叶变换法用于脉冲多普勒雷达检测加速运动目标的研究

傅里叶变换法通常用于脉冲多普勒雷达检测加速运动目标，尽管该方法的性能会受多普勒拖尾现象限制。机动飞机和导弹属于加速运动目标。本文作者量化了多普勒拖尾的影响。在运用脉冲多普勒雷达检测附加白高斯噪声的非加速目标并估算该目标的径向速度试验中，傅里叶变换法能够使输出信噪比(SNR)随脉冲数线性增加。当目标加速时，只要加速度足够小，那么傅里叶方法仍可以检测目标并估算其平均速度。针对某一给定的加速度，当脉冲数增加时，傅里叶变换法得到的输出信噪比(SNR)随脉冲数的增加成凹函数变化，即输出SNR先增加到最大值然后开始下降，直到该方法不适用为止。因此脉冲数和加速度必须匹配才能获得最佳性能。文中给出了最佳SNR、最佳脉冲数与加速度关系的经验公式。这些结果被证明与采用栅格搜寻的广义似然比检测器设计是相符的。     

基于弱目标积累检测的MSK-LFM一体化信号性能分析

通信数据会改变最小频移键控-线性调频(MSK-LFM)雷达通信一体化信号的模糊函数,影响回波的相参积累性能和雷达的弱目标检测性能。分析了MSK-LFM一体化信号的脉冲压缩处理过程,提出了通过设置每个脉冲传输不同数量的通信数据,即通信数据长度不同,来提高检测概率;同时分析了MSK-LFM信号的相参积累效果,结果表明,对于同一距离门的目标,不同脉冲间的相位改变只由多普勒频率引起;最后通过仿真实验对MSK-LFM信号在非理想情况下通信数据长度相同或不同时的检测概率进行了比较,同时与相同条件下直接序列chirp扩频(DS-CSS)一体化信号进行了对比分析。仿真结果表明:MSK-LFM信号在非理想情况下通信数据长度不同时的检测概率优于通信数据长度相同时的检测概率,同时也优于DS-CSS信号的检测概率。     

多尺度搜索补偿的临近空间高超声速目标相参积累算法

针对临近空间高超声速目标回波信号相参积累时存在的跨距离门和多普勒扩展问题，提出一种基于多尺度搜索补偿的相参积累算法。算法在距离走动补偿的基础上，根据目标加速度和加加速度的变化区间，同时对目标加速度和加加速度估计值进行搜索，并利用多尺度搜索的方法，解决搜索尺度和搜索计算量之间的矛盾，完成相参积累。仿真结果表明，算法能够有效解决目标长时间积累过程中存在的跨距离门和多普勒扩展问题，抑制噪声并提高增益，积累效果明显优于传统积累方法。     

基于差分相干后积累的伪码信号检测方法优化与分析

差分相干后积累是近年来提出的一种伪码信号检测新方法,其虚警概率存在精确解析式,但较难推导其检测概率的理论公式。文献多是通过不同理论近似方法获得其检测概率,但理论近似存在较大误差,不适用于对参数的优化。本文采用理论模型与数值仿真结合的方法分析差分相干后积累的检测性能,并基于检测损耗最小化准则研究了中频积累时间的优化。此外,还比较了差分相干检测方法与传统非相干检测方法的最优性能,结果表明前者优于后者。     

抑制机载雷达平台散射杂波的自适应天线空—时处理技术

先进的机载雷达可能要求自适应空－时处理技术以便能检测远距离的小目标。自适应空－时处理是一种多维度自适应滤波技术，它将雷达接收到的数据分解成角度和多普勒频率座标的平面波谱。机载雷达平台可能将入射信号散射到天线内，导致杂波信号频谱展宽复盖住目标信号，因而提高了虚警率。     

合成孔径雷达方程

导出适用于合成孔径雷达（SAR）的基本方程，用于决定回波信号功率、检测前后的信噪比、平均发射功率和噪声等效后向散射系数。考虑了地物目标特性、信号相干积累和多视处理效应，并对各种参数的影响进行讨论。     

极化SAR直线运动目标建模与雷达回波仿真

主要研究了极化SAR对直线运动目标的成像仿真，并对成像结果进行时频分析。根据极化SAR工作原理，推导并建立交替发射同时接收体制下的运动目标回波模型，利用R—D成像算法分别对匀速运动目标、匀加速运动目标进行了仿真。最后利用Wigner-Ville分布对仿真结果进行分析，验证了该仿真模型的正确性。     

一种高动态环境下PCM-FM的低信噪比检测方法

针对PCM-FM遥测信号的特点,提出一种基于快速傅里叶变换的自相关检测方法。首先利用自相关处理,消除多普勒频率变化对检测性能的影响,可适应目标高动态变化环境。然后通过对自相关输出进行快速傅里叶变换,提高在低信噪比情况下的检测性能。仿真结果表明所提方法在高动态、低信噪比条件下能够高概率检测到PCM-FM信号。     

一种基于运动补偿的高动态微弱直扩信号捕获算法

针对高动态长时间积累情况下直扩信号能量无法有效积累的问题,提出了一种基于运动补偿的二倍分组块补零（Double Block Zero Padding,DBZP）算法。首先利用Keystone变换对输入信号与本地伪码在频域相乘后的结果进行处理,消除伪码自相关峰走动;再利用分段解线调技术同时补偿掉多普勒扩展和伪码自相关峰弯曲;最后对信号进行相干积累。仿真结果表明,基于运动补偿的DBZP算法能有效地消除动态的影响,大幅减小积累损耗,进而提升捕获灵敏度。该算法能广泛应用于基于直扩信号的高动态微弱目标捕获。     

高速弹载平台相参积累研究

针对高速弹载平台加速度大相参积累效果变差需进行加速度补偿的问题，研究了信号波长和积累时间与加速度之间的关系，推导了利用多普勒谱宽计算加速度的公式，提出短时间积累使用弹载惯导设备输出加速度值进行补偿、长时间积累使用惯导数据与多普勒谱宽测量加速度相结合的加速度补偿方法。仿真验证了该方法的有效性。     

HPRF-PD体制引信的回波仿真与多普勒频率提取

引信要依据弹目交会状态精确控制炸点,就需要从目标回波中获取信息。利用多普勒频率控制起爆就是方法之一。文中采用简化的目标多点散射模型对引信接收的回波信号进行数字仿真,并基于HPRF波形保证目标多普勒频率不模糊的检测原理,对多普勒信号采用FFT处理法进行频谱处理,在频域提取有效多普勒频率。仿真最终结果给出了多普勒频率随时间变化的曲线。     

GPS信号的码相位与多普勒频率联合捕获

分析了PMF FFT码捕获算法在不同频偏下的性能,针对其频率估计精度较低引起的部分频偏下的检测性能下降,提出了一种改进的码相位与多普勒频偏联合捕获方法。首先基于部分匹配滤波(PMF)相关算法得到一组匹配滤波输出;然后在PMF FFT算法基础上提出了一种利用FFT幅度差求解的低复杂度高精度迭代频偏估计算法,并利用此高精度的频率估计值补偿PMF输出,进行相干检测,从而在提高频率估计精度的同时提高了信号的检测概率,实现了高精度的频率估计与码相位捕获的联合处理。仿真结果表明检测算法可以有效改善频偏估计精度,提升检测概率,并且具有极低的复杂度。     

深空着陆器双程多普勒测量设计方法

针对深空探测中轨道器 着陆器双程无线电测量时多普勒精度的需求，文章提出了一种深空着陆器双程多普勒测量设计方法。通过对着陆器收发信机的变频链路设计、载波相干转发电路设计、载波跟踪环路参数分析和设计，提出基于着陆器收发信机的载波相干转发处理方法；该方法对接收通道本振、发射通道本振、收发处理时钟进行同源设计，并根据相干转发比，将接收多普勒估计值补偿至发射信标，从而提高了多普勒测量精度。最终，系统实测得到的多普勒频偏精度为1.6mHz。与传统的非同源相干转发系统相比，该方法去除了着陆器晶振的抖动偏差，可实现更高的测量精度，适用于中国火星探测工程、小行星探测工程等深空探测活动中着陆器的设计和部署。     

天基雷达高速微弱目标的积累检测

本文研究天基雷达高速微弱目标的相干积累检测问题。首先根据回波高阶相位影响包络补偿效果的程度对数据进行分段处理;然后对每个数据段采用速度滤波器组进行划分和Keystone变换补偿包络走动并结合分数阶傅立叶变换估计回波相位历程;最后利用最小二乘方法拟合出目标的运动参数并对目标回波进行长时间相干积累。仿真结果表明本文方法具有良好的高速微弱目标积累检测性能。     

基于模式分集的星地激光通信技术研究

针对星地激光通信的大气湍流导致信号光损伤这一问题，实验搭建了一种能够补偿大气湍流的空间激光通信系统，采用模式分集接收结合最大比合并方法对大气湍流进行补偿，采用相干探测技术对高阶调制信号进行光电探测。在不同湍流强度下进行了传输实验，结果表明：模式分集空间激光通信系统的性能相比较于单模光纤接收系统有较大提升，随着湍流强度的增加，性能提升更加显著。在弱、中、强三种湍流强度以及相同目标误码率情况下，模式分集系统相比单模光纤接收系统分别降低了约4.2 dB、5.1 dB 和 5.5 dB的链路损耗。在弱、中、强三种湍流强度以及相同目标中断概率下，模式分集接收系统相比单模光纤接收系统分别降低了约3 dB、5.9 dB 和 4.3 dB的链路损耗。     

一种SAR运动目标时频检测方法

合成孔径雷达(SAR)主瓣杂波在时频平面中呈带状分布,散布宽度与雷达波束有关;目标距离向速度引起回波信号中心频率的偏移,当此速度较大时则导致目标在时频平面内偏出主瓣杂波散布范围;目标方位向速度引起它与杂波调频率的差异,当沿着动目标调频率方向进行相干积累时检测效果最佳,主、副瓣杂波得到一定的抑制,抑制效果还与雷达相干积累时间、目标方位向速度有关。针对动、静目标如此之不同,文章提出以动、静目标调频率、中心频率之间的差异为核心的杂波抑制方法,最后在低信杂比的条件下进行了SAR模拟场景仿真研究,在时频域实现杂波抑制和动目标信号的有效积累。     

汽车防撞步进FM脉冲雷达

提出在雷达相互之间的干扰中采用先进的步进ＦＭ脉冲（编码）雷达。发射脉冲序列在一定的进步宽度上进行频率偏移，再通过在上脉冲串上的伪随机信号序列进行频率调制，一方面将发射波的一部分进行零着检波，被相位调制后的接收脉冲序列，是通过每个脉冲串的傅里叶变换实现距离雷达曲线，另一方面，本论文还针对ＦＭ调制失真等引起的分辨率降低，提出了采用回归曲线近似的方法进行补偿，从而通过用比较低速的窄带信号处理，也能够进行分辨率测距。