一种基于合成宽带脉冲多普勒雷达的毫米级微动测量方法

摘要

本发明公开了一种基于合成宽带脉冲多普勒雷达的毫米级微动测量方法，采用相推测速测距技术，精确测量目标运动，采用了一种迭代的运动参数联合估计方法，可对目标毫米级的微动进行测量，能够精确提取目标运动参数；相比于传统的窄带微动测量方法，本方法是一种相位级的高精度微动测量方法，其测距精度毫米量级，测速精度厘米/秒量级，满足微动提取对雷达高精度测距、测速的需求；且本方法具有距离高分辨能力，可将复杂目标各散射点分离开来，同时获得目标不同散射点的距离和运动信息；宽带PD处理方法可以实现回波相参积累，并有效抑制静止以及低速杂波；结合航迹滤波信息，可以提高宽带包络测距/测速精度，降低正确解相位模糊对信噪比的要求。

主权项

一种基于合成宽带脉冲多普勒雷达的毫米级微动测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、根据距离门内目标回波的I、Q两路信号以及目标轨迹估计值，采用相推测距方法，测量目标的运动距离；步骤2、根据步骤1获得的目标运动距离，提取出目标的微动特征参数，具体包括如下步骤：步骤21、将目标运动看作平动和周期性微运动的合成，并利用M阶多项式建立目标的平动模型，采用正弦信号建立目标的微动模型，则目标的运动表示如下：$R_n=a_0+a_1{t}_n+...+a_M{t}_n^M+Asin(2{\mathrm{\pi ft}}_n+\phi )+{ϵ}_n;$其中，n表示回波信号的帧序列号，a₀，a₁…a_M表示平动模型的系数，R_n为通过第n帧回波信号获得的目标距离，t_n为时间序列，A为目标微运动幅度，f为周期，φ为初相，ε_n为误差；步骤22、采用迭代法估计平动模型和微运动模型参数，步骤如下：S221、首先令A＝0，根据之前获得的回波信号的目标距离，采用多项式拟合法估计得到a₀,a₁,…,a_M的值；S222、令误差e_n表达为：$e_n=R_n-a_0-a_{1}t-...-a_M{t}_n^M;$S223、利用e_n估计A,f,φ，优化目标函数其中N表示回波信号的总帧数，使目标函数取值最小，具体步骤如下：S2231、对e_n作傅里叶变换，取频谱幅度最大的点对应的频率作为频率f的初值，即f的当前值；S2232、令x＝Acosφ，y＝Asinφ，则目标函数写为：$g(x,y)=\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}[e_n-xsin\left(2{\mathrm{\pi ft}}_n\right)-ycos\left(2{\mathrm{\pi ft}}_n\right){]}^2;$计算g(x,y)对x和y的偏导，并令和分别解得：$x=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}[e_n-y\cos \left(2{\mathrm{\pi ft}}_n\right)]\sin \left(2{\mathrm{\pi ft}}_n\right)}{\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\sin }^2\left(2{\mathrm{\pi ft}}_n\right)}$$y=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}[e_n-x\sin \left(2{\mathrm{\pi ft}}_n\right)]\cos \left(2{\mathrm{\pi ft}}_n\right)}{\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\cos }^2\left(2{\mathrm{\pi ft}}_n\right)}$将y取任意初值后连同e_n、f当前值以及t_n代入到x表达式中，得到x的值，再代入到表达式y中，求得y值后再代入到x表达式，如此类推，直到x和y值收敛，再由x＝Acosφ和y＝Asinφ分别算出A和φ；S2233、计算目标函数对f的导数：$\begin{array}{c}\frac{\partial Y}{\partial f}=4\pi A\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}[e_n-A\sin (2{\mathrm{\pi ft}}_n+\phi )]\cos (2{\mathrm{\pi ft}}_n+\phi )t_n\\ =4\pi A[\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{e}_n{t}_n\cos (2{\mathrm{\pi ft}}_n+\phi )-A\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{t}_n\cos (2{\mathrm{\pi ft}}_n+\phi )\sin (2{\mathrm{\pi ft}}_n+\phi )]\end{array}$将S2232计算得到的A和φ代入到等号右边，然后令求出新的f值，作为下一次迭代的当前值，执行S2234；S2234、判断f值是否收敛：如果是，执行S224；如果否，返回S2232；S224、将S223获得的f当前值、A和φ值代入到e_n＝R_n‑Asin(2πft_n+φ)中，得到误差e_n的值；然后再根据采用多项式拟合法重新估计a₀,a₁,…,a_M的值；如此，得到目标平动以及微动周期、幅度和初相的估计值，实现目标的微动测量。