專利名稱：多徑無(wú)源雷達(dá)處理fm機(jī)會(huì)信號(hào)的方法
專利說(shuō)明多徑無(wú)源雷達(dá)處理FM機(jī)會(huì)信號(hào)的方法 發(fā)明領(lǐng)域 本發(fā)明涉及無(wú)源雷達(dá)領(lǐng)域，尤其涉及運(yùn)行在諸如用于公眾FM(調(diào)頻)發(fā)射的非協(xié)同機(jī)會(huì)發(fā)送上的無(wú)源雷達(dá)領(lǐng)域。具體而言，涉及由位于檢測(cè)和定位目的的這種發(fā)射所覆蓋的區(qū)域內(nèi)的物體所反射的FM信號(hào)的處理。

背景技術(shù)：
當(dāng)希望實(shí)現(xiàn)地理區(qū)域的臨時(shí)或永久的雷達(dá)覆蓋時(shí)，直接的解決方案通常包括自主植入、有源雷達(dá)系統(tǒng)、手機(jī)或其它方式，包括與期望覆蓋的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的每個(gè)系統(tǒng)所覆蓋的區(qū)域的并集的數(shù)量。因此，可以選擇使用給定的近程或中程雷達(dá)數(shù)量，或更嚴(yán)格的遠(yuǎn)程雷達(dá)數(shù)量來(lái)覆蓋擴(kuò)展區(qū)域。合并由每個(gè)系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)則可以實(shí)現(xiàn)所期望的覆蓋面。
作為自主有源系統(tǒng)，其中的每一個(gè)都包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，其價(jià)格和復(fù)雜性取決于所考慮的應(yīng)用所需要的性能，特別是取決于發(fā)射機(jī)所發(fā)射的功率，該功率制約著范圍，從而制約著每個(gè)系統(tǒng)所覆蓋的區(qū)域的大小。此外，這樣一種甚至覆蓋遼闊區(qū)域的結(jié)構(gòu)的部署，通常構(gòu)成覆蓋同樣一個(gè)全球地理區(qū)域內(nèi)鄰近區(qū)域的系統(tǒng)之間的接近問(wèn)題。可以通過(guò)使用根據(jù)不同的頻率計(jì)劃的系統(tǒng)操作來(lái)部分地解決這些接近問(wèn)題。然而，這樣的一組自主雷達(dá)系統(tǒng)既復(fù)雜又昂貴。
一種可以覆蓋廣闊的地理區(qū)域、用于降低這種結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性從而降低其成本的已知的解決方案，包括使用多基地有源系統(tǒng)，多基地有源系統(tǒng)包括位于特定區(qū)域點(diǎn)處的可以傳輸足夠的功率以覆蓋該區(qū)域的單個(gè)共用發(fā)射機(jī)，以及一組彼此遠(yuǎn)離并且遠(yuǎn)離發(fā)射源的接收機(jī)。在這樣的結(jié)構(gòu)中，每個(gè)接收機(jī)通常已知共用發(fā)射機(jī)的位置。此外，在這樣的結(jié)構(gòu)中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)通常是同步的。通過(guò)這種方式，每個(gè)接收機(jī)執(zhí)行的對(duì)接收信號(hào)所進(jìn)行的相干處理非常類似于常規(guī)雙基地雷達(dá)處理。然而，該結(jié)構(gòu)需要特別安裝發(fā)射機(jī)以及在發(fā)射機(jī)與各種接收機(jī)之間實(shí)現(xiàn)同步的裝置，這實(shí)現(xiàn)起來(lái)仍然復(fù)雜，特別是在移動(dòng)結(jié)構(gòu)的情況下。
另一種用于降低這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的解決方案，包括使用簡(jiǎn)單的無(wú)源結(jié)構(gòu)，無(wú)源結(jié)構(gòu)包括能夠在給定的頻段接收機(jī)會(huì)信號(hào)的接收機(jī)，所述給定的頻段優(yōu)選對(duì)應(yīng)于發(fā)射裝置的頻段，所述發(fā)射裝置的發(fā)射可以全部或部分地覆蓋所期望覆蓋的地理區(qū)域。這些旨在用于構(gòu)成監(jiān)控其結(jié)構(gòu)以外的用途的發(fā)射機(jī)，其發(fā)射也被稱之為機(jī)會(huì)發(fā)射或非協(xié)同發(fā)射。
可以將這些機(jī)會(huì)發(fā)射稱之為(例如)用于公眾的調(diào)頻發(fā)射(FM發(fā)射)，調(diào)頻發(fā)射通常由覆蓋給定地理區(qū)域的本地發(fā)射機(jī)發(fā)射，每個(gè)發(fā)射在從100千赫到200千赫的頻帶上或FM信道上來(lái)實(shí)現(xiàn)。
這種基于安裝無(wú)源結(jié)構(gòu)、沒(méi)有發(fā)射機(jī)的解決方案實(shí)現(xiàn)了限制該結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性從而在成本方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。其戰(zhàn)術(shù)部署實(shí)現(xiàn)在由一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行接收和處理所接收到的機(jī)會(huì)信號(hào)的雷達(dá)接收機(jī)待監(jiān)控的區(qū)域上的傳輸。另一方面，這種純粹的無(wú)源解決方案的實(shí)際實(shí)現(xiàn)遇到了某些困難，這些困難解釋了為什么它們?nèi)匀缓苌俦皇褂玫脑颉?br> 當(dāng)希望實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)時(shí)出現(xiàn)的第一困難在于所接收的信號(hào)的復(fù)雜性。事實(shí)上，由每個(gè)接收機(jī)所接收到的信號(hào)在同一時(shí)間上對(duì)應(yīng)于機(jī)會(huì)源(FM發(fā)射機(jī))所發(fā)射的信號(hào)的直接接收，對(duì)應(yīng)于該機(jī)會(huì)信號(hào)在不同固定障礙上的反射(這些信號(hào)可能被視為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知的雜波)的接收，對(duì)應(yīng)于來(lái)自由試圖檢測(cè)的移動(dòng)物體對(duì)同一源進(jìn)行反射的“有用的”信號(hào)的接收。偽信號(hào)的接收，例如，可能來(lái)自于發(fā)射相同頻段的其它的、遙遠(yuǎn)的發(fā)射機(jī)的偽信號(hào)，進(jìn)一步加劇了接收信號(hào)的復(fù)雜性。此外，有用的信號(hào)(即，那些移動(dòng)目標(biāo)的背散射信號(hào))，通常表現(xiàn)出非常明顯地低于直接接收、固定障礙反射、熱噪聲的電平。
另一個(gè)與實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)有關(guān)的困難在于機(jī)會(huì)發(fā)射與性質(zhì)不可控制(帶寬、距離水平和多普勒旁瓣等)的未知信號(hào)相對(duì)應(yīng)。因此，必須將機(jī)會(huì)源所發(fā)射的信號(hào)標(biāo)識(shí)為與雷達(dá)接收機(jī)所接收到的其它信號(hào)相獨(dú)立的信號(hào)，以便在相關(guān)計(jì)算過(guò)程中用作參考，并且允許消除與多普勒和距離旁瓣相對(duì)應(yīng)的偽檢測(cè)。
發(fā)明介紹 本發(fā)明的目的是提出一種解決方案，使得可以實(shí)現(xiàn)由一個(gè)或多個(gè)分散在待覆蓋的地理區(qū)域上的無(wú)源雷達(dá)系統(tǒng)構(gòu)成的無(wú)源監(jiān)控結(jié)構(gòu)，因此，該解決方案可以解決以上提到的困難。
出于這種目的，本發(fā)明的主題是一種處理由包括多個(gè)接收通道(V1，...，VN)的FM無(wú)源雷達(dá)所接收的信號(hào)的方法，該方法包括對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行重新調(diào)節(jié)的相干處理(coherent processing)階段，然后，是基于所述相干處理中產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行反射脈沖構(gòu)造的非相干處理階段。
根據(jù)本發(fā)明，所述相干處理包括 -形成凈目標(biāo)通道的步驟， -重新產(chǎn)生的參考信號(hào)的步驟， -計(jì)算凈目標(biāo)通道和重新產(chǎn)生的參考信號(hào)之間的交叉-模糊的步驟， -計(jì)算所重新產(chǎn)生的參考信號(hào)的自動(dòng)-模糊的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)現(xiàn)的優(yōu)選模式，所述非相干處理還包括 -距離-多普勒提取(extraction)的步驟，多普勒提取應(yīng)用于完成歸一化步驟和搜尋檢測(cè)時(shí)所創(chuàng)建的PE，以構(gòu)造反射脈沖(blips)， -多普勒-距離提純(purification)的步驟，多普勒-距離提純應(yīng)用于距離-多普勒提取后所構(gòu)造的反射脈沖，并且通過(guò)由計(jì)算重新產(chǎn)生的參考信號(hào)的自動(dòng)-模糊步驟所產(chǎn)生的信號(hào)的方式來(lái)進(jìn)行多普勒-距離提純，最終基于多普勒-距離提純的步驟以后所獲得的反射脈沖來(lái)進(jìn)行反射脈沖屬性的確定。
根據(jù)實(shí)現(xiàn)的這一優(yōu)選模式，距離-多普勒提取的步驟采用所述重新產(chǎn)生的參考信號(hào)的-3dB的帶寬的計(jì)算。
根據(jù)實(shí)現(xiàn)的這一優(yōu)選模式，重新從計(jì)算所述重新產(chǎn)生的參考信號(hào)的自動(dòng)-模糊的步驟產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)評(píng)估所述重新產(chǎn)生的參考信號(hào)的-3dB頻帶。
根據(jù)實(shí)現(xiàn)的這一優(yōu)選模式，所述非相干處理還包括 -距離地圖量(ecartometry)算法測(cè)量的步驟， -方位地圖量算法測(cè)量的步驟， 這兩個(gè)步驟應(yīng)用于在完成多普勒-距離提純的步驟時(shí)所構(gòu)造的反射脈沖。
根據(jù)實(shí)現(xiàn)的這一優(yōu)選模式，所述非相干處理還還包括方位提純的步驟和限制反射脈沖發(fā)送數(shù)量的步驟。



通過(guò)以下說(shuō)明書可以更好地理解本發(fā)明的特性和優(yōu)勢(shì)，該說(shuō)明書通過(guò)特定的實(shí)施例論述了本發(fā)明，該特定的實(shí)施例作為非限制示例，并且由附圖支持，附圖表示為 -圖1是根據(jù)本發(fā)明的所有的處理步驟示意圖， -圖2-3是建立凈接收通道步驟的運(yùn)行原理的示意圖， -圖4是重新產(chǎn)生參考信號(hào)步驟的運(yùn)行原理的示意圖， -圖5是計(jì)算參考信號(hào)/凈目標(biāo)通道交叉-模糊步驟的示意圖， -圖6和7是提取反射脈沖步驟的運(yùn)行原理的示意圖， -圖8是多普勒-距離提純的步驟的運(yùn)行原理的示意圖。

具體實(shí)施例方式 首先參考圖1，圖1示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的信號(hào)處理方法的典型示意圖綜覽。根據(jù)本發(fā)明，在包括多個(gè)獨(dú)立接收通道的無(wú)源雷達(dá)的非限制應(yīng)用中介紹了這種方法。為了便于對(duì)本發(fā)明的理解，首先以一般方式示出了該方法及其所有的處理步驟。以粗體框框住的步驟，對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)是具體的，在后續(xù)文檔中對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)介紹。只是簡(jiǎn)單提到實(shí)現(xiàn)已知方法的其它步驟，以便對(duì)組合所有這些步驟的該方法進(jìn)行描述。
如圖1所示出的，根據(jù)本發(fā)明的該方法實(shí)現(xiàn)了兩種類型的處理，第一種類型的處理11，以本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的方式將其稱之為相干處理，所述相干處理對(duì)雷達(dá)所接收的信號(hào)進(jìn)行重新調(diào)節(jié)，第二種類型的處理12，被稱之為非相干處理，所述非相干處理基于從相干處理中所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行反射脈沖的構(gòu)造。提到相干處理，相干處理用于對(duì)信號(hào)的幅值和相位進(jìn)行處理的所有處理步驟。相反，當(dāng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)不再考慮信號(hào)的相位時(shí)，指的是非相干處理。
根據(jù)本發(fā)明，相干處理11主要包括兩個(gè)步驟，第一步驟13，即所謂的“凈目標(biāo)通道的建立”，第二步驟14，即計(jì)算在每個(gè)“凈”通道上所接收的信號(hào)與對(duì)應(yīng)于機(jī)會(huì)源發(fā)射的信號(hào)的參考信號(hào)之間的交叉-模糊的相干積分。
相干處理11的第一步驟13被稱之為“凈接收通道的建立”，因?yàn)樗哪繕?biāo)是使目標(biāo)通道最小化，通道以已知的方式用于搜尋檢測(cè)或“回波存在”(echo presences)，滋擾源的功率可以限制雷達(dá)的靈敏性。在無(wú)源雷達(dá)的情況下，這樣的滋擾源可能產(chǎn)生于 -來(lái)自相對(duì)于有用信號(hào)來(lái)說(shuō)具有相對(duì)高的電平的信號(hào)，并且從參考發(fā)射機(jī)直接產(chǎn)生，即來(lái)自于機(jī)會(huì)源。根據(jù)本發(fā)明，這種直接信號(hào)，還用于作為參考信號(hào)進(jìn)行相干積分的步驟，這種直接信號(hào)由對(duì)有用信號(hào)的接收來(lái)說(shuō)是明顯公害的電平構(gòu)成，有用信號(hào)的電平通常低得多， -來(lái)自于固定的自然障礙對(duì)源所發(fā)射的信號(hào)的多次反射(參考發(fā)射機(jī)的多徑)， -至少部分來(lái)自于與參考發(fā)射機(jī)工作在同樣的頻段上的其它FM發(fā)射機(jī)，其信號(hào)到達(dá)所考慮的雷達(dá)接收機(jī)， -來(lái)自于不同性質(zhì)的無(wú)線電污染源。
對(duì)于包括若干采集通道的系統(tǒng)(多傳感器系統(tǒng))，如對(duì)于運(yùn)行在FM機(jī)會(huì)發(fā)射上的無(wú)源雷達(dá)的情況，可以通過(guò)“自適應(yīng)計(jì)算波束形成”(自適應(yīng)CBF)類型或“旁瓣反相”(OSL)類型這些本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的處理類型的“天線處理”，在空間域內(nèi)消除滋擾源。通常這些雷達(dá)的這些處理類型構(gòu)成了工作在高頻段的有源雷達(dá)通常所采用的解決方案。
還可以在時(shí)域和空域內(nèi)聯(lián)合消除滋擾源。因此，談到的是時(shí)空處理。這是根據(jù)本發(fā)明在這種方法中實(shí)現(xiàn)的第二替代。根據(jù)本發(fā)明，所使用的算法是一種具有方向約束的時(shí)空類型的算法，這種處理用術(shù)語(yǔ)“時(shí)空自適應(yīng)形成”(STAF，在法語(yǔ)中為術(shù)語(yǔ)FAST，“形成自適應(yīng)時(shí)空”)表示。這種類型的算法可以有利地使得出現(xiàn)在干擾方向中的盲角區(qū)的數(shù)量(可以在時(shí)間軸上消除多徑)和程度(通過(guò)使用方向約束)最小化。在這里，術(shù)語(yǔ)“干擾”是一般意義上的“干擾”。
應(yīng)該注意到，不能以距離和多普勒效應(yīng)來(lái)分離FM波形，通過(guò)采用本領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知的名為MTI(移動(dòng)目標(biāo)指示，在法語(yǔ)中為VCM，目標(biāo)移動(dòng)可視化)的濾波器不可能消除多徑，因?yàn)檫@通常用于有源雷達(dá)。
相干處理11的第二步驟14包括通過(guò)在給定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相干積分，以距離和多普勒的方式描述接收信號(hào)樣本的特性。
根據(jù)本發(fā)明，目標(biāo)所反射的信號(hào)被延遲，并且是參考信號(hào)進(jìn)行多普勒化的版本，可以通過(guò)確定交叉-模糊函數(shù)對(duì)接收信號(hào)樣本進(jìn)行相干積分，交叉-模糊函數(shù)由下式定義為介于0和D之間的時(shí)移m，介于0和M-1之間的雙基地多普勒頻移n的函數(shù) 其關(guān)系為 -M表示相干積分中時(shí)間樣本的數(shù)量， -D表示所測(cè)試的最大時(shí)移數(shù)量， -vref[k]，0≤k≤M-1，參考信號(hào)， -vtarget cln[k]，0≤k≤M-1+D，直接路徑的凈目標(biāo)通道。
通過(guò)使用在實(shí)現(xiàn)重新產(chǎn)生步驟15之后所獲得的參考信號(hào)(幅值和相位參考)，進(jìn)行用于前面步驟所獲得的每個(gè)凈通道的第二步驟。參考信號(hào)的重新產(chǎn)生處理旨在獲得對(duì)多徑和其它潛在滋擾源進(jìn)行凈化的參考信號(hào)。實(shí)際上 -參考信號(hào)中高電平的多徑的存在可以引起距離軸上的靈敏度降低， -參考信號(hào)中不想要的信號(hào)殘差的存在，在滋擾源電平可以“接近”直接通道電平的“嚴(yán)重的”運(yùn)行條件下，可能引起雷達(dá)的靈敏度降低。因此，重新產(chǎn)生步驟15可以有利地獲得凈參考信號(hào)。
仍然根據(jù)本發(fā)明，非相干處理12以常規(guī)方式執(zhí)行允許建立回波存在或EP的環(huán)境估計(jì)步驟16和歸一化檢測(cè)步驟17，步驟16和17以已知的方式實(shí)現(xiàn)，并且這里沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
根據(jù)本發(fā)明，還以特有的方式包括距離-多普勒提取的步驟18，多普勒提取的步驟18的作用是，特別是從在完成步驟17之后所獲得的“回波存在”中確定那些可以認(rèn)為與一個(gè)目標(biāo)有關(guān)、可以是與同一個(gè)目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的同一回波的回波。實(shí)際上，據(jù)了解，目標(biāo)，特別是如果該目標(biāo)反射高電平信號(hào)，則可以引起大量回波存在信息的建立，這些大量回波存在信息用于對(duì)應(yīng)于與目標(biāo)真實(shí)位置對(duì)應(yīng)的位置相鄰的距離-多普勒頻點(diǎn)(bin)的位置。因此，距離-多普勒提取的目標(biāo)是基于產(chǎn)生于同一目標(biāo)的鄰近回波存在，建立唯一的稱之為反射脈沖的檢測(cè)。
此外，根據(jù)本發(fā)明，多普勒-距離提純?cè)谔崛》瓷涿}沖操作的步驟112之后，其作用是處理提取之后獲得的高電平的目標(biāo)。實(shí)際上，這樣的目標(biāo)通常表現(xiàn)為距離-多普勒旁瓣，考慮到它們的電平，這樣的目標(biāo)還可以被檢測(cè)到并且認(rèn)為是有別于真實(shí)目標(biāo)的獨(dú)立目標(biāo)。多普勒-距離提純的作用是刪除這些偽檢測(cè)。
非相干處理12還執(zhí)行距離地圖量和方位地圖量的常規(guī)操作，以便以距離和角位置的形式表示每個(gè)通過(guò)位置所提取的反射脈沖的特點(diǎn)，在步驟113和114期間分別進(jìn)行的操作由方位提純的步驟115進(jìn)行了補(bǔ)充。方位提純的作用是當(dāng)同一目標(biāo)在若干個(gè)角束內(nèi)建立檢測(cè)時(shí)只保留一個(gè)反射脈沖。
其余的反射脈沖最終是負(fù)載限制步驟116的對(duì)象，旨在避免下游數(shù)據(jù)處理鏈的飽和。
因此，根據(jù)本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員正確掌握了該方法的全部益處，在后續(xù)的說(shuō)明書中更加詳細(xì)地介紹了該方法特有的步驟，這些特有的步驟表明了該方法特別適合于處理FM無(wú)源雷達(dá)，并且特別是運(yùn)行在一般公眾FM發(fā)射上的無(wú)源雷達(dá)所接收到的信號(hào)。
注意力首先轉(zhuǎn)向相干處理11，并且特別是以下步驟 -形成凈目標(biāo)通道(步驟13)， -重新產(chǎn)生參考信號(hào)(步驟15)， -計(jì)算參考信號(hào)/凈目標(biāo)通道的交叉-模糊(步驟14)， -計(jì)算參考信號(hào)的自動(dòng)-模糊(步驟19)。
圖2、3和4示出了形成凈目標(biāo)通道的步驟13的運(yùn)行原理，現(xiàn)在進(jìn)行考慮。
當(dāng)運(yùn)行的時(shí)候，無(wú)源雷達(dá)的接收機(jī)接收產(chǎn)生于源的具有非常高的電平的直接信號(hào)。無(wú)源雷達(dá)的接收機(jī)還接收產(chǎn)生于固定障礙對(duì)發(fā)射源發(fā)射的信號(hào)的反射的信號(hào)，反射還被稱為多徑，并且任意地，其它的有害信號(hào)可以(例如)產(chǎn)生于其它FM發(fā)射源或來(lái)自于各種無(wú)線電污染源。盡管這些信號(hào)與直接通道信號(hào)相比比較弱，但其具有足夠的功率以降低雷達(dá)的靈敏度。這就是為什么還要?jiǎng)h除它們的原因。這是該方法步驟15的作用。
根據(jù)本發(fā)明，步驟13的原理主要包括從基于各接收通道V1到VN獲得的信號(hào)Vtarget21推導(dǎo)出信號(hào)Vopptot22，信號(hào)Vopptot22盡可能準(zhǔn)確地表示與有用信號(hào)相隨的不良信號(hào)。這種信號(hào)Vopptot22是通過(guò)自適應(yīng)濾波方法來(lái)獲得的，自適應(yīng)濾波方法應(yīng)用于信號(hào)Vopp1到VoppN-1，信號(hào)Vopp1到VoppN-1位于與認(rèn)為的觀察方向相正交的子空間內(nèi)。
因此，步驟13以術(shù)語(yǔ)“廣義旁瓣相消器”(GSC)所公知的間接形式，實(shí)現(xiàn)一種具有方向約束的STAF類型的處理。GSC類型的間接形式的使用可以以優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)形式來(lái)使用各反相通道上的不同長(zhǎng)度的濾波器，并且，因此可以限制計(jì)算量。
通常通過(guò)使用以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)步驟13 -1個(gè)“長(zhǎng)的”時(shí)間濾波器25，它可以對(duì)消除直接通道信號(hào)以及消除直接通道的距離多徑進(jìn)行優(yōu)化。
-N-2個(gè)“短的”時(shí)間濾波器26，它允許消除其它滋擾源，其它滋擾源的功率并不需要使用長(zhǎng)的時(shí)間濾波器。
如圖2所示，形成凈目標(biāo)通道的步驟13實(shí)現(xiàn)以下操作 -在所考慮的觀察方向上確定信號(hào)Vtarget的操作23， -基于接收通道提供的信號(hào)和矩陣O確定信號(hào)Vopp1到VoppN-1的操作24， -通過(guò)反相濾波器h1[k]到hN-1[k]濾除信號(hào)Vopp1到VoppN-1的操作27， -對(duì)所濾除的信號(hào)Vopp1到VoppN-1求和，以便獲得將從Vtarget信號(hào)導(dǎo)出的信號(hào)Vopptot的操作28， -從信號(hào)Vtarget實(shí)際減去信號(hào)Vopptot以形成凈目標(biāo)信號(hào)的操作29。
通過(guò)考慮以下方面來(lái)進(jìn)行計(jì)算信號(hào)Vtarge 21的操作23 -一方面，在N個(gè)接收通道上所接收的信號(hào)矢量v(k)為 -另一方面，認(rèn)為的觀察方向?yàn)棣萶bs， -還有一方面，在方向θobs上與N個(gè)接收通道相對(duì)應(yīng)的N個(gè)天線的輻射圖形的值di(θobs)(i＝1，...N)。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)計(jì)算表示接收信號(hào)v的矢量v與矢量d的乘積來(lái)獲得信號(hào)Vtarget，使得乘積的結(jié)果在以下條件的約束下使白噪聲上的目標(biāo)通道的信噪比(SNR)最大化 -從方向θobs上所產(chǎn)生的信號(hào)的集中， -從方向θobs上所產(chǎn)生的信號(hào)的非失真。
因此，矢量d是與觀察方向θobs相關(guān)聯(lián)的方向矢量，并且根據(jù)本發(fā)明，因此可以寫為 vtarget(k)＝dHv(k) [3] 其中，dH表示矢量d的共軛轉(zhuǎn)置矢量，d的表達(dá)式由以下給定 作為用于確定信號(hào)Vopp1到VoppN的計(jì)算24的主題的操作，包括將矩陣O應(yīng)用到所接收信號(hào)V1到VN，以便獲得具有與約束條件d相正交的特性的信號(hào)Vopp(k)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，矩陣O是純粹的(N-1，N)維的空間矩陣，滿足以下關(guān)系 O·d＝0 [5] 并且 rank(O)＝N-1[6] 滿足關(guān)系[5]和[6]的任意矩陣O可以用于步驟13。以下描述用于構(gòu)造這樣的矩陣O的優(yōu)選步驟。
以如圖3所示的兩個(gè)操作31和32執(zhí)行基于矩陣O的信號(hào)Vopp(k)的計(jì)算24。
第一操作31，包括將秩為N-1的滿足等式B·d＝0的矩陣B應(yīng)用到信號(hào)v1到VN。定義該矩陣為(N-1，N)維的，包括到d⊥上的正交投影P的第一個(gè)N-1行，P由以下關(guān)系進(jìn)行定義 其中，IN，N表示(N，N)維的單位矩陣。
(N-1，N)維的矩陣B滿足關(guān)系式B·d＝0。
應(yīng)用到所接收的信號(hào)的元素vi(k)(i＝1，...N)的矩陣B提供了一組N-1個(gè)與約束d相正交的信號(hào)bi(k)。
第二操作32，包括將(N-1，N-1)維的矩陣F應(yīng)用到由之前的操作所產(chǎn)生的信號(hào)bi，以這樣的一種方式所產(chǎn)生的信號(hào)Vopp列出了其元素Vopp1，Vopp1對(duì)應(yīng)于采用最長(zhǎng)時(shí)間濾波器、參考信號(hào)功率與熱噪聲功率比最大的通道。矩陣F由以下關(guān)系式進(jìn)行定義 其中，IN-2，N-2表示(N-2，N-2)維的單位矩陣。
在這里，WHref表示矢量Wref的共軛轉(zhuǎn)置，Wref由以下關(guān)系式進(jìn)行定義 其中，Rb表示處在信號(hào)bi電平的熱噪聲的協(xié)方差矩陣，以及dref表示處在N個(gè)接收通道電平的參考信號(hào)的方向矢量，該矢量表示為 矢量wref構(gòu)成空間權(quán)值矢量，所述空間權(quán)值矢量將應(yīng)用到信號(hào)bi以便使得參考通道的功率與通道Vopp1上的熱噪聲的比率最大化。
還應(yīng)該注意到，如果R表示N個(gè)接收通道上的熱噪聲的協(xié)方差矩陣，則可以寫成 Rb＝B·R·BH[11] 假設(shè)熱噪聲為N個(gè)接收通道上的空間白噪聲，有R＝IN，N，因此Rb＝B·BH。因此，矢量Wref的表達(dá)式為 wref＝(B·BH)-1·B·dref [12] 因此，定義矩陣O為乘積O＝F·B。
如之前已經(jīng)說(shuō)明的那樣，步驟13的主要作用包括從信號(hào)Vtarget減去的信號(hào)Vopptot的形成。根據(jù)本發(fā)明，基于信號(hào)Vopp1到VoppN-1，通過(guò)濾波來(lái)產(chǎn)生信號(hào)Vopptot。所實(shí)施的濾波是自適應(yīng)型的，并且其目的是獲得信號(hào)Vopptot，這可以最佳地消除不良信號(hào)部分。實(shí)際上，可以通過(guò)為Vopp1到VoppN-1的每個(gè)信號(hào)采用時(shí)間濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以周期性地重新計(jì)算時(shí)間濾波器的系數(shù)，其唯一目的是在每個(gè)瞬間產(chǎn)生期望的信號(hào)Vopptot。后續(xù)描述中介紹了用于計(jì)算應(yīng)用到每個(gè)信號(hào)Voppi(i＝1，...，N-1)的濾波器各個(gè)系數(shù)的原理。
為了執(zhí)行該計(jì)算，首先建立以下兩個(gè)矢量 -反相信號(hào)值的矢量Vopp(k)，由時(shí)刻k周圍各連續(xù)時(shí)刻所采樣的時(shí)域信號(hào)Voppi(i＝1，...，N-1)的樣本組成， -應(yīng)用到信號(hào)Voppi的濾波器系數(shù)的h矢量。
此外，Vtarget(k)表示所考慮的時(shí)刻k(時(shí)域樣本k)處信號(hào)Vtarget的值。
這兩個(gè)矢量的表達(dá)式分別是 其中，R1表示應(yīng)用到信號(hào)Vopp1的反相濾波器的延遲，濾波器的長(zhǎng)度L1，即系數(shù)的個(gè)數(shù)，等于2R1+1；其中R2表示應(yīng)用到信號(hào)Vopp2到VoppN-1的反相濾波器的延遲，濾波器的長(zhǎng)度L2等于2R2+1。
因此，對(duì)應(yīng)于凈目標(biāo)通道的信號(hào)Vtargetcln的表達(dá)式是 Vtargetcln(k)＝Vtarget(k)-hH.Vopp(k) [13] 根據(jù)本發(fā)明，以使成本函數(shù)J最小化的方式來(lái)計(jì)算矢量h，成本函數(shù)J按照以下關(guān)系在K個(gè)信號(hào)樣本上進(jìn)行定義 按照以下關(guān)系定義使標(biāo)準(zhǔn)J的值最小化的濾波器h 其中，Γvopp，vopp表示按照以下關(guān)系式進(jìn)行定義的矩陣 并且其中，Γvopp，vtarget表示按照以下關(guān)系式進(jìn)行定義的矢量 因此，根據(jù)本發(fā)明，所采取的計(jì)算h的解決方法是確定性最小二乘算法的塊版本(block version)類型。
因此，應(yīng)該注意到，為了改善由于帶寬限制處接收機(jī)濾波器抵制高電平而引起的空間軸上和時(shí)間軸上的嚴(yán)重條件，根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的原理，計(jì)算矩陣Γvopp，vopp比計(jì)算矢量h的負(fù)擔(dān)過(guò)重。
為了優(yōu)化凈通道的形成性能，可以以部分地重疊數(shù)據(jù)塊的方式來(lái)更新矢量h的計(jì)算。
矩陣Γvopp，vopp項(xiàng)的最初計(jì)算需要對(duì)等于(L1+(N-2)L2)(L1+(N-2)L2+1)/2的項(xiàng)的數(shù)目NT進(jìn)行分別估計(jì)，該數(shù)目對(duì)應(yīng)于位于Hermitian矩陣Γvopp，vopp上三角部分的項(xiàng)。這種計(jì)算所必需的計(jì)算量是重要的，并且這就是為什么以優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)方式，根據(jù)本發(fā)明的方法利用矩陣Γvopp，vopp的特定結(jié)構(gòu)執(zhí)行這種計(jì)算的原因。實(shí)際上，Hermitian矩陣Γvopp，vopp可以寫成以下形式
矩陣Γvopp，vopp的每個(gè)Hermitian子陣Γvoppi，voppi還具有以下結(jié)構(gòu)
通過(guò)這種方式，對(duì)于m≤n，矩陣Γvoppi，voppi的任何行m和任何列n可以寫成 否則 否則


考慮關(guān)系式[22]，應(yīng)該注意到，項(xiàng)(1)、(2)和(3)分別構(gòu)成(m-1)、(K-Li)和(Li-m)乘積的和。還應(yīng)該注意到，項(xiàng)(2)只取決于(m-n)的差，并且對(duì)于位于同一個(gè)子對(duì)角線上的Γvoppi，voppi的所有項(xiàng)只需計(jì)算一次。最后，應(yīng)該注意到，由于計(jì)算項(xiàng)(1)和(3)引起的計(jì)算量在K-Li＞＞Li-1范圍內(nèi)是很小的。
在這種方式下，盡管在與計(jì)算Li(Li+1)/2的值相對(duì)應(yīng)的最初計(jì)算中，這些Li(Li+1)/2的值對(duì)應(yīng)于位于Hermitian矩陣Γvoppi，voppi上三角部分的項(xiàng)的數(shù)目，就計(jì)算量而言，對(duì)子陣Γvoppi，voppi的估計(jì)類似于一階的，類似于對(duì)Li值的計(jì)算(項(xiàng)(2)的Li值)。通過(guò)以類似的方式進(jìn)行處理，可以以更少的成本計(jì)算子陣Γvoppi，voppj(i≠j)的項(xiàng)，子陣Γvoppi，voppj(i≠j)位于同一個(gè)子對(duì)角線上。
因此，對(duì)每個(gè)子對(duì)角線上的項(xiàng)(2)進(jìn)行的計(jì)算占了計(jì)算量的最大比例。它由對(duì)項(xiàng)C(m-n)評(píng)估的矩陣型Γvoppi，voppi組成，項(xiàng)C(m-n)由以下關(guān)系式定義參數(shù)m(行數(shù))和n(列數(shù)) 有 -m≤n， -1≤m≤Li， -1≤n≤Li. 就計(jì)算量而言，具有足夠大值的Li對(duì)于在頻域中執(zhí)行對(duì)項(xiàng)C(m-n)進(jìn)行評(píng)估是有利的。為了這樣做，定義以下量 -N＝K-Li+1， -D＝N+Li-1， -對(duì)于k＝0，...，N-1，voppsynch(k)＝voppi(k+Ri+1) -對(duì)于k＝0，...，D-1，voppcomp(k)＝voppi(k-Ri+1)。
然后，基于Voppsynch(k)和Voppcomp(k)，長(zhǎng)度S的序列Voppsynchpad(k)和Voppcomppad(k)由“0填充”構(gòu)成，S是大于或等于N+2(Li-1)的2的最小次冪。然后，計(jì)算VFoppsynch(l)和VFoppcomp(l)，這些分別是voppcompad(k)和voppsynchpad(k)的快速傅里葉變換的結(jié)果。
對(duì)于0≤k≤S-1，時(shí)域信號(hào)p(k)由以下進(jìn)行定義 p(k)＝FFT-1(VFoppsynch(l)VFoppcomp*(l))， p(k)從VFoppsynch和VFoppcomp推導(dǎo)出。
因此，對(duì)于每對(duì)(m，n)使得 -1≤m≤Li， -1≤n≤Li， -m≤n， 可以寫成

實(shí)際上，為了最大限度的減少頻域內(nèi)計(jì)算所提供的計(jì)算量，在若干連續(xù)時(shí)域子塊上執(zhí)行對(duì)信號(hào)p(k)值的評(píng)估，以便使用減小大小的FFT。然后，通過(guò)對(duì)在各子塊上計(jì)算的信號(hào)p(k)值求和來(lái)獲得C(m-n)的值。
還可以將之前所描述的原理應(yīng)用到頻域，能夠明顯地用來(lái)減少由計(jì)算矩陣Γvoppi，voppj(i≠j)的C(m-n)類型的項(xiàng)的計(jì)算量，當(dāng)然可以達(dá)到濾波器長(zhǎng)度Li可以證明的程度。還可以用來(lái)執(zhí)行對(duì)矢量Γvopp，vtarget的計(jì)算。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，該圖示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明方法的重新產(chǎn)生參考信號(hào)的步驟15所實(shí)現(xiàn)的主要原理。
為了獲得使得可以執(zhí)行相干積分和有利于非相干處理的提取和多普勒/距離提純步驟的參考信號(hào)，如前所述，根據(jù)本發(fā)明的方法執(zhí)行一個(gè)稱為“重新產(chǎn)生參考信號(hào)步驟”的步驟，該步驟的目的是獲得與輻射源發(fā)射的信號(hào)盡可能相似的參考信號(hào)。如同信號(hào)Vtarget，這種從多徑和其他潛在滋擾源產(chǎn)生的信號(hào)必須清除。
用于重新產(chǎn)生參考信號(hào)的處理的特性之一是它必須以盲目的(blind)方式從其它信號(hào)中區(qū)分出參考信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的方法所使用的步驟，使用FM信號(hào)的恒模特性進(jìn)行這種盲區(qū)別，以尋找應(yīng)用于天線上所接收的信號(hào)的純粹空間權(quán)值的集合，作為參考信號(hào)的估計(jì)輸出。
表示“恒模算法”的縮寫CMA所公知的家族算法可以進(jìn)行恒模信號(hào)的盲均衡。
按照優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)形式，根據(jù)本發(fā)明的方法使用派生CMA算法，派生CMA算法為表示“最小二乘恒模算法”的縮寫LS-MA所公知。實(shí)際上后者提供了性能和計(jì)算量之間的一個(gè)良好的折衷。圖4示出了這種算法的操作原理。
LS-CMA算法是塊迭代算法，對(duì)于LS-CMA算法，通過(guò)同一數(shù)據(jù)塊上的連續(xù)迭代來(lái)計(jì)算應(yīng)用到輸入信號(hào)v1到vN的權(quán)值。其目的是確定矢量vref和矢量WCMA，它們是由以下關(guān)系式所表示的最小二乘問(wèn)題的解決方法 argminWcma，Vreff＝||wCMAH·v-vref||2 [24] 其中，v，vref和WCMA的表達(dá)式分別是 vref＝|vref(1)…vref(M)| v是相干積分期間在N個(gè)接收通道上接收到的信號(hào)vi(k)的矩陣。
WCMA是CMA權(quán)值的矢量，可以重新構(gòu)造具有恒模的參考信號(hào)。
信號(hào)vref是恒模信號(hào)的組成部分，表示對(duì)參考信號(hào)的評(píng)估。這是所謂的“重新產(chǎn)生的”參考信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的處理方法的特征是必須能考慮到處理信號(hào)的大動(dòng)態(tài)擺動(dòng)，可以以比噪聲高70dB的電平接收參考信號(hào)。這一重要的動(dòng)態(tài)擺動(dòng)在實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算中可能造成困難。
為了考慮處理信號(hào)的這一特征，如圖4所示，該方法的步驟15啟動(dòng)了諸如CMA算法提供的實(shí)際評(píng)估權(quán)值WCMA的操作41，操作41具有所謂的“信號(hào)空間的白化”操作42和減少維數(shù)操作。
信號(hào)空間白化操作始于對(duì)由以下關(guān)系式定義的傳感器信號(hào)協(xié)方差矩陣Rv的計(jì)算， 然后，采用正交基根據(jù)以下方式將(正定)矩陣Rv對(duì)角化 Rv＝UV DV UVH， 其中，Rv的特征值沿DV的對(duì)角線按降序排列。
然后，矩陣DV和UV分別用于構(gòu)造矩陣DVred和UVred，DVred和UVred通過(guò)只保留DV和UV矩陣的特征值從這些矩陣中提取，并且，相對(duì)于DV最大特征值的動(dòng)態(tài)擺動(dòng)的這些相關(guān)特征矢量小于50dB(所謂的降維操作)。然后通過(guò)以下關(guān)系式從DVred和UVred推導(dǎo)出應(yīng)用于輸入數(shù)據(jù)vi(k)的白化濾波器Fb Fb＝UVred·DVred-1/2 [26] 因此，基于輸入數(shù)據(jù)vi(k)通過(guò)使用以下關(guān)系式獲得白化的輸入數(shù)據(jù)Vbi(k) Vb＝FbH·V [27] 根據(jù)本發(fā)明，這些白化的數(shù)據(jù)構(gòu)成了LS-CMA迭代算法的輸入數(shù)據(jù)。
首先，將白化信號(hào)空間中的權(quán)值矢量WCMAb初始化成wCMAb_init。如果參考信號(hào)功率最強(qiáng)，則使用以下給定值 然后，在算法的每一步迭代中，根據(jù)以下描述的算法計(jì)算WCMAb的新值 -利用在之前迭代所獲得的WCMAb，形成從通道形成中獲得的輸出信號(hào)矢量Y。Y的表達(dá)式是 Y＝WCMAbH·Vb [28] -從Y中推導(dǎo)出與恒模信號(hào)相關(guān)聯(lián)的矢量Ymod_cst。通過(guò)將Y的每個(gè)元素除以它的模來(lái)獲得Ymod_cst矢量的元素。
Ymod_cst＝[Yi/|Yi|]i[29] -基于Ymod_cst通過(guò)執(zhí)行以下操作來(lái)更新權(quán)值矢量WCMAb的元素 WCMAb＝(Ymod_cst·pinv(Vb))H [30] 其中，pinv表示Moore-Penrose逆。
因此，在若干次迭代之后(5到10次)，通過(guò)采用以下關(guān)系式從矢量WCMAb中推導(dǎo)出受歡迎的權(quán)值矢量WCMA的元素值。
WCMA＝Fb·WCMAb [31] 然后，通過(guò)將加權(quán)系數(shù)應(yīng)用到輸入信號(hào)44來(lái)獲得表示參考信號(hào)43的矢量。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5，圖5以示意的方式示出了在根據(jù)本發(fā)明方法的步驟14過(guò)程中所執(zhí)行的操作的操作原理，步驟14即所謂的“計(jì)算參考信號(hào)/凈目標(biāo)通道交叉-模糊”的步驟，對(duì)由觀察到的物體或目標(biāo)散射回的信號(hào)進(jìn)行實(shí)際相干積分。該步驟的目的是對(duì)距離軸和多普勒軸上所接收的信號(hào)進(jìn)行分析，通過(guò)限定大小的距離-多普勒單元(m，n)以及限定的距離-多普勒域。
如果首先考慮相干積分中時(shí)域樣本的數(shù)量M，測(cè)試的距離偏移最大量D，此外，將本方法的步驟15所獲得的參考信號(hào)vref[k](0≤k≤M-1)，以及步驟13所獲得的凈目標(biāo)信號(hào)vtargetcln[k](0≤k≤M-1+D)，目標(biāo)反射的信號(hào)視為是延遲的并且是多普勒化版本，即，由于目標(biāo)、參考信號(hào)的移動(dòng)而遭受頻移，根據(jù)本發(fā)明的方法所進(jìn)行的相干積分，包括計(jì)算所謂的交叉-模糊amb(m，n)量。由以下關(guān)系式給定該量 其中，vtargetcln*[k]對(duì)應(yīng)于vtargetcln[k]的共軛，并且其中，參數(shù)m介于0和D，表示目標(biāo)信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的延遲，并且參數(shù)n介于0和M-1之間，表示目標(biāo)的雙基地多普勒頻率。
可以以直接的方式自然地通過(guò)對(duì)每個(gè)k和m的值計(jì)算乘積vref[k]vtargetcln*[k+m]來(lái)計(jì)算函數(shù)amb(m，n)，并且通過(guò)求時(shí)域信號(hào)的FFT，從而獲得對(duì)于每個(gè)m值的FFT值。然而，由這樣的計(jì)算所產(chǎn)生的計(jì)算量通常是過(guò)多的。這就是為什么要在根據(jù)本發(fā)明的方法中使用一種有利地引起較低計(jì)算量的間接的快速計(jì)算步驟的原因。在說(shuō)明書中隨后描述該步驟的原理。
這里所描述的步驟的原理取決于這樣的事實(shí)，即待處理的目標(biāo)的速度不超過(guò)音速的2到3倍，所測(cè)量的最大多普勒頻率fdmax遠(yuǎn)低于150kHz級(jí)別的采樣頻率的模糊多普勒頻率。
因此，例如，對(duì)于運(yùn)行在一般公眾FM頻帶上的無(wú)源雷達(dá)，即，在接近f＝100MHz的頻率上，fdmax的值是 因此，可以忽略在幾十個(gè)連續(xù)樣本的子塊上所接收的信號(hào)的多普勒相變。
因此，因?yàn)榭梢栽趲资畟€(gè)連續(xù)樣本上忽略所接收的信號(hào)的多普勒相變，所以可以通過(guò)只在L個(gè)樣本子塊上的距離軸上執(zhí)行相關(guān)計(jì)算，并且接著通過(guò)計(jì)算這些距離相關(guān)的FFT來(lái)評(píng)估交叉-模糊。還可以在頻域內(nèi)執(zhí)行距離相關(guān)計(jì)算，其結(jié)果可以大大減少計(jì)算量。這些原理正是所進(jìn)行的處理所基于的基礎(chǔ)。
根據(jù)這種優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)形式，在兩個(gè)步驟內(nèi)執(zhí)行交叉-模糊的計(jì)算。
第一步包括在重新產(chǎn)生的參考信號(hào)和凈目標(biāo)信號(hào)的L個(gè)樣本的子塊51和52上，計(jì)算由以下關(guān)系式進(jìn)行定義的基本距離相關(guān)性cdist(m，s)53 其中 0≤m≤D， 0≤s≤M/L-1，L在這里取能被M整除的整數(shù)值。
為了減少計(jì)算量，在頻域內(nèi)非直接地執(zhí)行對(duì)基本距離相關(guān)性的計(jì)算。以這種方式，如果考慮例如s＝0的情況，基于以下關(guān)系式進(jìn)行基本距離相關(guān)性cdist(m，s)的計(jì)算 其中0≤m≤D，[34] 接下來(lái)描述頻域內(nèi)cdist(m)的計(jì)算。
令L2是大于或等于L+2D的2的最小次冪?；趘ref[k](0≤k≤L-1)由“零填充”來(lái)構(gòu)造信號(hào)vrefpad[k](0≤k≤L2-1)。基于vtargetcln[k](0≤k≤L-1+D)再由“零填充”同樣來(lái)構(gòu)造信號(hào)vtargetclnpad[k](0≤k≤L2-1)。接著通過(guò)分別采用信號(hào)vrefpad和vtargetclnpad的L2個(gè)點(diǎn)上的FFT來(lái)計(jì)算Vfrefpad和Vftargetcln的量。
最后，基于Vfrefpad和Vftargetcln，由以下關(guān)系式計(jì)算對(duì)0≤k≤L2-1定義的信號(hào)p[k] p＝FFT-1(Vfrefpad VFtargetcln*) [35] 通過(guò)這種方式，由以下關(guān)系式獲得cdist(m) cdist[m]＝p(0)pour m＝0， [36] ＝p(L2-m)pour1≤m≤D 第二步54包括(就其本身而言)通過(guò)采用以下關(guān)系式從基本距離相關(guān)性cdist(m，s)中推導(dǎo)進(jìn)而計(jì)算交叉-模糊值amb(m，n) amb(m，-n)＝FFTs(cdistpad(m，s))s＝-n [37] 其中 -0≤m≤D， -0≤n≤ML2-1，ML，2表示大于或等于M/L的2的最小次冪。
在關(guān)系式[37]，F(xiàn)FTs表示針對(duì)變量s的FFT計(jì)算，cdistpad(m，s)表示通過(guò)相對(duì)于大于或等于M/L的2的最小次冪(表示為ML，2)進(jìn)行的“零填充”操作，從cdist(m，s)推導(dǎo)出的量。
一旦完成這兩個(gè)計(jì)算步驟，就可以獲得用于感興趣的距離/多普勒域的每對(duì)(m，n)值的交叉-模糊。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向計(jì)算參考信號(hào)自動(dòng)-模糊的步驟19。一旦完成步驟15所獲得的參考信號(hào)的自動(dòng)-模糊知識(shí)對(duì)于實(shí)現(xiàn)步驟111和112、計(jì)算參考信號(hào)的3dB帶寬以及多普勒/距離提純、相關(guān)處理來(lái)說(shuō)是必要的。
通過(guò)對(duì)參考信號(hào)/凈目標(biāo)通道交叉-模糊進(jìn)行類比(cf.關(guān)系式[1])，參考信號(hào)自動(dòng)-模糊由以下關(guān)系式進(jìn)行定義 其中 -M表示相干積分的時(shí)域樣本的數(shù)量， -D表示用于檢測(cè)目標(biāo)的所測(cè)試的距離偏移量最大量， -vref[k]是對(duì)于0≤k≤M-1的測(cè)量參考信號(hào)， -vcref[k]是增加D和以下距離頻點(diǎn)(bin)-D≤k≤M-1+D的測(cè)量參考信號(hào)。
介于-D和D之間的參數(shù)m表示正的或負(fù)的延遲，介于0和M-1之間的參數(shù)n表示雙基地多普勒頻率。
因?yàn)樵诮徊?模糊的情況下，直接計(jì)算autoamb(m，n)通常會(huì)導(dǎo)致顯著的或?qū)嶋H上大得驚人的計(jì)算量。這就是為什么在根據(jù)本發(fā)明的方法中，通過(guò)類似于用于計(jì)算交叉-模糊的替代步驟來(lái)進(jìn)行這種計(jì)算。以下描述該步驟，該步驟在第一步包括，在頻域內(nèi)計(jì)算L個(gè)樣本子塊上的“純粹距離”自動(dòng)相關(guān)性，然后，在第二步，包括求它們的FFT。
第一步包括在L個(gè)樣本的子塊上計(jì)算由以下關(guān)系式所定義的基本距離自動(dòng)相關(guān)性acdist(m，s) 其中，m表示滿足-D≤m≤D的整數(shù)，s表示滿足0≤s≤M/L-1的整數(shù)，L就其本身而言表示能被M整除的整數(shù)。
第二步包括基于基本距離自動(dòng)相關(guān)性acdist(m，s)計(jì)算由以下定義的自動(dòng)-模糊autoamb(m，n)的值 auto-amb(m，-n)＝FFTs(acdistpad(m，s))s＝-n 其中，acdistpad(m，s)表示通過(guò)相對(duì)于大于或等于M/L的2的最小次冪(表示為ML，2)進(jìn)行的“零填充”從acdist(m，s)推導(dǎo)出的信號(hào)，F(xiàn)FTs表示相對(duì)于變量s的FFT計(jì)算。
在這里，參數(shù)m介于-D和D之間，參數(shù)n介于0和ML，2-1之間。
為了減少計(jì)算量，像計(jì)算在步驟14過(guò)程中進(jìn)行中間的基本相關(guān)性cdist(m，s)那樣，在頻域內(nèi)并且以非直接的方式執(zhí)行基本距離自動(dòng)相關(guān)性acdist(m，s)的計(jì)算。為了簡(jiǎn)化符號(hào)，以下描述了對(duì)于s值為0的頻域內(nèi)基本距離自動(dòng)相關(guān)性acdist(m，s)的計(jì)算。然后有 其中-D≤m≤D。
令L2是大于或等于L+4D的2的最小次冪?；趘ref[k](0≤k≤L-1)由“零填充”來(lái)構(gòu)造信號(hào)vrefpad[k](0≤k≤L2-1)。
同樣，基于vcref[k](-D≤k≤L-1+D)通過(guò)偏移D個(gè)樣本并由“零填充”來(lái)構(gòu)造信號(hào)vcrefpad[k](0≤k≤L2-1)。接下來(lái)通過(guò)分別采用信號(hào)vrefpad和vcrefpad的L2個(gè)點(diǎn)上的FFT來(lái)計(jì)算Vfrefpad和Vfcrefpad的量。
基于Vfrefpad和Vftargetcln，由以下關(guān)系式計(jì)算對(duì)0≤k≤L2-1進(jìn)行定義的信號(hào)p[k] p＝FFT-1(Vfrefpad Vfcrefpad*)[41] 通過(guò)這種方式，通過(guò)以下關(guān)系式獲得acdist(m) acdist[m]＝p(0)對(duì)于m＝-D，[42] ＝p(L2-(m+D))對(duì)于-D+1≤m≤D 因此，可以在計(jì)算參考信號(hào)的3dB帶寬步驟(111)和多普勒/距離提純的步驟(112)過(guò)程中使用為每個(gè)距離-多普勒頻點(diǎn)所確定的參考信號(hào)自動(dòng)-模糊autoamb(m，n)。
接著轉(zhuǎn)向非相干處理12，尤其是以下步驟 -參考信號(hào)的3dB帶寬的計(jì)算(步驟111)， -多普勒-距離提取(步驟18)， -多普勒-距離提純(步驟112)。
作為非相干處理的特有步驟，首先轉(zhuǎn)向圖6和7，它們示出了距離-多普勒提取的步驟18的操作原理。
距離-多普勒提取的步驟應(yīng)用于“回波存在”或EP以及應(yīng)用于如下所獲得的信息，這些信息是基于由相干處理所計(jì)算的交叉-模糊信號(hào)樣本，以及基于與每個(gè)樣本相關(guān)聯(lián)的環(huán)境評(píng)估，通過(guò)采用TFAC類型的歸一化和檢測(cè)操作以已知的方式獲得的，TFAC類型的歸一化和檢測(cè)操作在別處對(duì)于這些樣本來(lái)說(shuō)是已知的而在這里卻沒(méi)有進(jìn)行描述。在這一操作過(guò)程中，對(duì)應(yīng)于每個(gè)樣本的信號(hào)電平或距離-多普勒頻點(diǎn)由與之相關(guān)聯(lián)的環(huán)境電平進(jìn)行歸一化，然后與固定的閾值進(jìn)行比較。因此，可以檢測(cè)到其歸一化電平超出閾值的每一個(gè)距離-多普勒頻點(diǎn)，并且將其標(biāo)志為表示回波存在或EP。
然而，如圖6所示出的距離軸，眾所周知，其模糊函數(shù)集中在給定頻點(diǎn)上的目標(biāo)可以引起若干EP檢測(cè)、實(shí)際上目標(biāo)所在的距離-多普勒頻點(diǎn)內(nèi)的檢測(cè)61，以及與目標(biāo)所在的距離-多普勒頻點(diǎn)相鄰的距離-多普勒頻點(diǎn)內(nèi)的其它檢測(cè)62。這是由于這樣的事實(shí)，交叉-模糊函數(shù)的主瓣具有特定寬度、取決于參考信號(hào)的3dB頻帶，并且顯示出具有有限陡度的側(cè)邊。
為了處理這種基于單一目標(biāo)建立多個(gè)EP的現(xiàn)象，在檢測(cè)EP以后，基于可能產(chǎn)生于同一個(gè)目標(biāo)的相鄰EP，在建立唯一檢測(cè)的目標(biāo)上實(shí)現(xiàn)稱為反射脈沖的多普勒/距離提取操作是眾所周知的。然而在FM無(wú)源雷達(dá)的特定環(huán)境中，這種操作表現(xiàn)出了一定數(shù)量的具體特性。
根據(jù)本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的提取步驟包括通過(guò)不介入所有獲得的EP，每個(gè)目標(biāo)只保留單一的EP(只有EP對(duì)應(yīng)于距離和多普勒軸上交叉-模糊的局部最大值)?，F(xiàn)在，采樣頻率與FM信號(hào)的3dB頻帶的比值，在自動(dòng)-模糊的主瓣的多個(gè)頻點(diǎn)內(nèi)尤其固定距離范圍，隨著時(shí)間波動(dòng)，以便使考慮到的用于局部最大值測(cè)試的距離頻點(diǎn)數(shù)量必須動(dòng)態(tài)適應(yīng)于該參數(shù)的值。
這就是為什么這里的距離-多普勒提取包括基于距離-多普勒頻點(diǎn)(ndop，ndist)內(nèi)的檢測(cè)來(lái)建立反射脈沖的原因，如果它的交叉-模糊的對(duì)數(shù)模logmod(ndop，ndist)滿足以下關(guān)系式 logmod(ndop，ndist)＞logmod(ndop+i，ndist+j)[43] 對(duì)于每個(gè)距離-多普勒頻點(diǎn)(ndop+i，ndist+j)，其屬于鄰域E(如圖7所示)，鄰域E由包圍頻點(diǎn)75的一組距離-多普勒頻點(diǎn)71到74形成，按下面對(duì)E進(jìn)行考慮并定義
其中，nssechdist表示距離比值

最近的整數(shù)(EPP)，B3dB表示對(duì)突然所接收到的FM信號(hào)的3dB頻帶的評(píng)估。
如前面所注意到的，為了進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的提取步驟18，必須知道在3dB處信號(hào)頻帶的值B3dB。根據(jù)本發(fā)明的方法通過(guò)在重新產(chǎn)生的參考信號(hào)上實(shí)現(xiàn)計(jì)算步驟111來(lái)確定這一頻帶B3dB。
根據(jù)本發(fā)明，參考信號(hào)的3dB頻帶通過(guò)采用以下所描述的步驟從重新產(chǎn)生的參考信號(hào)的自動(dòng)-模糊函數(shù)推導(dǎo)而來(lái)。
沿著自動(dòng)-模糊函數(shù)的距離軸部分可以在線性尺度內(nèi)并且圍繞零距離進(jìn)行高斯近似。因此，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，可以視截距(distance cut)為拋物線 Auto-amb-dist-log(d)＝ad2+bd+c [45] 其中 -Auto-amb-dist-log(d)是自動(dòng)-模糊函數(shù)距離部分的對(duì)數(shù)模，d表示距離變量， -a、b和c表示對(duì)數(shù)坐標(biāo)上對(duì)截距建模的拋物線的系數(shù)。
自動(dòng)-模糊函數(shù)的距離部分是在零距離處的最大值，系數(shù)b是零。
在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上自動(dòng)-模糊函數(shù)的距離部分的主瓣寬度不取決于系數(shù)c(c固定在零距離處自動(dòng)-模糊函數(shù)的值)，而只取決于系數(shù)a。
可以基于通過(guò)以下所描述的步驟或任何其它拋物線近似算法在步驟19中所計(jì)算的參考信號(hào)自動(dòng)-模糊函數(shù)來(lái)估計(jì)系數(shù)a的值。
令auto_amb_log(m，n)＝20*log10|auto_amb(m，n)|是在步驟19中所計(jì)算的自動(dòng)-模糊函數(shù)的對(duì)數(shù)模。
假設(shè)在線性尺度上的參考信號(hào)的自動(dòng)相關(guān)性是高斯型的，則參考信號(hào)的DSP也是高斯型的。它的3dB頻帶可以由以下從a中推導(dǎo)出 其中，fsmp表示采樣頻率。
因此，在完成步驟111時(shí)獲得的3dB頻帶的值B3dB，在步驟18中將其用于nssechdist的計(jì)算。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖8，圖8根據(jù)本發(fā)明示出了多普勒-距離提純的步驟112的操作原理。
這一步的目的是消除對(duì)應(yīng)于高電平目標(biāo)距離/多普勒旁瓣的偽反射脈沖。
實(shí)際上，像FM這樣的參考信號(hào)表現(xiàn)出高電平的距離方式(wise)和多普勒方式、旁瓣，并且離主瓣相對(duì)較遠(yuǎn)。這些旁瓣可以在歸一化和檢測(cè)搜索步驟17過(guò)程中構(gòu)造回波存在，這些回波存在在距離-多普勒提取的步驟18中并沒(méi)有被消除，提取步驟18通過(guò)每個(gè)EP的附近環(huán)境來(lái)分析每個(gè)EP。
為了進(jìn)行這一多普勒-距離提純的步驟的操作，根據(jù)本發(fā)明的方法使用重新產(chǎn)生信號(hào)的距離-多普勒自動(dòng)-模糊信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明，提取的反射脈沖以電平降低的順序進(jìn)行排列。接著，該處理包括翻譯參考信號(hào)距離方式和距離-多普勒方式的自動(dòng)-模糊函數(shù)，以這樣的方式，它的起點(diǎn)81與所考慮的反射脈沖的距離-多普勒頻點(diǎn)相吻合。然后，基于所處理的反射脈沖電平來(lái)調(diào)整自動(dòng)-模糊函數(shù)電平，以便超出這一電平某一值，稱之為超臨界閾值。因此，所實(shí)現(xiàn)的這一函數(shù)構(gòu)成了所使用的提純模板83。
因此，認(rèn)為所有的反射脈沖84(除了其幅值低于提純模板的當(dāng)前脈沖反射82以及位于其附近的反射脈沖之外)是從多普勒或距離旁瓣中產(chǎn)生的，并且被刪除。這些反射脈沖，例如其幅值高于提純模板的反射脈沖85，被部分保留。
應(yīng)該注意到，圖8所示出的構(gòu)成了簡(jiǎn)化的二維表示，在這種表示中，所有被處理的反射脈沖位于同樣的距離頻點(diǎn)內(nèi)。然而，為了清楚起見(jiàn)，這種簡(jiǎn)化的表示可以清楚地示出提純步驟的操作原理。
一旦完成這一提純步驟，將剩下的反射脈沖用于后續(xù)的處理步驟。
權(quán)利要求
1、一種處理通過(guò)包括多個(gè)接收通道(V1，...，VN)的FM無(wú)源雷達(dá)所接收的信號(hào)的方法，所述方法包括對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行重新調(diào)節(jié)的相干處理階段(11)，隨后的基于所重新調(diào)節(jié)的信號(hào)進(jìn)行反射脈沖的構(gòu)造的非相干處理階段(12)，以及隨后的對(duì)與所構(gòu)造的反射脈沖相關(guān)聯(lián)的屬性的確定，其特征在于，所述相干處理包括
-形成凈接收通道的步驟(13)，
-重新產(chǎn)生參考信號(hào)的步驟(15)，
-計(jì)算凈目標(biāo)通道和重新產(chǎn)生的參考信號(hào)之間的交叉-模糊的步驟(14)，
-計(jì)算所述重新產(chǎn)生的參考信號(hào)的自動(dòng)-模糊的步驟(19)。
2、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述非相干處理還包括 -在確定與這些反射脈沖相關(guān)聯(lián)的屬性之前，應(yīng)用于所構(gòu)造的反射脈沖的距離-多普勒提取的步驟(18)，
-在距離-多普勒提取之后，應(yīng)用于所構(gòu)造的反射脈沖并通過(guò)利用從計(jì)算所述重新產(chǎn)生的參考信號(hào)的自動(dòng)-模糊的步驟(19)中產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行的多普勒-距離提純的步驟(112)。
基于在所述多普勒-距離提純的步驟(112)之后所獲得的反射脈沖，進(jìn)行所述反射脈沖的所述屬性的確定。
3、如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，距離-多普勒提取的步驟(18)采用所述重新產(chǎn)生的參考信號(hào)的-3dB頻帶的計(jì)算。
4、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，基于從計(jì)算所述重新產(chǎn)生的參考信號(hào)的所述自動(dòng)-模糊的步驟(19)產(chǎn)生的所述信號(hào)來(lái)評(píng)估所述重新產(chǎn)生的參考信號(hào)的所述-3dB頻帶。
5、如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述非相干處理還包括
-距離地圖量算法測(cè)量的步驟(113)，
-方位地圖量算法測(cè)量的步驟(114)，
這兩個(gè)步驟應(yīng)用于在完成所述多普勒-距離提純的步驟(112)時(shí)所構(gòu)造的反射脈沖。
6、如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括方位提純的步驟(115)和限制所述反射脈沖發(fā)送數(shù)量的步驟(116)。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)源雷達(dá)領(lǐng)域，尤其涉及這種雷達(dá)所使用的信號(hào)處理領(lǐng)域。根據(jù)本發(fā)明，所接收的信號(hào)處理方法執(zhí)行相干處理操作，使得可以明顯地從偽信號(hào)中清除出有用的信號(hào)(特別是參考信號(hào)及其多個(gè)反射)，以重新產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)，并通過(guò)計(jì)算所接收的信號(hào)和重新產(chǎn)生的信號(hào)之間的交叉-模糊來(lái)執(zhí)行所接收的信號(hào)的相干積分。還執(zhí)行非相干處理操作，使得尤其可以進(jìn)行提取和多普勒-距離提純操作，使得可以形成反射脈沖，并且消除存在于所形成的反射脈沖中的偽反射脈沖。本發(fā)明尤其應(yīng)用于操作在非協(xié)同機(jī)會(huì)發(fā)送上的無(wú)源雷達(dá)，例如用于公眾的FM發(fā)射。
文檔編號(hào)G01S13/00GK101611329SQ200780051247
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者E·德格拉蒙, G·德索特, S·阿拉姆 申請(qǐng)人:塔萊斯公司