基于動目標(biāo)檢測的雷達(dá)回波濾波方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說一種對雷達(dá)回波進(jìn)行濾波的方法，可用于雷 達(dá)目標(biāo)檢測。
【背景技術(shù)】
[0002] 自適應(yīng)雜波抑制是雷達(dá)信號處理中的重要內(nèi)容。在自適應(yīng)雜波抑制方法中，動目 標(biāo)檢測MTD是一種常用的技術(shù)。MTD是通過用多個帶通濾波器組成的濾波器組對雷達(dá)回波 進(jìn)行濾波處理，再對濾波器組輸出進(jìn)行檢測來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的。MTD實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種，一種 是利用動目標(biāo)顯示MTI濾波器級聯(lián)快速傅里葉變換FFT濾波器組實(shí)現(xiàn)，這種方式實(shí)現(xiàn)的MTD 濾波器零陷淺，凹口較寬，影響對低速目標(biāo)的檢測，濾波器組中各濾波器副瓣較高，而且FFT 的階數(shù)一定要是2的整數(shù)冪，這使得MTI加FFT實(shí)現(xiàn)方法的應(yīng)用受到了一定的限制；第二種 是利用有限脈沖響應(yīng)FIR濾波器組實(shí)現(xiàn)MTD，這種方法的幅頻響應(yīng)在零頻附近有較深的零 陷，用于抑制地雜波，這樣的FIR濾波器就是通常所說的常規(guī)自適應(yīng)MTD濾波器。FIR濾波 器克服了MTI加FFT實(shí)現(xiàn)的MTD濾波器的缺陷，但這種實(shí)現(xiàn)方式所需運(yùn)算量非常大。在機(jī) 械掃描體制雷達(dá)中，使用MTD濾波器對回波進(jìn)行處理時，要先對回波進(jìn)行分組。由于某些目 標(biāo)信息存在于不同組的回波之間，因此在對回波分組處理時，不同組的回波無法相干疊加， 會產(chǎn)生截斷損失，造成輸出結(jié)果信噪比降低，影響對目標(biāo)的檢測。為了減少性能損失，在用 MTD濾波器對雷達(dá)回波濾波時需用滑窗處理，這樣雖可有效減少截斷損失，但代價是運(yùn)算量 會急劇增大，導(dǎo)致濾波速度下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于動目標(biāo)檢測的雷達(dá)回 波濾波方法，以在保證濾波效果的前提下減小濾波過程中的運(yùn)算量，提高濾波速度。
[0004] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案包括如下步驟：
[0005] (1)設(shè)置濾波器組，并計算得到濾波器組的權(quán)矢量w= [Wl，w2，…，wk，…，％]，其中， Wk為第k個濾波器的權(quán)矢量，k= 1，2,…，M，M為濾波器個數(shù)；
[0006] (2)將雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X=[XpX^…Xi,"'xjT與第k個濾波器權(quán)矢量wk= [wkl，wk2，…，wki，…，wM]T的對應(yīng)項相乘求和，保存相乘求和結(jié)果以及中間值，其中， 中第i個數(shù)據(jù)，wk$wk中第i個系數(shù)，i= 1，2,…，N，N為要處理的相干脈沖數(shù)，[? ] T表 示轉(zhuǎn)置；
[0007] (3)將步驟（2)中已保存的相乘求和結(jié)果相加求和，得到雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X通過第k 個濾波器的輸出，輸出濾波結(jié)果；
[0008] (4)改變步驟⑵中已保存的中間值中部分值的正負(fù)號，將每組中間值相加求和， 保存運(yùn)算結(jié)果，若濾波器個數(shù)M為奇數(shù)，且第k個濾波器為濾波器組中間的濾波器，則忽略 本步驟；
[0009] (5)將步驟（4)中已保存的運(yùn)算結(jié)果相加求和，得到雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X通過第M+1-k 個濾波器的輸出，輸出濾波結(jié)果；
[0010] (6)濾波器組中的其余濾波器依次對雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X進(jìn)行濾波處理：
[0011] 若濾波器個數(shù)M為偶數(shù)，則按照步驟（2)到步驟（5)的順序?qū)走_(dá)回波數(shù)據(jù)X進(jìn) 行濾波，輸出濾波結(jié)果；
[0012] 若濾波器個數(shù)M為奇數(shù)，則先按照步驟（2)和步驟（3)單獨(dú)計算濾波器組中間濾 波器，即第^^個濾波器對雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X的濾波輸出，除中間濾波器以外的其余濾波器 再按照步驟（2)到步驟（5)的順序?qū)走_(dá)回波數(shù)據(jù)X進(jìn)行濾波，輸出濾波結(jié)果。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 在本發(fā)明中，由于濾波器組中每個濾波器對雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的濾波輸出不需要依次 計算，只需計算出前一半濾波器對雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的濾波輸出，后一半濾波器的輸出則可以 通過前一半濾波器的輸出轉(zhuǎn)換得到，因而充分利用了MTD濾波器組權(quán)矢量的共軛對稱特征 和共軛反對稱特征，有效減少了使用MTD濾波器組對雷達(dá)回波進(jìn)行濾波處理過程中乘法和 加法的使用次數(shù)，從而達(dá)到了減少運(yùn)算量的目的，提高了濾波速度。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明中用同一濾波器在導(dǎo)頻矢量表現(xiàn)形式不同時的幅頻響應(yīng)對比圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明中具有共軛對稱關(guān)系的兩濾波器權(quán)矢量的幅頻響應(yīng)對比圖。
[0018] 圖4是使用現(xiàn)有方法與本發(fā)明方法進(jìn)行濾波處理的運(yùn)算量對比圖。
[0019] 圖5是使用現(xiàn)有方法與本發(fā)明方法進(jìn)行濾波處理的輸出結(jié)果對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0021] 參照圖1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下
[0022] 步驟1 :設(shè)置濾波器組，并計算得到濾波器組的權(quán)矢量w。
[0023] (la)對第k個濾波器的導(dǎo)頻矢量a(fk)進(jìn)行變形：
[0024] 當(dāng)要處理的相干脈沖數(shù)N為奇數(shù)時，將導(dǎo)頻矢量a(fk)變形為：
[0025]
【主權(quán)項】
1. 基于動目標(biāo)檢測的雷達(dá)回波濾波方法，包括如下步驟： ⑴設(shè)置濾波器組，并計算得到濾波器組的權(quán)矢量W= [Wl，w2，…，wk，…，％]，其中，wk 為第k個濾波器的權(quán)矢量，k= 1，2,…，M，M為濾波器個數(shù)； (2) 將雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X=[Xux2，…Xi，…，xN]T與第k個濾波器權(quán)矢量wk= [wkl,wk2，… ，wki，…，wkN]T的對應(yīng)項相乘求和，保存相乘求和結(jié)果以及中間值，其中，中第i個數(shù) 據(jù)，wk$wk中第i個系數(shù)，i= 1，2,…，N，N為要處理的相干脈沖數(shù)，[? ]T表示轉(zhuǎn)置； (3) 將步驟⑵中已保存的相乘求和結(jié)果相加求和，得到雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X通過第k個濾 波器的輸出，輸出濾波結(jié)果； (4) 改變步驟（2)中已保存的中間值中部分值的正負(fù)號，將每組中間值相加求和，保存 運(yùn)算結(jié)果； (5) 將步驟（4)中已保存的運(yùn)算結(jié)果相加求和，得到雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X通過第M+1-k個濾 波器的輸出，輸出濾波結(jié)果； (6) 濾波器組中的其余濾波器依次對雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X進(jìn)行濾波處理： 若濾波器個數(shù)M為偶數(shù)，則按照步驟（2)到步驟（5)的順序?qū)走_(dá)回波數(shù)據(jù)X進(jìn)行濾 波，輸出濾波結(jié)果； 若濾波器個數(shù)M為奇數(shù)，則先按照步驟（2)和步驟（3)單獨(dú)計算濾波器組中間濾波器，M+1 即第^一個濾波器對雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X的濾波輸出，除中間濾波器以外的其余濾波器再按 照步驟（2)到步驟（5)的順序?qū)走_(dá)回波數(shù)據(jù)X進(jìn)行濾波，輸出濾波結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動目標(biāo)檢測的雷達(dá)回波濾波方法，其中所述步驟（1)中 計算濾波器組的權(quán)矢量《，按如下步驟進(jìn)行： (la) 對第k個濾波器的導(dǎo)頻矢量a(fk)進(jìn)行變形： 當(dāng)要處理的相干脈沖數(shù)N為奇數(shù)時，導(dǎo)頻矢量a(fk)變形為：
當(dāng)要處理的相干脈沖數(shù)N為偶數(shù)時，導(dǎo)頻矢量a(fk)變形為：
其中，fk為第k個濾波器的通帶中心頻率，k= 1，2,…，M，M為濾波器個數(shù)，T,為脈沖 重復(fù)周期，[?]"表示矩陣轉(zhuǎn)置； (lb) 依據(jù)公式wk=f、(:^)計算得到第k個濾波器權(quán)矢量wk，其中，R=艮+〇 21為雜 波加噪聲協(xié)方差矩陣，r。為雜波協(xié)方差矩陣，〇2為白噪聲功率，I為單位矩陣，[?r1表示 矩陣求逆，雜波譜的中心頻率為零； (lc) 按照步驟（la)和步驟（lb)計算求得濾波器組中其余濾波器的權(quán)矢量，最終得到 濾波器組權(quán)矢量W= [w"w2,…，wk，…，wM] 〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動目標(biāo)檢測的雷達(dá)回波濾波方法，其中所述步驟（2)中， 將雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X與第k個濾波器權(quán)矢量wk的對應(yīng)項相乘，按如下兩種情況進(jìn)行： (2a)當(dāng)N為偶數(shù)時，將權(quán)矢量wk中任意一對系數(shù)wki和wg+K與對應(yīng)的雷達(dá)回波數(shù)據(jù) X中的數(shù)據(jù)點(diǎn)xjpxN+1_i相乘并求和，得到一個復(fù)數(shù)值R: R- (Pi+PN+H)aki_ (Qi_%+l-i)bki+ ( (Pi-PN+H)bki+ (Qi+QN+H)aki)j， 將復(fù)數(shù)值1?的實(shí)部匕+口1^1->151、-(9廠9 1^)1^和虛部^，+1_1)1^、（9#1^1_> 1^作為 一組中間值保存，其中： wki =aki+bkij，ak$wki 的實(shí)部，bwki 的虛部，wk(N+l-i) -ak(N+：L-i)+bk(N+1-〇j，ak(N+1-i)% Wk(N+l-i)的頭部，bk(N+l-i) ^Wk(N+l-i) 的虛部，x i= p i+qd，x滿實(shí)部，q$x滿虛部，xN+1_i=PN+i-i+qN+i-ij，PN+i-i為xn+h的實(shí)部，qN+H為xn+h的虛部，為虛數(shù)單位； 將雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X中其余數(shù)據(jù)點(diǎn)和wk中其余系數(shù)分別對應(yīng)相乘并求和，總共得到f個 相乘求和結(jié)果及f組中間值，每組4個實(shí)數(shù)值，保存所有相乘求和結(jié)果以及中間值； (2b)當(dāng)N為奇數(shù)時，將權(quán)矢量wk中的第f個系數(shù)，與對應(yīng)的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)點(diǎn)xqi相乘，得到一個復(fù)數(shù)值G:
將復(fù)數(shù)值G的實(shí)部巧±1大^±1、-％±1氣^±1和虛部〃土!氣W、仏±1丨^±1作為一組中 22222222 間值保存，其中，'^ ' '^±1為'^±1的實(shí)部，為'的虛部， 2222222
#的實(shí)部，為'^的虛部； 將雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X中其余數(shù)據(jù)點(diǎn)和wk中其余系數(shù)按照（2a)分別對應(yīng)相乘并求和，總N + \ N + 1 共得到^個相乘求和結(jié)果和j組中間值，每組4個實(shí)數(shù)值，保存所有相乘求和結(jié)果以 及中間值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動目標(biāo)檢測的雷達(dá)回波濾波方法，其中所述步驟（4)中， 改變步驟（2)中已保存的中間值中部分值的正負(fù)號，將每組中間值相加求和，按如下兩種 情況進(jìn)行： (4a)當(dāng)N為偶數(shù)時，對于步驟⑵中任意一組已保存的中間值aki、_(Qi_%+l-i)bki、（Pi_pN+l-i)bki和（Qi+%+1-i)aki，改變其中的（Pi+PN+1-i)aki和（Qi+%+1-i)aki 的正負(fù)號，再相加求和，得到一個復(fù)數(shù)值u: U- _ (Pi+PN+x-i)aki~ bki+ ((Pi-p^^)bki~ (qi+q^^i)aki)j； 對其余已保存的中間值做相同計算，保存運(yùn)算結(jié)果，總共得到f個復(fù)數(shù)值； (4b)當(dāng)N為奇數(shù)時，對于權(quán)矢量wk的第^^個系數(shù)，^與對應(yīng)的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)點(diǎn) 22 相乘結(jié)果的中間值改變其中的 22222222222 和的正負(fù)號，再相加求和，得到一個復(fù)數(shù)值Z:
對于步驟⑵中任意一組已保存的中間值（Pi+PN+dakidqi-qN+JbkidPi-pN+dbkdPl(qi+qN+H)aki，改變其中的_ (q^qN+H)bkdP(p「Pn+h)bki的正負(fù)號，再相加求和，得到一個復(fù) 數(shù)值V: V - (Pi+PN+l-i) aki+ (Qi_%+l-i) bki+ (_ (Pi_PN+l-i) bki+ (Qi+QN+l-i) aki) J； 對其余已保存的中間值做相同計算，得到f個復(fù)數(shù)值； N-l N + 1 將復(fù)數(shù)值Z與上述的y個復(fù)數(shù)值統(tǒng)一保存，總共得到y(tǒng)個復(fù)數(shù)值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于動目標(biāo)檢測的雷達(dá)回波濾波方法，主要解決現(xiàn)有濾波器組處理雷達(dá)回波運(yùn)算量過大的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟為：1)設(shè)置濾波器組，計算濾波器組權(quán)矢量；2)將雷達(dá)回波與某濾波器權(quán)矢量對應(yīng)項相乘求和，保存相乘求和結(jié)果及中間值；3)將已保存的相乘求和結(jié)果相加求和，得到該濾波器的輸出；4)改變已保存的中間值中部分值的正負(fù)號，將每組中間值相加求和，保存運(yùn)算結(jié)果；5)將已保存的運(yùn)算結(jié)果相加求和，得到與步驟3)中濾波器對應(yīng)濾波器的輸出；6)其余濾波器依次對雷達(dá)回波進(jìn)行處理，輸出濾波結(jié)果。本發(fā)明減少了對雷達(dá)回波濾波過程中乘法和加法的使用次數(shù)，降低了運(yùn)算量，提高了濾波速度，可用于雷達(dá)目標(biāo)檢測。
【IPC分類】G01S7-41
【公開號】CN104698446
【申請?zhí)枴緾N201510100989
【發(fā)明人】趙永波, 程琛, 何學(xué)輝, 劉宏偉, 程增飛, 蘇濤, 水鵬朗
【申請人】西安電子科技大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月6日