一种利用单通道进行前向散射区目标探测方法及装置

摘要

本发明涉及雷达信号处理领域，本发明公开了一种利用单通道进行前向散射区目标探测方法及装置。所述方法包含以下步骤：步骤一、对雷达接收的数字广播信号进行硬判决处理，获取同震荡的“参考信号”；步骤二、将接收的数字广播信号与硬判决后的“参考信号”对应相乘，即信号混频处理，分离出直达波信号与目标前向散射场信号(阴影场信号)；步骤三：将混频后的信号在频域中进行频率截取，提取出目标阴影场信号，然后再进行后续的目标信息分析。本发明仅利用单个通道进行前向散射区的目标探测，使得外辐射源雷达接收系统不需额外的参考通道，同时直达波干扰抑制在信号频域中进行，降低了计算量，提高了目标探测性能，实测结果验证了该方法的可行性。

说明书

技术领域

本发明涉及雷达信号处理领域，尤其涉及一种利用单通道进行前向散射区目标探测方法及装置。

背景技术

前向散射区是指双基地夹角在135～180°之间的区域，该区域的目标雷达横截面积(RCS)迅速增强，且不依赖于目标的材料和形状仅由目标的轮廓决定。前向散射雷达利用目标RCS在前向散射区所体现的特性，对低速和小RCS目标(含隐身目标)探测有重要的意义，通常利用目标穿越基线时的前向散射信号来进行动目标的检测、跟踪、成像和识别。

近十年来，随着数字广播电视迅速发展，利用数字广播信号源进行非前向散射区的低空目标探测取得了大量的研究成果，然而对于前向散射区的目标探测研究较少。常规的数字广播外辐射源雷达系统至少要设置2个通道：监测通道和参考通道，分别用来接收目标回波信号和参考信号，为了避免强直达波多径的干扰，往往将监测区域指向非前向散射区，前向散射区为其探测盲区。

城市环境中的低空目标监测是雷达探测领域中的一个难点，特别是近年来，国内低空开放政策的出台，对低空监管技术的研发，也日益受到重视。由于数字广播信号发射功率稳定以及低空覆盖等优点，使其成为有效探测手段之一。利用数字广播源进行前向散射区目标时，监测通道直接指向发射台，即接收了目标前向散射信号也接收了直达波信号，不可避免带来一些新问题，如参考信号获取、直达波多径干扰抑制，以及运算量大等问题。

发明内容

针对常规的数字广播外辐射源雷达的探测盲区并结合前向散射雷达探测优势，本发明提出了一种利用单通道数字广播源进行前向散射区目标探测方法及装置，该方法无需额外的参考通道，仅利用单个通道对前向散射区目标进行探测，同时直达波干扰抑制在信号频域中进行，降低了计算量，提高了目标探测性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用单通道进行前向散射区目标探测方法，具体包含以下步骤：

步骤一：对雷达接收的数字广播信号进行硬判决处理，获取同震荡的“参考信号”；

步骤二：将接收的数字广播信号与硬判决后的“参考信号”对应相乘进行信号混频处理，分离出直达波信号与目标阴影场信号；

步骤三：将混频后的信号在频域中进行频率截取，提取出目标阴影场信号，然后根据目标阴影场信号进行目标信息分析。

其中，所述步骤一：对雷达接收的数字广播信号进行硬判决处理，获取同震荡的“参考信号”，具体为：

将雷达正交采样后的数字广播信号进行硬判决处理，即把采样后的数字广播信号分别在实部、虚部进行符号滤波处理，将小于零的数置为-1，大于零的数置为1，以获取同震荡的“参考信号”。

其中，所述步骤三：将混频后的信号在频域中进行频率截取，提取出目标阴影场信号，然后根据目标阴影场信号进行目标信息分析，具体为：

步骤301、将混频后信号通过离散傅里叶变换，把时域信号变换到频域；

步骤302、在信号频域中将零频分量置零；

步骤303、截取信号频域中的低频连续分量，并通过逆傅里叶变换，把截取后的频域信号变换成时域信号，提取出目标阴影场信号，然后根据目标阴影场信号进行目标信息分析。

其中，所述步骤303中，在信号频域中连续截取低频部分信号，截取的频率范围为-fs₁到fs₁-1，其中fs₁满足，f_d≤fs₁＜1kHz，f_d为目标多谱勒频移且满足f_d＝T_Int(2vcos(β/2)cos(σ)/λ)，式中v为目标速度，β为发射站与接收站双基地夹角，σ为目标飞行方向与双基地夹角角平分线的夹角，λ为信号源波长，T_Int为处理积累时间，由于双基地夹角β接近180°，一般情况下f_d＜100Hz。

一种利用单通道进行前向散射区目标探测装置，具体包含：

硬判决处理单元，用于对雷达接收的数字广播信号进行硬判决处理，获取同震荡的“参考信号”；

混频处理单元，用于将接收的数字广播信号与硬判决后的“参考信号”对应相乘进行信号混频处理，分离出直达波信号与目标阴影场信号；

频率截取及目标信息分析单元，用于将混频后的信号在频域中进行频率截取，提取出目标阴影场信号，然后根据目标阴影场信号进行目标信息分析。

其中，所述硬判决处理单元，具体用于将雷达正交采样后的数字广播信号进行硬判决处理，即把采样后的数字广播信号分别在实部、虚部进行符号滤波处理，将小于零的数置为-1，大于零的数置为1，以获取同震荡的“参考信号”。

其中，所述频率截取及目标信息分析单元，具体用于

步骤301、将混频后信号通过离散傅里叶变换，把时域信号变换到频域；

步骤302、在信号频域中将零频分量置零；

步骤303、截取信号频域中的低频连续分量，并通过逆傅里叶变换，把截取后的频域信号变换成时域信号，提取出目标阴影场信号，然后根据目标阴影场信号进行目标信息分析。

其中，所述步骤303中，在信号频域中连续截取低频部分信号，截取的频率范围为-fs₁到fs₁-1，其中fs₁满足，f_d≤fs₁＜1kHz，f_d为目标多谱勒频移且满足f_d＝T_Int(2vcos(β/2)cos(σ)/λ)，式中v为目标速度，β为发射站与接收站双基地夹角，σ为目标飞行方向与双基地夹角角平分线的夹角，λ为信号源波长，T_Int为处理积累时间，由于双基地夹角β接近180°，一般情况下f_d＜100Hz。

有益效果：

本发明所述的一种利用单通道进行前向散射区目标探测方法，具体包含以下步骤：步骤一、对雷达接收的数字广播信号进行硬判决处理，获取同震荡的“参考信号”；步骤二、将接收的数字广播信号与硬判决后的“参考信号”对应相乘，即信号混频处理，分离出直达波信号与目标前向散射场信号(目标阴影场信号)；步骤三：将混频后的信号在频域中进行频率截取，提取出目标阴影场信号，然后再进行后续的目标信息分析。本发明仅利用单个通道进行前向散射区的目标探测，使得外辐射源雷达接收系统不需额外的参考通道，同时直达波干扰抑制在信号频域中进行，降低了计算量，提高了目标探测性能，实测结果验证了该方法的可行性。

附图说明

图1：为本发明提供的一种利用单通道进行前向散射区目标探测方法处理流程框图；

图2：为实施例探测一架民航客机的飞行航迹图；

图3：为实施例中信号混频前后的时域波形图；

图4：为实施例中信号频率截取后的频谱图；

图5-1：为实施例探测一架民航飞机处理后的时频图；

图5-2：为实施例探测一架民航飞机处理后的时域波形图；

图6：为本发明提供的一种利用单通道进行前向散射区目标探测装置的结构框图。

具体实施方式

实施例1

本发明提出了一种利用单通道进行前向散射区目标探测方法，下面通过实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步具体的说明，其中数字接收机采用正交采样，最终采样率为10MHz，数字广播源为中国移动多媒体广播(CMMB)信号源，记为信号A。附图2为本实施例探测一架民航客机的飞行轨迹图，图中灰色小圆点是广播自动相关监视(ADSB)记录的民航飞行轨迹，实灰线为前向散射区客机的飞行航迹，也是实施例探测航迹。

如图1所示，本发明提供的一种利用单通道进行前向散射区目标探测方法处理流程包括：

(一)：对雷达接收的数字广播信号进行硬判决处理，获取同震荡的“参考信号”，记为信号B：

将雷达正交采样后的基带CMMB信号进行硬判决处理，即把CMMB复信号分别在实部、虚部进行符号滤波处理，将小于零的数置为-1，大于零的数置为1，获取同震荡的“参考信号”。

(二)将接收的数字广播信号与硬判决后的“参考信号”对应相乘进行信号混频处理，记为信号C，分离出直达波信号与目标阴影场信号：

将原始的CMMB信号A与硬判决后的共轭信号B对应点相乘获得信号C,即C＝A B^*，其中表示对应点相乘；附图3为信号混频前后信号A和信号C的时域波形图；

(三)将混频后的信号在频域中进行频率截取，提取出目标阴影场信号，然后根据目标阴影场信号进行目标信息分析，具体步骤如下：

步骤1、把混频后的信号C连续取1秒的数据并进行离算傅里叶变换，把时域信号变换到频域；

步骤2、在信号频域中将零频分量置零；在信号频域中连续截取频率范围为-fs₁到fs₁-1的频率信号，其中fs₁＝100Hz。

步骤3、截取信号频域中的低频连续分量，通过逆傅里叶变换，把截取后的频域信号变换成时域信号，记为信号D，并通过后续的短时傅里叶变换进行时频分析、时域幅度分析提取目标回波信息，记为信号E。附图4为实施例中信号D的频谱图，从图中可以看出多径杂波被抑制，目标凸显。

在步骤3中，在信号频域中连续截取低频部分信号，截取的频率范围为-fs₁到fs₁-1，其中fs₁满足，f_d≤fs₁＜1kHz，f_d为目标多谱勒频移且满足f_d＝T_Int(2vcos(β/2)cos(σ)/λ)，式中v为目标速度，β为发射站与接收站双基地夹角，σ为目标飞行方向与双基地夹角角平分线的夹角，λ为信号源波长，T_Int为处理积累时间，由于双基地夹角β接近180°，一般情况下f_d＜100Hz。

附图5-1为该实施例中探测一架民航客机在穿基线时，目标多普勒随时间变化曲线，从图中可以看出在30秒内客机多普勒变化从20Hz变化到了-40Hz，且目标约在17秒时刻的多普勒为零，符合前向散射区目标穿基线时，多普勒的变化规律。

附图5-2为实施例中探测一架民航客机在穿基线时，目标阴影场信号随时间变化的曲线，从图中可以看出目标阴影场的震荡周期由快变慢再变快，且目标在16秒到17秒的震荡周期为零，与附图5-1相对应。

应该理解的是，本发明同样对数字电视地面广播(DTMB)信号适用。

实施例2

需要说明的是，本发明实施例2为装置实施例，实施例1为方法实施例，在装置实施例中未详尽描述的内容，请参见方法实施例1.

如图6所示，本发明所述的一种利用单通道进行前向散射区目标探测装置，具体包含：

硬判决处理单元，用于对雷达接收的数字广播信号进行硬判决处理，获取同震荡的“参考信号”；

混频处理单元，用于将接收的数字广播信号与硬判决后的“参考信号”对应相乘进行信号混频处理，分离出直达波信号与目标阴影场信号；

频率截取及目标信息分析单元，用于将混频后的信号在频域中进行频率截取，提取出目标阴影场信号，然后根据目标阴影场信号进行目标信息分析。

所述硬判决处理单元，具体用于将雷达正交采样后的数字广播信号进行硬判决处理，即把采样后的数字广播信号分别在实部、虚部进行符号滤波处理，将小于零的数置为-1，大于零的数置为1，以获取同震荡的“参考信号”。

所述频率截取及目标信息分析单元，具体用于

步骤301、将混频后信号通过离散傅里叶变换，把时域信号变换到频域；

步骤302、在信号频域中将零频分量置零；

步骤303、截取信号频域中的低频连续分量，并通过逆傅里叶变换，把截取后的频域信号变换成时域信号，提取出目标阴影场信号，然后根据目标阴影场信号进行目标信息分析。

所述步骤303中，在信号频域中连续截取低频部分信号，截取的频率范围为-fs₁到fs₁-1，其中fs₁满足，f_d≤fs₁＜1kHz，f_d为目标多谱勒频移且满足f_d＝T_Int(2vcos(β/2)cos(σ)/λ)，式中v为目标速度，β为发射站与接收站双基地夹角，σ为目标飞行方向与双基地夹角角平分线的夹角，λ为信号源波长，T_Int为处理积累时间，由于双基地夹角β接近180°，一般情况下f_d＜100Hz。

虽然本发明已经详细示例并描述了相关的特定实施例做参考，但对本领域的技术人员来说，在阅读和理解了该说明书和附图后，在不背离本发明的思想和范围特别是上述装置实施的功能上，可以在装置形式和细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。