遍历搜索将需要401次,这个运算量较大。
为减少运算量我们可采用如下的逐步缩小步长的办法:
首先选取加速度步长为10m/
。
这样第一次搜索的运算量为:
41次的FFT;第二次搜索步长为加速度精度为1m/
,这次的运算量为:
10次单点FFT;总共经过2次搜索,运算总量为51次FFT即可实现运动补偿。
还有一个办法就是采用循环自相关法先粗估计加速度的值,然后再在此估计值附近进行局部搜索加速度。
方法简介如下,假如
(3.2)
如果信号与噪声不相关,则
(3.3)
(3.4)
显然可以看出,上式为一单频信号,傅立叶变换就可得到加速度的估计值。
加速度的估计精度与信噪比有关,信噪比越高,估计的精度也就越高。
如果目标在搜索阶段,信噪比很低,只有精确补偿掉加速度的影响才能有效探测目标,这时上述就存在一定的问题,即第一次粗搜索或自相关方法应用时可能都达不到能检测的门限,这样就无法进行下一步的处理,只能采用遍历搜索。
假设发射波形参数如下:
发射载频为X波段(10GHz),发射脉冲重复周期为
3us,假设相对速度为3400m/s,加速度为200m/s2,处理时间为50ms。
图3.9是对信号直接FFT的结果,由于弹目加速度的影响,信号回波不能有效积累,所以不能检测到目标。
图3.9直接FFT结果
图3.10是进行加速度搜索和FFT的多普勒-加速度平面图,可以看出,当加速度搜索准确时,目标信号可以得到有效积累,从而检测出目标。
图3.10多普勒-加速度平面
高超声速飞行器载雷达对空模式时采用高重频信号工作的流程如下图所示:
图3.11信号时域波形的幅度
(2)低中重频信号处理
当采用低中重复频率信号时,高速高机动目标会同时存在距离走动和多普勒扩展现象,必须采用补偿方法来校正距离走动和补偿多普勒扩展现象。
校正距离走动的方法有频域相位补偿或keystone变换来对齐,由傅里叶变换的性质可知,时域上的延迟对应着频域上与一指数函数相乘,同样地通过在频域上乘以一指数函数可以完成时域上的延迟,这样即可完成分数阶的延迟,而且通过与数字频域脉压相结合可以大大地减少运算量。
这即是基于频域校正包络补偿算法的基本思想和优点。
Keystone变换是雷达成像领域中一种常用的距离走动校正技术。
拟利用Keystone变换在距离频域通过sinc函数内插或通过chirp-z变换校正目标的越距离单元走动,进而实现相参积累和目标检测。
但是该方法是在无多普勒模糊的条件下得到的,如果存在多普勒模糊,则应首先根据多普勒模糊次数,补偿模糊引起的回波相位变化。
虽然在检测到目标前不能确切知道目标回波的多普勒模糊次数,我们可以对模糊次数的大致范围进行搜索,完成距离走动补偿。
多普勒扩展补偿方法与上节相同,这里就不在赘述,下面进行计中重复频率信号计算机仿真。
中重复频率处理工作的流程如下图,采用频域补偿相位校正距离走动,也可采用keystone方法来校正距离走动,但后者计算量更大。
采用dechirp方法进行加速度估计并补偿。
图3.12信号时域波形的幅度
假设采用的波形脉冲重复频率为10KHz,信号带宽为2MHz的线性调频信号,假设雷达目标之间的速度为5000m/s,加速度为200m/s2,处理时间50ms。
图3.13是500个脉冲的信号脉冲压缩后的波形,可以看出在50ms内目标走动已经超过3个距离单元,图3.14是距离-多普勒平面图,容易看出,目标在这段时间内距离和多普勒都已经走动了多个单元,直接距离多普勒域处理无法有效进行积累。
补偿距离走动后的距离-多普勒如图3.15所示,显然可以看出,目标在距离上已经对齐,但在多普勒域扩展严重。
图3.13信号时域波形的幅度
距离单元
多普勒单元
图3.14信号时域波形的幅度
距离单元
多普勒单元
图3.15信号时域波形的幅度
距离对齐后目标所在距离门FFT后的波形图如图3.16所示,由于目标加速度的存在,多普勒扩展严重,直接FFT不能有效积累。
加速度补偿后信号积累目标所在距离门FFT后的波形图如图3.17所示,可见目标信号已经很好的积累。
经过这些处理后,在积累时间内的目标能量就能够积累起来,提高了目标的探测距离。
图3.16信号时域波形的幅度
图3.17信号时域波形的幅度