一种基于高重频波形的慢速目标检测新方法

朱 伟¹，贺 芃¹，王凤艳²，马晓静³

(1. 中国电子科技集团公司第三十八研究所，合肥 230088；2. 上海船用柴油机研究所，上海 201108；3. 国防科技大学 电子对抗学院，合肥 230037)

摘 要： 针对高重频雷达强杂波背景下慢速目标的检测问题，提出一种基于变初相高重频波形的慢速目标检测技术。该方法通过改变发射脉冲的初相，使得回波中目标与杂波的相位关系发生变化，造成目标多普勒频率的偏移，完成目标与杂波在多普勒维的分辨。该方法能够准确、快速、可靠地实现强杂波背景下慢速目标检测。计算机仿真结果和实测数据处理结果证实了该算法的可行性。

关键词： 雷达；变初相高重频波形；慢速目标检测

0 引 言

随着现代战争的需要，雷达由传统的三坐标向四坐标发展。为了获取目标的距离、方位、仰角之外的径向速度信息，高重频波形在目标分离、机动目标跟踪、多目标分辨等场景下得到广泛应用。

与低重频波形相比，高重频波形具有如下优势：(1)测速不模糊，回波多普勒信息更精细化；(2)在距离、方位、仰角维度上无法对目标进行分辨时可以利用精细的多普勒信息进行目标分辨；(3)对已跟踪的目标利用径向速度信息可进行载机投弹、机载导弹发射等分离目标进行判断；(4)对高机动目标将速度信息接入跟踪回路，可提高目标的跟踪稳定性；(5)对已跟踪上的目标可以通过跟踪回路给出的距离预计值进行解距离模糊，不需要使用多种高重频波形组合解模糊，节省系统资源。

当然，高重频波形也存在缺点，主要有如下几点：(1)测距模糊，进行目标搜索时需要通过多种高重频波形组合解模糊的方式保证全距离段无模糊，使得系统资源的浪费严重；(2)距离无模糊范围小，远区目标会折叠到近区杂波区，强杂波对弱目标检测有影响；(3)速度分辨率有限，速度分辨率由波形驻留时间决定，受系统资源的限制，波形驻留时间不可能无限增大，即速度分辨率始终有上限。

由于速度分辨率有限，当目标低速运动或者切向机动时目标相对雷达径向速度较小，若目标在距离上折叠到近区强杂波区，雷达难以在强地杂波中进行目标检测，容易造成目标丢失、跟踪中断。这可以通过增加波形驻留时间来提高速度分辨率。但是，这需要花费大量的系统资源，同时驻留时间过长会导致目标产生跨距离单元、跨多普勒单元的现象，而且无法从根本上解决强杂波背景下慢速目标的检测问题。

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本研究根据垃圾填埋场的特点，建立了沼气产气模型，并进行了相应沼气发电机组的设计；根据沼气机组的余热特点，提出了利用余热进行发电的方案。利用沼气发电机组发电，不仅解决了沼气的去处问题，还通过发电产生了一定的效益。利用机组余热，通过ORC循环进行发电，进一步提高了沼气发电的效率，具有节能环保高效的特点。

相邻脉冲的初相相位差为

文化保护传统上主要体现在贸易方面，而随着国际投资的不断发展与繁荣，文化例外也开始运用在国际投资条约中。文化例外条款设置的目的在于维持本国文化的独特性，因为文化产品作为一种极具代表性的文化资本的表现形式，不仅体现了商业价值，更重要的是它包含着各个国家和民族的独特的思想价值和意识形态等，甚至是国家文化主权的体现。文化例外原则的引入，有利于推进文化产品在国际贸易中获得实质公平的对待，促进文化多样性的繁荣与发展。

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海域油气作为陆上常规油气的接替，成为最现实的油气开发新领域。据统计，2000年以来，全球年度勘探新增储量中，海域占比均大于50%，且有逐年增大的趋势。2016年，全球勘探新增储量中，海域油气占比高达86.3%。海域油气产量当量从2007年的19.51亿吨增长到2017年的22.24亿吨，占全球油气当量总产量的28.33%。

林业生态保护与天然林保护不仅会影响社会经济的发展，也会给人类的生活带来影响。所以，我们应该加强保护工作，使林业能够可持续发展。我国的经济建设也离不开林业的支持，只有不断提高森林覆盖率，才能有效推动我国经济发展。

1 变初相高重频波形

为了信号处理相参处理的需要，常规高重频波形的每个脉冲发射初相调制均为同一个值。变初相高重频波形在高重频波形的基础上改变高重频波形每个脉冲的初相，相邻脉冲的初相差呈现线性变化规律，这样后续的信号处理仍然可进行相参处理。

以N 个脉冲的高重频波形为例，对N 个发射脉冲的初相分别进行调制，第1,2,…,N 个发射脉冲的初相分别调制相位为φ _n (n =1,2,…,N )，φ _n 的值为

本算法基本思想为：通过改变高重频波形每个脉冲的初相，使得相邻脉冲的初相差线性变化。考虑杂波在近区而目标在远区，两者在无模糊距离内距离折叠的次数不同。目标折叠次数多，使得回波各个脉冲的相位内包含两个分量，一个是目标或杂波自身速度带来的多普勒频移，慢速目标与杂波的多普勒频移相差不大；另一个是脉冲初相变化带来的相位分量。由于目标和杂波在距离上折叠的次数不同，第2个分量不一致。因此，可以在多普勒维度上将目标与杂波分开，实现强杂波背景下慢速目标的检测。

(1)

其中，φ 为脉冲初相的变化参数。

针对强杂波中慢速目标的检测问题，文献[1]提出基于CFAR和形态学滤波的信号处理方法抑制不必要的地杂波并实现“低慢小”目标的检测；文献[2]设计了基于零频抑制与杂波图的地面慢速目标检测方法，采用空间邻域插值方式完成目标区域的杂波背景积累，解决慢速目标检测不连续问题；文献[3]提出基于十字窗改进的多帧积累算法，实现海面弱小慢速目标检测；文献[4]提出于基于小波分析的自适应杂波抑制技术进行雷达慢速目标分离；文献[5]提出了复杂的海杂波背景下的非相干慢速目标检测算法。以上大量的研究均集中在信号处理层面，通过抑制杂波提高信杂噪比的方法来实现慢速目标检测，并没有从信号波形角度进行特别设计。

=(n -1)·φ

(2)

可以看出，相邻脉冲的初相相位差为线性变化。

针对以上问题，本文提出一种变初相高重频波形，对变初相高重频波形进行慢速目标检测的原理进行说明，最后给出仿真和实测数据结果。

2 慢速目标检测算法

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高重频波形参数如下：重复周期T _r；重复频率f _r；脉冲个数为N ；对应的最大无模糊距离为R _max=cT _r/2，其中c 为光速；脉冲初相的变化参数为φ 。

杂波参数如下：考虑杂波的距离位于距离无模糊区内，多普勒频率f _dC的范围为-f _dCmax～f _dCmax，通常f _dCmax≪f _r。

目标参数如下：距离为R _T，径向速度为v _T。目标折叠到距离无模糊区的折叠次数为K =⎣R _T/R _max」，其中⎣·」表示向下取整；目标多普勒频率为f _dT=2v _T/λ ，其中λ 表示雷达波长。

由于杂波距离近，目标距离远，因此收到第n 个脉冲回波里包含的是第n 个脉冲的杂波回波信号和第n -K 个脉冲的目标回波信号。因此，第n 个脉冲和第n +1脉冲接收回波的相位Φ_n 和Φ_n+1 分别为

Φ_n =φ _n +ζ _n-K +φ _n-K

(3)

Φ_n+1 =φ _n+1 +ζ _n+1-K +φ _n+1-K

(4)

其中φ _n 、φ _n+1 为杂波多普勒带来的脉间相位变化，ζ _n-K 、ζ _n+1-K 为目标速度带来的脉间相位变化。

“文化自信是一个国家、一个民族发展中更基本、更深沉、更持久的力量”，“没有高度的文化自信，没有文化的繁荣兴盛，就没有中华民族伟大复兴”。[3]23，41强调文化自信，符合科学社会主义的理论逻辑，深化并拓展中国特色社会主义的文化规定性，不仅涉及意识形态、文化形态和物性载体的统一，而且蕴涵着精神信仰、价值规范与价值承诺三个基本维度的“应然”融合。

对回波信号分别进行相位补偿，补偿值为当前发射脉冲的调制相位。得到第n 个脉冲和第n +1脉冲接收回波的相位Φ′_n 和Φ′_n+1 分别为

Φ′_n =φ _n +ζ _n-K +φ _n-K -φ _n

(5)

Φ′_n+1 =φ _n+1 +ζ _n+1-K +φ _n+1-K -φ _n+1

(6)

因此，脉冲初相的变化参数φ 取值范围为

ΔΦ_n =(φ _n+1 -φ _n )+(ζ _n+1-K -ζ _n-K )+

(φ _n+1-K -φ _n-K )-(φ _n+1 -φ _n )

=2πf _dCT _r+2πf _dTT _r+(n -K -1)·φ -(n -1)·φ

①根据桩的直径，在断层上方竖立一个直径适当的可折叠钢内模（内模直径大于1.5m，孔心桩壁厚应至少大于55cm）。

=2πf _dCT _r+2πf _dTT _r-K ·φ

=2πf _dCT _r+2πf ′_dTT _r

(7)

步骤2：对N 个发射脉冲的初相分别进行调制；

考虑到杂波信号强，多普勒维上影响范围大，可以将目标多普勒频率偏移到L 倍杂波多普勒频率以外，同时目标多普勒频率不能偏移到重复频率以外。

相应地，第n +1脉冲和第n 个脉冲接收回波的相位差为

(8)

综上所述，本文算法步骤如下：

然而，我们似乎应当在惊恐中保持一份冷静，向上述逻辑推理的起点回溯，就法律监督是否影响审判机关在民事诉讼中的独立地位作出事实上的判断而不仅仅是依靠理论的推演。只要查阅一下抗诉案件维持原审结果的裁判文书，就能知晓检察机关对民事诉讼的法律监督主要是程序上的启动权。如果一定要说法律监督会对审判机关在民事诉讼中的审判造成影响，那么这种影响主要体现在抗诉案件裁判文书说理性的增强，而裁判文书的说理恰恰是对个案公正的论证，与审判独立的目标相契合。

步骤1：根据目标、杂波相关参数，利用式(8)计算脉冲初相的变化参数；

其中可以看出，目标的多普勒频率由f _dT搬移到f ′_dT，选取合适的φ ，可以在多普勒维上将杂波与目标区别开。

步骤3：对N 个接收脉冲的回波信号分别进行相位补偿，各个脉冲的补偿相位为φ _n ；

步骤4：剔除没有目标回波的前K 个脉冲，对后N -K 个接收脉冲分别进行脉冲压缩；

步骤5：对N -K 个脉冲压缩结果在脉冲维进行FFT处理(相干积累)；

步骤6：对FFT结果进行恒虚警检测，可得到目标的测量距离和偏移后的多普勒频率

步骤7：计算目标的无偏移多普勒频率。

去除相位参数引起的多普勒偏移值，目标的无偏移多普勒频率为

算法流程图如图1所示。

3 计算机仿真和实测数据处理

为了验证本文方法的有效性，计算机仿真条件如下：

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(1) 高重频波形参数：重复周期360 μs，重复频率2 777.8 Hz，脉冲个数为66，对应的最大无模糊距离为54 km，雷达波长为1 m；

图1 变初相高重频波形处理流程图

(2) 杂波参数：距离范围为0～50 km，杂波的多普勒分布范围为-6～6 Hz。

(3) 目标参数：距离为240 km，径向速度为2 m/s，多普勒频率为4 Hz。目标折叠到距离无模糊区的折叠次数为4，折叠后目标距离为24 km，目标信杂噪比为-15 dB。

人类历史上第一株永生的细胞就这样诞生了。当全世界的科学家都想弄点海拉细胞，用于自己的研究，盖伊慷慨地把海拉细胞寄给全世界的科学家。

分别用常规高重频波形和变初相高重频波形进行处理，脉冲初相的变化参数φ 为-0.1396。仿真的距离-多普勒频谱结果如图2、图3所示。图中，横轴表示距离模糊后的距离，单位为km；纵轴为多普勒频率，单位为Hz；颜色表示多普勒谱强度，单位为dB。

图2 常规高重频波形处理结果

从图2中可以看出，常规高重频波形的处理结果里面目标湮没在杂波中，无法在多普勒上进行分辨。从图3中可以看出，从本文方法的处理结果中可以明显看到24 km处的目标。目标距离单元的多普勒频谱如图4所示，可以看出目标的多普勒频率已经偏出杂波区。

图3 变初相高重频波形处理结果

图4 目标距离单元的多普勒频谱

为了验证本文方法在实际雷达中的性能，将本文方法应用于某雷达，对针对切向飞行目标探测的实测数据进行处理，处理结果如图5所示。图中，横轴表示距离模糊后的距离，单位为km；纵轴为多普勒频率，单位为Hz；颜色表示多普勒谱强度，单位为dB。

图5 实测数据处理结果

从图5可以得出，处理结果中可以明显看到模糊距离为17.69 km处的切向目标，目标的多普勒频率已经偏出杂波区。

5 结束语

雷达使用高重频波形进行目标检测时，由于速度分辨率有限，当目标慢速运动时，若目标折叠到近区强杂波区，雷达难以在强地杂波中进行目标检测，容易造成目标丢失、跟踪中断。为此，本文提出一种基于变初相高重频波形的慢速目标检测方法。通过改变发射脉冲的初相，使得回波中目标与杂波的相位发生变化，造成目标多普勒通道的偏移，完成目标与杂波在多普勒维的分辨，不需要增加额外的系统资源，同时可以通过偏移后的目标多普勒通道信息计算目标的真实径向速度。计算机仿真结果和实测数据处理结果证明，本文算法能够有效地解决高重频波形时强杂波背景下慢速目标的检测跟踪问题。应当指出的是，当目标位于高重频波形的距离无模糊区时，本文方法无法将目标和杂波在多普勒维进行分离。

参考文献：

[1] 王俊,余杰. 地杂波中的低空慢速小目标检测[J]. 计算机工程与应用, 2017, 53(S2): 215-219.

[2] 温博, 郑远, 刘兵. 基于零频抑制与杂波图的地面慢速目标检测[J]. 电子设计工程, 2014, 22(10): 85-87.

[3] 王雅, 陶海红, 代品品，等. 基于多帧积累的海面弱小慢速目标检测算法[J]. 航空兵器, 2018, 4(2): 43-47.

[4] 诸寒梅. 雷达慢速小目标检测技术研究[D]. 西安电子科技大学硕士学位论文, 2010.

[5] Shannon D B, Karl G，Jeffrey H. HRR detector for slow-moving targets in sea clutter[J]．IEEE Transactions on aerospace and electronic systems, 2007, 43(3): 205-210.

A novel method for slow-moving target detection based on high PRF waveform

ZHU Wei¹, HE Peng¹, WANG Feng-yan², MA Xiao-jing³

(1. No.38 Research Institute of CETC, Hefei 230088; 2. Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute, Shanghai 201108; 3. School of Electronic Countermeasures,National University of Defense Technology, Hefei 230037)

Abstract: In view of the problem of slow-moving target detection in heavy clutter background, a slow-moving target detection technique is proposed based on the variable initial phase high PRF waveform. The phase relationship between the target and the clutter in the echo changes with the initial phase of the transmitted pulse, causing the offset of the target Doppler frequency, and the target and the clutter can be identified in the Doppler dimension. The proposed method can accurately, quickly and reliably achieve slow-moving target detection in heavy clutter background. The simulation results and the real data processing verify the feasibility of the algorithm.

Keywords: radar; variable initial phase high PRF waveform; slow-moving target detection

中图分类号: TN911.7

文献标志码: A

文章编号: 1009-0401(2019)02-0020-04

收稿日期： 2019-02-25；修回日期：2019-05-06

作者简介： 朱伟，男，1987年生，高级工程师，博士，研究方向：雷达总体设计和阵列信号处理；贺芃，女，1992年生，工程师，硕士，研究方向：阵列信号处理和波形设计；王凤艳，女，1983年生，经济师，硕士，研究方向：科研项目过程控制、风险管理和知识共享；马晓静，女，1983年生，讲师，硕士，研究方向：雷达原理、雷达对抗原理。

标签：雷达论文;  变初相高重频波形论文;  慢速目标检测论文;  中国电子科技集团公司第三十八研究所论文;  上海船用柴油机研究所论文;  国防科技大学电子对抗学院论文;