基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法技術

本發明專利技術提供一種基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法，通過利用寬帶雷達解線頻調方式(Dechirp)接收信號的特征，基于脈內干涉實現了微多普勒解模糊，具有高效穩健等特點，且同時不增加系統復雜度。

Micro Doppler ambiguity resolution method for terahertz wideband radar based on intra pulse interference

The invention provides a broadband terahertz radar pulse interference based on micro Doppler defuzzification method, by dechirping method using broadband radar (Dechirp) characteristics of the received signal, pulse interference is realized based on micro Doppler ambiguity, with efficient and robust characteristics, and at the same time without increasing the system complexity.

【技術實現步驟摘要】
基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法
本專利技術涉及雷達系統設計和雷達信號處理
，具體的涉及一種基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法。
技術介紹
利用雷達手段實現目標運動特征提取是一種廣泛使用的方法，具有全天時、全天候、高精度等特點，在遙感測量、軍事偵察等方面具有十分重要的應用。太赫茲(Terahertz,THz)頻段通常指頻率在0.1THz到10THz(對應波長30μm-3mm)之間的電磁波，其頻率介于毫米波與紅外光之間，處于宏觀電子學向微觀光子學的過渡頻段，在電磁波譜中占有很特殊的位置，具有與其它波段不同的特殊性質。近年來，隨著太赫茲源、檢測和相關器件的突破，太赫茲雷達技術發展迅速，在高分辨成像和運動精細測量方面逐漸顯現出優勢。微動(Micro-motion)指的是目標或目標部件除質心平動以外的振動、轉動等微小運動，最早由美國海軍實驗室的V.C.Chen教授提出，由微動引起的多普勒頻移稱為微多普勒(Micro-Doppler)。自然界和生活中的微動現象十分普遍，比如人體的呼吸心跳，直升機旋翼的旋轉，車輛橋梁等的振動等等，然而在實際測量中，根據采樣定理，雷達信號的脈沖重復頻率(pulserepetitionfrequency,PRF)限定了只有-PRF/2到PRF/2之間的頻率能被直接觀測到。當多普勒值位于-PRF/2到PRF/2之外時，將發生模糊。太赫茲雷達由于其較高的載頻，相比常規的微波雷達，對目標微動有其敏感性，這是太赫茲雷達的優勢；但是，較高的載頻也使得在太赫茲頻段目標微多普勒值極易超出觀測范圍而模糊。同時利用雷達設備對這些旋轉目標進行監測有十分重要的意義。但是這些旋轉目標在運動中由于機械原因或者外部作用力的原因往往會伴隨著振動干擾，對這些目標的振動情況同樣需要進行監測，通過對振動的監測，可以為設備運行狀態和安全性提供重要的輔助信息。利用雷達手段實現目標微動參數估計已經有相當廣泛的研究，然而太赫茲頻段的研究還遠遠不足。在微波段已有學者對微多普勒模糊問題進行了研究，主要是從雷達系統設計和信號處理兩個方面進行考慮。現有技術中：在系統設計方面，主要是進行多通道和多重頻測量。多通道是通過將大天線分裂為幾個小天線或者將幾個天線分置于不同的平臺來形成多通道，利用多通道數據的聯合處理來實現多普勒解模糊。多重頻是通過需要發射多重頻(通常是2～3個)脈沖串以實現模糊性。在信號處理方面，主要是通過信號域和時頻域，利用目標先驗信息，采用數字圖像處理領域的逆Radon變換、Hough變換等方法對模糊的時頻曲線進行校正或者補償以實現微多普勒解模糊。上述現有微多普勒解模糊方案中，多通道和多重頻測量都有其固有問題，且嚴重增加了雷達系統的復雜度，使得系統穩定性和實用性惡化。現有信號處理的手段綜合來說具有過程復雜、計算量大、普適性差等問題，難以在實際系統中廣泛應用。因此，如何快速高效的實現微多普勒解模糊，充分發揮太赫茲雷達微多普勒敏感性的優勢并同時實現解模糊問題仍是一個有待研究的問題，針對這一問題，當前并沒有有效的手段。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法，該專利技術解決了寬帶雷達微動目標微多普勒解模糊的技術問題。本專利技術提供一種基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法，包括以下步驟：步驟S100：采用寬帶雷達解線頻調方式接收待監測微動目標的寬帶回波信號，對所得寬帶回波信號進行殘余視頻相位補償，得到補償寬帶回波信號；步驟S200：逐個抽取補償寬帶回波信號中的信號，對所抽取的每個信號的頻點進行頻率干涉，得到多個干涉信號；步驟S300：對干涉信號進行時頻分析，得到解模糊微多普勒曲線，并利用逆Radon變換方法處理解模糊微多普勒曲線，得到待監測微動目標的微動估計參數。進一步地，步驟S200中還包括對干涉信號進行累加的步驟。進一步地，累加步驟中所用干涉差頻為B/2。進一步地，時頻分析為采用線性時頻分布中的短時傅里葉變換方法進行。進一步地，待監測微動目標為旋轉目標。本專利技術的技術效果：1、本專利技術提供的基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法，通過利用寬帶雷達解線頻調方式(Dechirp)接收信號的特征，利用掃頻周期內部若干個頻點的采樣信號進行干涉并累加以實現微多普勒解模糊，基于脈內干涉實現了微多普勒解模糊，具有高效穩健等特點，且同時不增加系統復雜度。從信號處理領域解決了微動目標微多普勒模糊問題，實現了微動參數估計的同時減少對雷達系統復雜度的增加。2、本專利技術提供的基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法，利用寬帶雷達解線頻調方式接收方式得到微動目標寬帶回波信號，對回波信號進行殘余視頻相位(residualvideophase,PVP)補償；然后抽取出寬帶信號中兩個不同頻點的信號進行頻率干涉，并將所有干涉信號進行累加以消除交叉項的干擾；最后對干涉后的信號進行時頻分析，得到不模糊的微多普勒曲線，并利用圖像處理領域中的逆Radon變換進行處理來估計待監測微動目標的微動參數。利用脈內干涉原理，將微多普勒表達式中的載頻轉換成了干涉的差頻，急劇減小了微多普勒值，同時又保存了回波中的其它信息，有利于后續分析處理使用。3.本專利技術提供的基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法，能夠快速穩定的實現微多普勒解模糊，且可應用于多目標場景，在充分發揮太赫茲頻段優勢的同時，解決了多普勒模糊的難題。具體請參考根據本專利技術的基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法提出的各種實施例的如下描述，將使得本專利技術的上述和其他方面顯而易見。附圖說明圖1是本專利技術提供的基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法的流程示意圖；圖2是本專利技術提供的優選實施例流程示意圖；圖3是本專利技術提供的優選實施例中所用旋轉目標結構示意圖；圖4是本專利技術提供的優選實施例中未經處理的角反射器回波時頻分布示意圖，其中a)為旋轉目標在轉速為40r/min時；b)為旋轉目標在轉速為60r/min時；圖5是本專利技術提供的優選實施例中采用本專利技術提供方法處理后的角反射器回波時頻分布示意圖，其中a)為旋轉目標在轉速為40r/min時；b)為旋轉目標在轉速為60r/min時；圖6是本專利技術提供的優選實施例中逆Radon變換之后的參數空間結果示意圖，其中a)為旋轉目標在轉速為40r/min時；b)為旋轉目標在轉速為60r/min時。具體實施方式構成本申請的一部分的附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，本專利技術的示意性實施例及其說明用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的不當限定。參見圖1～2，本專利技術提供的基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法，包括以下步驟：步驟S100：采用寬帶雷達解線頻調方式接收待監測微動目標的寬帶回波信號，對所得寬帶回波信號進行殘余視頻相位補償，得到補償寬帶回波信號；步驟S200：逐個抽取補償寬帶回波信號中的信號，對所抽取的每個信號的頻點進行頻率干涉，得到多個干涉信號；步驟S300：對干涉信號進行時頻分析，得到解模糊微多普勒曲線，并利用逆Radon變換方法處理解模糊微多普勒曲線，得到旋轉目標微動估計參數。此處所得解模糊微多普勒曲線是指不模糊的多普勒曲線。該方法可用于處理各類目標運動中產生的微動，例如旋轉目標。本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S100：采用寬帶雷達解線頻調方式接收待監測微動目標的寬帶回波信號，對所得寬帶回波信號進行殘余視頻相位補償后，得到補償寬帶回波信號；步驟S200：逐個抽取所述補償寬帶回波信號中的信號，對所抽取的每個信號的頻點進行頻率干涉，得到多個干涉信號；步驟S300：對所述干涉信號進行時頻分析，得到解模糊微多普勒曲線，逆Radon變換方法處理所述解模糊微多普勒曲線，得到待監測微動目標的微動估計參數。

【技術特征摘要】
1.一種基于脈內干涉的太赫茲寬帶雷達微多普勒解模糊方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S100：采用寬帶雷達解線頻調方式接收待監測微動目標的寬帶回波信號，對所得寬帶回波信號進行殘余視頻相位補償后，得到補償寬帶回波信號；步驟S200：逐個抽取所述補償寬帶回波信號中的信號，對所抽取的每個信號的頻點進行頻率干涉，得到多個干涉信號；步驟S300：對所述干涉信號進行時頻分析，得到解模糊微多普勒曲線，逆Radon變換方法處理所述解模糊微多普勒曲線，得到待監測微動目標的微動估計參數。2.根據權利要求1所述的基...

【專利技術屬性】
技術研發人員：秦玉亮，鄧彬，游鵬，楊琪，王宏強，羅成高，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科學技術大學，
類型：發明
國別省市：湖南,43