Keystone变换半盲速点效应的抑制和消除

洪永彬 高梅国 王俊岭 秦国杰



Keystone变换半盲速点效应的抑制和消除

洪永彬 高梅国 王俊岭*秦国杰

(北京理工大学信息与电子学院 北京 100081)

Keystone变换可用于补偿运动目标在脉冲多普勒(PD)雷达相参积累时间内的线性跨距离单元走动，但在多普勒模糊情况下，常规Keystone变换实现方法会出现“半盲速点”效应。该文分析了“半盲速点”效应产生的原因，并介绍了已有的“半盲速点”效应消除方法。为减少运算量，首先提出一种“半盲速点”效应抑制方法，并在此基础上提出了一种新的“半盲速点”效应消除方法。新方法能够对感兴趣的某个多普勒模糊区间内的所有速度目标的线性距离走动较好地进行补偿，而运算量约为已有方法的50%。理论分析和仿真结果均证明了所提方法的有效性。

脉冲多普勒雷达；Keystone变换；多普勒模糊；“半盲速点”效应

1 引言

当目标速度较高或者雷达采用低重频时，必须考虑多普勒模糊的问题。在多普勒模糊倍数可以获知的情况下，常规Keystone变换实现方法通常能够获得良好的补偿效果，但会引起“半盲速点”效应[14]。针对该问题，文献[1]和文献[15]提出了一种基于多普勒搬移的“半盲速点”效应消除方法，该方法克服了“半盲速点”效应，但其运算量约为常规Keystone变换的两倍，不利于工程实现。为了降低运算量，本文首先提出一种“半盲速点”效应抑制方法，并在此基础上提出一种新的“半盲速点”效应消除方法。新方法能够很好地消除“半盲速点”效应，而运算量相对于文献[1]和文献[15]提出的方法降低了近50%。

2 Keystone变换及其性能分析

线性调频PD雷达发射信号的时域表达式为

其中

3 基于多普勒搬移的“半盲速点”效应消除方法

显然，基于多普勒搬移的“半盲速点”效应消除方法以增加一次脉间调制，一次Keystone变换和一次相参积累运算为代价，克服了“半盲速点”效应，故运算量约为常规Keystone变换补偿方法的两倍，不利于工程应用。因此，寻找一种更为高效的算法，即使在允许范围内有一定的补偿损失，依然具有重要的工程意义。

4 “半盲速点”效应抑制和消除新方法

4.1 “半盲速点”效应的抑制

如前所述，利用式(7)所示的“先内插-后模糊校正”的方法实现Keystone变换时，“模糊倍数突变区间”满足式(8)，其区间长度为

先对式(14)进行模糊校正

式(15)和式(16)所示的“先模糊校正-后内插”的Keystone变换实现方法仍然具有“半盲速点”效应，此时“模糊倍数突变区间”的表达式为

4.2“半盲速点”效应消除新方法

对式(18)进行模糊校正，即

(3)将步骤(1)和步骤(2)中保留的数据按照图1所示方法重组为一个完整的RFD平面，对该平面进行脉冲压缩和CFAR检测等后续处理。

图1 RFD平面重组示意图

4.3 算法运算量分析

由表1可以得出以下结论：(1)方法3与方法1运算量相同；方法4相对于方法1增加了1次模糊校正和1次相参积累运算，这是消除“半盲速点”效应的开销，而增加的运算量与原运算量相比几乎可忽略不计。(2)与方法2相比，方法3使运算量降低50%以上；方法4相对于方法2省去了脉间调制操作，并节省了1次sinc内插运算，使运算量降低了近50%，便于工程应用。

5 仿真分析

表1 4 种补偿方法的运算量比较

表2 线性调频PD雷达系统参数

6 结论

多普勒模糊存在时，常规Keystone变换实现方法会出现“半盲速点”效应。针对该问题，在多普勒模糊倍数可以获知的情况下，本文首先提出一种“先模糊校正-后内插”的Keystone变换实现方法抑制“半盲速点”效应，多普勒模糊越严重，抑制效果越显著，其运算量与常规Keystone变换相同。在此基础上，本文提出了一种“半盲速点”效应消除方法，该方法能够对感兴趣的某个多普勒模糊区间内的所有速度目标的线性距离走动较好地进行补偿，其约束条件为“半盲速区间”内的目标模糊校正后的速度残差在相参积累时间内造成的线性距离走动小于雷达距离分辨率的一半，该条件通常可以满足。与已有的基于多普勒搬移的“半盲速点”效应消除方法相比，本文方法的运算量降低了近50%。理论分析和仿真结果表明本文方法运算量小，有效可行。

图2 方法1对不同速度目标的补偿损失

图3 两种Keystone变换实现方法的“半盲速点”效应比较

图4 方法2和方法4对不同速度目标的补偿损失

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洪永彬： 男，1983年生，博士生，研究方向为雷达信号处理.

高梅国： 男，1965年生，教授，博士生导师，研究方向为信号与图像处理、信息安全与对抗技术、目标探测与识别理论与技术.

王俊岭： 男，1982年生，博士生，研究方向为空间目标探测技术、雷达信号处理.

The Suppression and Elimination of Half Blind Velocity Effect Associated with Keystone Transform

Hong Yong-bin Gao Mei-guo Wang Jun-ling Qin Guo-jie

(,,100081,)

Keystone transform can be employed to eliminate the effects of linear range migration through resolution cells of moving targets during the coherent integration time of Pulse Doppler (PD) radar. However, with Doppler ambiguity, Half-Blind-Velocity Effect (HBVE) occurs when the conventional implementation method of keystone transform is applied. The causes of HBVE are analyzed, and the existing elimination methods of HBVE are introduced. To decrease the computation cost, a method to suppress HBVE is firstly presented, on the basis of which a new method of HBVE elimination is put forward. The proposed method can remove the linear range migration of moving targets with all possible velocities within a desired ambiguous Doppler interval, and its computation cost is reduced by almost 50% compared to the existing one. Theoretical analysis and simulation results validate the effectiveness of the presented methods.

Pulse Doppler (PD) radar; Keystone transform; Doppler ambiguity; Half-Blind-Velocity Effect (HBVE)

TN957.51

A

1009-5896(2014)01-0175-06

10.3724/SP.J.1146.2013.00490

2013-04-15收到，2013-09-17改回

国家自然科学基金(61001190)和上海航天科技创新基金(SAST 201240)资助课题

王俊岭 emailwjl@gmail.com