Keystone變換半盲速點效應的抑制和消除

洪永彬 高梅國 王俊嶺 秦國杰

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Keystone變換半盲速點效應的抑制和消除

洪永彬 高梅國 王俊嶺*秦國杰

(北京理工大學信息與電子學院 北京 100081)

Keystone變換可用于補償運動目標在脈沖多普勒(PD)雷達相參積累時間內的線性跨距離單元走動，但在多普勒模糊情況下，常規Keystone變換實現方法會出現“半盲速點”效應。該文分析了“半盲速點”效應產生的原因，并介紹了已有的“半盲速點”效應消除方法。為減少運算量，首先提出一種“半盲速點”效應抑制方法，并在此基礎上提出了一種新的“半盲速點”效應消除方法。新方法能夠對感興趣的某個多普勒模糊區間內的所有速度目標的線性距離走動較好地進行補償，而運算量約為已有方法的50%。理論分析和仿真結果均證明了所提方法的有效性。

脈沖多普勒雷達；Keystone變換；多普勒模糊；“半盲速點”效應

1 引言

當目標速度較高或者雷達采用低重頻時，必須考慮多普勒模糊的問題。在多普勒模糊倍數可以獲知的情況下，常規Keystone變換實現方法通常能夠獲得良好的補償效果，但會引起“半盲速點”效應[14]。針對該問題，文獻[1]和文獻[15]提出了一種基于多普勒搬移的“半盲速點”效應消除方法，該方法克服了“半盲速點”效應，但其運算量約為常規Keystone變換的兩倍，不利于工程實現。為了降低運算量，本文首先提出一種“半盲速點”效應抑制方法，并在此基礎上提出一種新的“半盲速點”效應消除方法。新方法能夠很好地消除“半盲速點”效應，而運算量相對于文獻[1]和文獻[15]提出的方法降低了近50%。

2 Keystone變換及其性能分析

線性調頻PD雷達發射信號的時域表達式為

其中

3 基于多普勒搬移的“半盲速點”效應消除方法

顯然，基于多普勒搬移的“半盲速點”效應消除方法以增加一次脈間調制，一次Keystone變換和一次相參積累運算為代價，克服了“半盲速點”效應，故運算量約為常規Keystone變換補償方法的兩倍，不利于工程應用。因此，尋找一種更為高效的算法，即使在允許范圍內有一定的補償損失，依然具有重要的工程意義。

4 “半盲速點”效應抑制和消除新方法

4.1 “半盲速點”效應的抑制

如前所述，利用式(7)所示的“先內插-后模糊校正”的方法實現Keystone變換時，“模糊倍數突變區間”滿足式(8)，其區間長度為

先對式(14)進行模糊校正

式(15)和式(16)所示的“先模糊校正-后內插”的Keystone變換實現方法仍然具有“半盲速點”效應，此時“模糊倍數突變區間”的表達式為

4.2“半盲速點”效應消除新方法

對式(18)進行模糊校正，即

(3)將步驟(1)和步驟(2)中保留的數據按照圖1所示方法重組為一個完整的RFD平面，對該平面進行脈沖壓縮和CFAR檢測等后續處理。

圖1 RFD平面重組示意圖

4.3 算法運算量分析

由表1可以得出以下結論：(1)方法3與方法1運算量相同；方法4相對于方法1增加了1次模糊校正和1次相參積累運算，這是消除“半盲速點”效應的開銷，而增加的運算量與原運算量相比幾乎可忽略不計。(2)與方法2相比，方法3使運算量降低50%以上；方法4相對于方法2省去了脈間調制操作，并節省了1次sinc內插運算，使運算量降低了近50%，便于工程應用。

5 仿真分析

表1 4 種補償方法的運算量比較

表2 線性調頻PD雷達系統參數

6 結論

多普勒模糊存在時，常規Keystone變換實現方法會出現“半盲速點”效應。針對該問題，在多普勒模糊倍數可以獲知的情況下，本文首先提出一種“先模糊校正-后內插”的Keystone變換實現方法抑制“半盲速點”效應，多普勒模糊越嚴重，抑制效果越顯著，其運算量與常規Keystone變換相同。在此基礎上，本文提出了一種“半盲速點”效應消除方法，該方法能夠對感興趣的某個多普勒模糊區間內的所有速度目標的線性距離走動較好地進行補償，其約束條件為“半盲速區間”內的目標模糊校正后的速度殘差在相參積累時間內造成的線性距離走動小于雷達距離分辨率的一半，該條件通常可以滿足。與已有的基于多普勒搬移的“半盲速點”效應消除方法相比，本文方法的運算量降低了近50%。理論分析和仿真結果表明本文方法運算量小，有效可行。

圖2 方法1對不同速度目標的補償損失

圖3 兩種Keystone變換實現方法的“半盲速點”效應比較

圖4 方法2和方法4對不同速度目標的補償損失

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洪永彬： 男，1983年生，博士生，研究方向為雷達信號處理.

高梅國： 男，1965年生，教授，博士生導師，研究方向為信號與圖像處理、信息安全與對抗技術、目標探測與識別理論與技術.

王俊嶺： 男，1982年生，博士生，研究方向為空間目標探測技術、雷達信號處理.

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

國家自然科學基金(61001190)和上海航天科技創新基金(SAST 201240)資助課題

王俊嶺 emailwjl@gmail.com