一種基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)方法及裝置，方法首先對(duì)一幀N點(diǎn)的輸入信號(hào)進(jìn)行FFT變換并運(yùn)算后得到頻域數(shù)據(jù)；然后計(jì)算頻域數(shù)據(jù)積累前的輸入信噪比SNR1；將SNR1與第一級(jí)門限比較，判斷是否對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，得到輸出數(shù)據(jù)：如果大于第一級(jí)門限，不需要積累；如果小于第一級(jí)門限，由SNR1確定第二級(jí)門限，利用改進(jìn)的頻域非相干方式進(jìn)行積累，當(dāng)輸出信噪比達(dá)到第二級(jí)門限時(shí)停止積累；然后對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算得到目標(biāo)數(shù)據(jù)；最后對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值檢測(cè)，取最大譜值對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)為目標(biāo)頻點(diǎn)。本發(fā)明通過對(duì)積累前后信噪比判斷來自適應(yīng)調(diào)節(jié)非相干積累次數(shù)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可克服傳統(tǒng)方法中積累次數(shù)固定的缺點(diǎn)，有效降低計(jì)算量，提高實(shí)時(shí)檢測(cè)性能。
【專利說明】一種基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及信噪比較低且噪聲背景分布均勻的情況 下的單目標(biāo)檢測(cè)與處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)方法及 裝直。

【背景技術(shù)】
[0002] 積累方法是雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)和處理的經(jīng)典方法，適用于低信噪比下微弱信號(hào)的檢 測(cè)。通過一段時(shí)間的信號(hào)積累，在時(shí)間允許條件下，理論上周期信號(hào)可以不斷提高信噪比， 準(zhǔn)周期信號(hào)也可根據(jù)自身的特點(diǎn)，通過一定的補(bǔ)償后進(jìn)行信號(hào)積累處理。對(duì)于時(shí)域積累，信 號(hào)處理技術(shù)的關(guān)鍵在于時(shí)間包絡(luò)的對(duì)齊，即周期對(duì)準(zhǔn)；對(duì)于頻域積累，則利用變換域的方法 將需要處理的時(shí)域信號(hào)變換到頻域中，在頻域里按照頻點(diǎn)對(duì)齊完成信號(hào)的積累。
[0003] 常用的積累方法有相干積累和非相干積累兩種。相干積累是對(duì)相鄰周期的信號(hào)直 接相加，利用積分時(shí)間內(nèi)信號(hào)的相關(guān)性，將信號(hào)能量累加起來，由于噪聲在積分時(shí)間內(nèi)沒有 相干性，因此可顯著提高信噪比SNR(SignaltoNoiseRatio)。非相干積累是將信號(hào)求模 的平方（檢波）后再進(jìn)行累加，與相干積累相比，去除了相位信息，僅保留了幅度信息，對(duì) SNR的改善要差一些。對(duì)于M次積累，相干積累可以使SNR提高為原來的M倍，非相干積累 SNR的改善在M和#之間，當(dāng)M很大時(shí)趨近于。
[0004] 對(duì)于頻域積累，一般對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT(FastFourierTransform)運(yùn)算得到頻域數(shù) 據(jù)，然后進(jìn)行非相干積累。文獻(xiàn)"倪安勝等，基于FFT頻域積累的非接觸生命參數(shù)信號(hào)檢測(cè)， 第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003,24(2) : 172-175"中利用基于FFT的頻域積累方法提高系統(tǒng)的信 噪比，可檢測(cè)出強(qiáng)噪聲背景下的生命參數(shù)信號(hào)。申請(qǐng)?zhí)枮?01210538841. 9的專利申請(qǐng)介紹 了一種FFT非相干積累的硬件實(shí)現(xiàn)方法，可用較少的硬件資源來實(shí)現(xiàn)整個(gè)頻域累加過程。
[0005] 上述文獻(xiàn)和專利中對(duì)于頻域非相干積累的分析都是針對(duì)積累次數(shù)固定的情況，由 于實(shí)際信號(hào)功率事先未知，因此一般按照信號(hào)功率最差的情況來估算積累次數(shù)，導(dǎo)致積累 次數(shù)比較高。在實(shí)際的信號(hào)檢測(cè)中，有時(shí)候信號(hào)的回波功率較大，只需積累幾次甚至不需積 累即可滿足檢測(cè)要求，因此如何根據(jù)信號(hào)功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)積累次數(shù)，降低計(jì)算量，對(duì)于提升 雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)性能具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有頻域非相干積累方法中積累次數(shù)固定的缺 點(diǎn)，提供一種基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)方法及裝置，利用積累前后的信噪比 自適應(yīng)調(diào)節(jié)積累次數(shù)，降低積累過程的計(jì)算量，提高實(shí)時(shí)檢測(cè)性能。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0009] (1)對(duì)一幀N點(diǎn)的輸入信號(hào)進(jìn)行FFT變換后得到N點(diǎn)數(shù)據(jù)，取N點(diǎn)數(shù)據(jù)的前N/2點(diǎn) 并求模的平方作為輸入信號(hào)的頻域數(shù)據(jù)，N為2的整數(shù)次冪；
[0010] ⑵計(jì)算步驟⑴中頻域數(shù)據(jù)積累前的輸入信噪比SNR1;
[0011] (3)設(shè)定第一級(jí)門限的兩個(gè)門限值T11和T12、第二級(jí)門限的兩個(gè)門限值T21和 T22(T11、T12、T21、T22根據(jù)輸入信噪比的大小視實(shí)際情況而定），將步驟（2)中計(jì)算得到 的輸入信噪比SNR1與第一級(jí)門限的兩個(gè)門限值T11和T12比較，判斷是否對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行 積累，得到輸出數(shù)據(jù)：
[0012] ①如果SNRDT11，不對(duì)步驟（1)中的頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，輸出數(shù)據(jù)即頻域數(shù)據(jù)；
[0013] ②如果T12彡SNR1彡T11，采用改進(jìn)的頻域非相干積累方式對(duì)步驟⑴中的頻域 數(shù)據(jù)進(jìn)行非相干積累，直到積累后的輸出數(shù)據(jù)的輸出信噪比SNR2XT21時(shí)停止積累；
[0014] ③如果SNR1〈T12,采用改進(jìn)的頻域非相干積累方式對(duì)步驟（1)中的頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行 非相干積累，直到積累后的輸出數(shù)據(jù)的輸出信噪比SNR2XT22時(shí)停止積累；
[0015] 上述四個(gè)門限值滿足：T11>T12,T2DT22 ;
[0016] (4)對(duì)步驟（3)中的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，得到目標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0017] (5)對(duì)步驟（4)計(jì)算得到的目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值檢測(cè)，取目標(biāo)數(shù)據(jù)的最大譜值對(duì)應(yīng) 的頻點(diǎn)為目標(biāo)頻點(diǎn)。
[0018] 按上述方案，所述步驟（2)中計(jì)算輸入信噪比SNR1時(shí)，取N/2點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)中最大 值作為信號(hào)功率Ps，取其它N/2-1點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)均值作為噪聲功率PN，Ps與PN的比值作為輸 入信噪比SNR1。
[0019] 按上述方案，所述步驟（3)中改進(jìn)的頻域非相干積累方式，具體如下：
[0020] A)首先，將輸入的連續(xù)M幀N/2點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)按頻點(diǎn)對(duì)齊進(jìn)行M次累加，得到累加后 的N/2點(diǎn)累加頻域數(shù)據(jù)；
[0021] B)其次，取除最大值外的N/2-1點(diǎn)累加頻域數(shù)據(jù)的均值作為噪聲積累量（累加噪 聲功率），然后將所有N/2點(diǎn)累加頻域數(shù)據(jù)都減去噪聲積累量并取模，作為積累后的輸出數(shù) 據(jù)。
[0022] 按上述方案，所述步驟（3)中輸出信噪比SNR2取N/2點(diǎn)輸出數(shù)據(jù)中最大值與其它 N/2-1點(diǎn)輸出數(shù)據(jù)均值的比值。
[0023] 按上述方案，所述步驟（4)中自相關(guān)運(yùn)算是對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行平方運(yùn)算。
[0024] 本發(fā)明還提供了一種基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)裝置，包括：
[0025] 頻域數(shù)據(jù)獲取模塊，用于對(duì)一幀N點(diǎn)的輸入信號(hào)進(jìn)行FFT變換后得到N點(diǎn)數(shù)據(jù)，取 N點(diǎn)數(shù)據(jù)的前N/2點(diǎn)并求模的平方作為輸入信號(hào)的頻域數(shù)據(jù)，N為2的整數(shù)次冪；
[0026] 輸入信噪比計(jì)算模塊，用于計(jì)算頻域數(shù)據(jù)積累前的輸入信噪比SNR1 ;
[0027] 非相干積累模塊，用于設(shè)定第一級(jí)門限的兩個(gè)門限值T11和T12、第二級(jí)門限的兩 個(gè)門限值T21和T22后，將輸入信噪比SNR1與第一級(jí)門限的兩個(gè)門限值T11和T12比較， 判斷是否對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，得到輸出數(shù)據(jù)：
[0028] ①如果SNRDT11，不對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，輸出數(shù)據(jù)即頻域數(shù)據(jù)；
[0029] ②如果T12 <SNR1 <T11，采用改進(jìn)的頻域非相干積累方式對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行非相 干積累，直到積累后的輸出數(shù)據(jù)的輸出信噪比SNR2XT21時(shí)停止積累；
[0030] ③如果SNR1〈T12,采用改進(jìn)的頻域非相干積累方式對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行非相干積累， 直到積累后的輸出數(shù)據(jù)的輸出信噪比SNR2XT22時(shí)停止積累；
[0031] 上述四個(gè)門限值滿足：T11>T12,T2DT22 ;
[0032] 自相關(guān)運(yùn)算模塊，用于對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，得到目標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0033] 峰值檢測(cè)模塊，用于對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值檢測(cè)，取目標(biāo)數(shù)據(jù)的最大譜值對(duì)應(yīng)的頻 點(diǎn)為目標(biāo)頻點(diǎn)。
[0034] 按上述方案，所述輸入信噪比計(jì)算模塊計(jì)算輸入信噪比SNR1時(shí)，取N/2點(diǎn)頻域數(shù) 據(jù)中最大值作為信號(hào)功率Ps，取其它N/2-1點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)均值作為噪聲功率PN，Ps與PN的比 值作為輸入信噪比SNR1。
[0035] 按上述方案，所述非相干積累模塊計(jì)算輸出信噪比SNR2時(shí)，取N/2點(diǎn)輸出數(shù)據(jù)中 最大值與其它N/2-1點(diǎn)輸出數(shù)據(jù)均值的比值。
[0036] 按上述方案，所述自相關(guān)運(yùn)算模塊對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算是指對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn) 行平方運(yùn)算。
[0037] 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果：
[0038] 1、利用信號(hào)積累前的信噪比來判斷是否需要積累以及積累后需要達(dá)到的信噪比， 利用積累前后的信噪比來自適應(yīng)調(diào)節(jié)積累次數(shù)，方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，可克服傳統(tǒng)積累 方法中積累次數(shù)固定的缺陷，有效降低積累次數(shù)，提高實(shí)時(shí)檢測(cè)性能，在雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)領(lǐng)域 有較高的應(yīng)用價(jià)值；
[0039] 2、積累中采用去除噪聲均值的改進(jìn)頻域非相干積累方式，以降低噪聲積累量，提 高輸出信噪比，最后通過自相關(guān)運(yùn)算進(jìn)一步提高信噪比，尤其適用于均勻噪聲背景下的單 目標(biāo)檢測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040] 圖1是本發(fā)明基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)方法的工作原理框圖；
[0041] 圖2是本發(fā)明基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)方法的處理流程圖；
[0042] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例輸入信號(hào)信噪比較高（SNRDT11)時(shí)的頻譜圖；
[0043] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例輸入信號(hào)信噪比較低（T12彡SNR1彡T11)時(shí)的頻譜圖；
[0044] 圖5是圖4中信號(hào)經(jīng)過自適應(yīng)頻域非相干積累后的頻譜圖；
[0045] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例輸入信號(hào)信噪比很低（SNR1〈T12)時(shí)的頻譜圖；
[0046] 圖7是圖6中信號(hào)經(jīng)過自適應(yīng)頻域非相干積累后的頻譜圖。

【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0048] 參照?qǐng)D1?圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢 測(cè)方法，包括以下步驟：
[0049] (1)設(shè)定第一級(jí)門限的兩個(gè)門限值Til= 16dB、T12 = 12dB，設(shè)定第二級(jí)門限的兩 個(gè)門限值T21 = 16dB、T22 = 13dB，初始化第二級(jí)門限T2 = 0 ;
[0050] (2)計(jì)算輸入信號(hào)的頻域數(shù)據(jù)，具體如下：
[0051]對(duì)一幀N點(diǎn)（N為2的整數(shù)次冪）的輸入信號(hào)x(n)，進(jìn)行FFT變換后得到N點(diǎn)數(shù)據(jù) X(k)：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 對(duì)一幀N點(diǎn)的輸入信號(hào)進(jìn)行FFT變換后得到N點(diǎn)數(shù)據(jù)，取N點(diǎn)數(shù)據(jù)的前N/2點(diǎn)并求 模的平方作為輸入信號(hào)的頻域數(shù)據(jù)，N為2的整數(shù)次冪； (2) 計(jì)算步驟（1)中頻域數(shù)據(jù)積累前的輸入信噪比SNR1 ; (3) 設(shè)定第一級(jí)門限的兩個(gè)門限值T11和T12、第二級(jí)門限的兩個(gè)門限值T21和T22,將 步驟（2)中計(jì)算得到的輸入信噪比SNR1與第一級(jí)門限的兩個(gè)門限值T11和T12比較，判斷 是否對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，得到輸出數(shù)據(jù)： ① 如果SNR1>T11，不對(duì)步驟（1)中的頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，輸出數(shù)據(jù)即頻域數(shù)據(jù)； ② 如果T12彡SNR1彡T11，采用改進(jìn)的頻域非相干積累方式對(duì)步驟（1)中的頻域數(shù)據(jù) 進(jìn)行非相干積累，直到積累后的輸出數(shù)據(jù)的輸出信噪比SNR2XT21時(shí)停止積累； ③ 如果SNR1〈T12,采用改進(jìn)的頻域非相干積累方式對(duì)步驟（1)中的頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行非相 干積累，直到積累后的輸出數(shù)據(jù)的輸出信噪比SNR2XT22時(shí)停止積累； 上述四個(gè)門限值滿足：T11>T12, T2DT22 ; (4 )對(duì)步驟（3 )中的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，得到目標(biāo)數(shù)據(jù)； (5)對(duì)步驟（4)計(jì)算得到的目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值檢測(cè)，取目標(biāo)數(shù)據(jù)的最大譜值對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn) 為目標(biāo)頻點(diǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于， 所述步驟（2)中計(jì)算輸入信噪比SNR1時(shí)，取N/2點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)中最大值作為信號(hào)功率Ps，取 其它N/2-1點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)均值作為噪聲功率PN，Ps與PN的比值作為輸入信噪比SNR1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于， 所述步驟（3)中改進(jìn)的頻域非相干積累方式，具體如下： A) 首先，將輸入的連續(xù)M幀N/2點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)按頻點(diǎn)對(duì)齊進(jìn)行M次累加，得到累加后的 N/2點(diǎn)累加頻域數(shù)據(jù)； B) 其次，取除最大值外的N/2-1點(diǎn)累加頻域數(shù)據(jù)的均值作為噪聲積累量，然后將所有 N/2點(diǎn)累加頻域數(shù)據(jù)都減去噪聲積累量并取模，作為積累后的輸出數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于， 所述步驟（3)中輸出信噪比SNR2取N/2點(diǎn)輸出數(shù)據(jù)中最大值與其它N/2-1點(diǎn)輸出數(shù)據(jù)均 值的比值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于， 所述步驟（4)中自相關(guān)運(yùn)算是對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行平方運(yùn)算。
6. -種基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)裝置，其特征在于，包括： 頻域數(shù)據(jù)獲取模塊，用于對(duì)一幀N點(diǎn)的輸入信號(hào)進(jìn)行FFT變換后得到N點(diǎn)數(shù)據(jù)，取N點(diǎn) 數(shù)據(jù)的前N/2點(diǎn)并求模的平方作為輸入信號(hào)的頻域數(shù)據(jù)，N為2的整數(shù)次冪； 輸入信噪比計(jì)算模塊，用于計(jì)算頻域數(shù)據(jù)積累前的輸入信噪比SNR1 ; 非相干積累模塊，用于設(shè)定第一級(jí)門限的兩個(gè)門限值T11和T12、第二級(jí)門限的兩個(gè)門 限值T21和T22后，將輸入信噪比SNR1與第一級(jí)門限的兩個(gè)門限值T11和T12比較，判斷 是否對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，得到輸出數(shù)據(jù)： ① 如果SNRDT11，不對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，輸出數(shù)據(jù)即頻域數(shù)據(jù)； ② 如果T12 < SNR1 < T11，采用改進(jìn)的頻域非相干積累方式對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行非相干積 累，直到積累后的輸出數(shù)據(jù)的輸出信噪比SNR2>T21時(shí)停止積累； ③如果SNR1〈T12,采用改進(jìn)的頻域非相干積累方式對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行非相干積累，直到 積累后的輸出數(shù)據(jù)的輸出信噪比SNR2XT22時(shí)停止積累； 上述四個(gè)門限值滿足：T11>T12, T2DT22 ; 自相關(guān)運(yùn)算模塊，用于對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，得到目標(biāo)數(shù)據(jù)； 峰值檢測(cè)模塊，用于對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值檢測(cè)，取目標(biāo)數(shù)據(jù)的最大譜值對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)為 目標(biāo)頻點(diǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述輸入信噪比計(jì)算模塊計(jì)算輸入信噪比SNR1時(shí)，取N/2點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)中最大值作為信號(hào)功 率Ps，取其它N/2-1點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)均值作為噪聲功率PN，Ps與P N的比值作為輸入信噪比SNR1。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述非相干積累模塊計(jì)算輸出信噪比SNR2時(shí)，取N/2點(diǎn)輸出數(shù)據(jù)中最大值與其它N/2-1點(diǎn) 輸出數(shù)據(jù)均值的比值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于自適應(yīng)頻域非相干積累的目標(biāo)檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述自相關(guān)運(yùn)算模塊對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算是指對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行平方運(yùn)算。
【文檔編號(hào)】G01S7/41GK104330780SQ201410498421
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】薛偉, 童蓬, 榮霞, 陳振興 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）