基于循环互相关的窄带回波多普勒频移估计

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第２２卷第３期 航天电子对抗 ３１

基于循环互相关的窄带回波多普勒频移估计

史建锋 ，马 强

（１．北京军代局，北京１０００４１；２．解放军电子工程学院，合肥２３００３７）

摘要： 针对雷达窄带回波信号的循环互相关估计多普勒频移问题进行了研究。利用信

号循环平稳特性，分析了存在多普勒频移条件下雷达窄带回波信号的循环统计特性，在此基础

上提出了基于循环互相关变换的多普勒频移估计算法，该方法能有效地估计多普勒频移参数。

最后利用计算机进行了仿真实验，验证了该算法的有效性。

关键词：循环互相关；线性调频；多普勒频移；估计

中图分类号： ＴＮ９１１ 文献标识码：Ａ

Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｄａｒ ｓｉｇｎａｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ

ｃｙｃｌｉｃ ＣＲＯＳＳ—ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ

Ｓｈｉ Ｊ ｉａｎｆｅｎｇ ．Ｍａ Ｑｉａｎｇ

（１．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＰＬＡ，Ｈｅｆｅｉ ２３００３７，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｄａｒ ｎａｒｒｏｗ ｂａｎｄ ｅｃｈｏ ｓｉｇｎａｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｙｃｌｉｃ ｃｒｏｓｓ—ｃｏｒｒｅｌａ—

ｔｉｏｎ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｃｙｃｌｉｃ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅｃｈｏ ＬＦＭ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｅｓｔｉ—

ｍａｒｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｙｃｌｉｃ ｃｒｏｓｓ－ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｅｆｆｉ—

ｃｉｅｎｔｌｙ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ；ｃｙｃｌｉｃ ｃｒｏｓｓ—ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ；ｌｉｎｅａｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ＿ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ

１ 引言

下，基于循环互相关变换的回波信号多普勒频移估计

方法。

在雷达、声纳信号处理中，对低信噪比条件下目标

回波信号的多普勒频率进行估计具有十分重要的意

２循环平稳性

义。宽带信号携带有更多目标信息，所以对宽带信号 实际中有一类特殊的非平稳信号，它们具有周期

的分析和处理已成为研究的热点ｌ１］。对于这类信号，

平稳性，即其统计参数，如均值、相关函数等，都是随时

目前通常的做法是将其转化为窄带信号，进而利用传

间周期性变化。这类信号可建模为循环平稳随机过

统的方法进行处理。因此，研究窄带回波信号处理方 程，循环平稳过程可以用循环相关函数等来表征，该理

法具有重要的意义。

论就被称为谱相关理论［＇３－４＂１。

为了增加探测距离并保证高分辨率，脉冲雷达常

如果一个随机过程ｚ（ｆ）的均值和自相关函数具

采用具有大时宽带宽积的线性调频（ＬＦＭ）信号作为

有周期性（周期为Ｔｏ），则称ｚ（ｔ）为广义循环平稳过

发射信号。文献Ｅ２］针对ＬＦＭ信号提出了基于循环

程，简称为循环平稳过程，则其均值Ｍ （ ）及自相关函

互相关包络的时延估计算法，但并没有讨论多普勒频

数Ｒ （￡，ｔ＋ ）分别有：

率的问题。本文以雷达回波信号处理为应用背景，探

Ｍ （￡）＝Ｅ［－ｘ（ｔ）］＝Ｅ［－ｘ（ｔ＋ｎＴｏ）］ （１）

讨发射信号为ＬＦＭ信号时，窄带回波信号模型假设

Ｒ （￡，“）： ［ｚ（￡）ｚ （￡＋“）］

：Ｒ （￡＋ Ｔ０，ｔ＋ Ｔｏ＋“） （２）

收稿日期，２００５—１１—２９￣２００６～０３一Ｏ６修回。

式中，Ｔ。＝ ／口， 为整数， 为循环频率。信号ｚ（￡）、

作者简介：史建锋（１９７７一），男，硕士，主要研究方向为信号检测与

（￡）的循环互相关函数定义为 ］：

１ ｒ＋１１／２

处理Ｉ马强（１９７２一），男，硕士，工程师，主要从事产品检验验收工作。

Ｒ （ｒ）＝ｌｉｍ寺ｌ Ｒ （￡，ｔ＋ｒ）ｅ ｄｔ （３）