一种基于共轭对称结构的高效MTD处理方法与流程

专利2026-08-25  28


本发明涉及雷达信号处理,尤其涉及一种基于共轭对称结构的高效mtd处理方法。


背景技术:

1、随着技术的发展,当今雷达作战场景日益复杂,雷达要求使用的数据率越来越大,致使后端信号处理平台需要处理的数据量急剧增加;当前雷达基本上都是相参雷达,因其周期之间的发射信号相位确定及其可靠的性能,从而提供了提取目标多普勒特性的可能性。正是基于此种雷达的相参体制,使得雷达工作在复杂环境中通过mtd(moving targetdetect)即动目标检测技术,得以抑制杂波实现对运动目标的检测;mtd处理是通过部分重叠的多普勒滤波器组,将不同多普勒通道的目标和杂波区分开,从而实现雷达对于运动目标的检测,是雷达信号处理中的重要环节。

2、从信号处理设计角度看,mtd的实现方法主要由快速傅里叶变换(fft)和fir滤波器两种,工程上,因快速傅里叶变换(fft)在软硬平台上有更广泛的理论基础,使用fft更容易实现,与fir滤波器相比,fft的算法实现复杂度更低,且运算速度更快;对于n个周期的回波,通过使用fft进行m点mtd处理,每一个点的输出值即为m点fft处理的1/m周期频率成分,相当于n个周期回波在此频率上进行了一次积累,进而实现相参积累,同时获得目标的多普勒信息,实现了mtd处理。由于fft工程实现算法中需要处理点数m为2的幂次方,因此m≥n,而大多数情况下雷达设计未能恰好地设计在2的幂次方上,而fir滤波器组对积累点数无此要求;通常设计使用的fir滤波器是有限脉冲响应(fir)滤波器,具有较好的稳定性、较理想的线性相位,应用广泛,而它不足之处,最主要的一点是滤波性能越好,往往需要的阶数越高,也因此存在时延大、所需的存储单元多等问题。对于传统方式的fir滤波器需要对每个运算数据进行逐个的乘累加,因此需要的时间资源比快速傅里叶变换(fft)消耗更大,随着数据量的增大,对其处理速度影响尤其明显;dsp作为专用的数字信号处理器件,拥有强大的专业的计算能力,适合实现较为复杂算法处理,但其串行指令限制了其对高速信号的处理能力,在限制的处理时间资源下,不利于其在更多更复杂的算法中实时处理,进而影响到信号处理性能的优化提升;因此对基于fir滤波器组的mtd处理进行优化处理,是目前需要考虑的问题。


技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供了一种基于共轭对称结构的高效mtd处理方法,解决了现有技术存在的不足。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种基于共轭对称结构的高效mtd处理方法,所述mtd处理方法包括:

3、s1、计算各多普勒频率对应的导频矢量,并计算加窗等效滤波器系数;

4、s2、根据加窗导频矢量,利用频率对称性构建共轭复数对称加窗导频矢量矩阵,得到共轭复数对称的fir数字滤波器系数矩阵;

5、s3、利用干扰协方差矩阵r求逆匹配杂波,完成对fir滤波权系数的校正;

6、s4、利用dsp改进的哈佛结构特性进行内存块流水线架构,并根据fir滤波器共轭复数对称特性重构fir滤波器运算步骤,降低计算量,完成滤波处理,得到最后处理结果。

7、所述s1步骤具体包括以下内容:

8、s1-1、第k个多普勒通道的导频矢量为其中,φk(n)=2πnfktr,n=0,1,...,n-1,n为积累脉冲个数,fk为第k个滤波器的中心频率,tr为prt重复周期,[·]t表示矩阵转置,j表示虚数单位;

9、s1-2、在导频矢量的基础上进行加窗等效滤波器系数计算,得到加窗导频矢量其中·表示矩阵点乘,即对满足要求的频率取样响应加窗函数做截断处理,其中win为多普勒窗系数。

10、所述s2步骤具体包括以下内容:

11、根据s1-1和s1-2步骤得到加窗导频矢量设角频分量ω(k)=2πfktr,则φk(n)=nω(k),将角频分量设计成对称特性,进而得到加窗角频矢量根据欧拉公式变换得到角频矢量的对称公式其中*表示复数共轭,m为多普勒通道数,k=0,1,...,m-1为滤波器序号,当m为偶数时,即共轭复数偶对称;当m为奇数时,共轭复数奇对称。

12、所述s3步骤具体包括以下内容:

13、对加权的滤波器系数进行调整,利用杂波信息对权系数进行校正,从而更有效的抑制杂波分量,此时权系数为wk表示第k个滤波器的权系数,r为无动杂波条件下的干扰协方差矩阵,rc为杂波协方差矩阵,为噪声功率,得到干扰协方差矩阵i为单位矩阵,匹配杂波即是对r进行求逆运算与权系数点乘,从而形成零陷抑制。

14、所述s4步骤具体包括以下内容:

15、s4-1、利用dsp的哈佛结构特性,在dsp高速数据内存建立乒乓缓存,将mtd处理的数据矩阵按照距离门分段使用dma后台搬移,如果mtd处理数据矩阵为l×n,则令每次搬移数据段长度为lm,搬移次数为m=|l/lm|,当l%lm>0时,m自加1,且最后一次lm=l%lm,其中,l为距离单元,n为积累脉冲个数,%为取余,|·|为取整;

16、s4-2、利用dsp高效指令集及fir滤波器共轭对称特性重构fir在dsp上的乘累加处理运算,可对高速缓存的系数内存及数据内存进行预读取,再进行复数乘累加流水线操作;对于偶对称,多普勒通道k和通道m-1-k共轭复数对称,复数运算时虚部乘结果取反累加操作,同时计算得到共轭复数对称的滤波结果;同理共轭复数奇对称亦如此运算,但在|m/2通道处单独计算。

17、本发明具有以下优点:一种基于共轭对称结构的高效mtd处理方法,通过将fir滤波器组设计成共轭复数对称,重构fir滤波处理流程,并结合乒乓缓存、高效指令集、流水线优化实现快速计算共轭对称通道的滤波结果;同时可根据处理器高速缓存长短自由设计,由此更可进一步实现多核dsp处理器能够进行多核并行处理,降低处理器运算时间资源,增加mtd处理的实时性;对不同工程应用场景均可快速设计。



技术特征:

1.一种基于共轭对称结构的高效mtd处理方法,其特征在于:所述mtd处理方法包括:

2.根据权利要求1所述的一种基于共轭对称结构的高效mtd处理方法,其特征在于:所述s1步骤具体包括以下内容:

3.根据权利要求2所述的一种基于共轭对称结构的高效mtd处理方法,其特征在于:所述s2步骤具体包括以下内容:

4.根据权利要求1所述的一种基于共轭对称结构的高效mtd处理方法,其特征在于:所述s3步骤具体包括以下内容:

5.根据权利要求3所述的一种基于共轭对称结构的高效mtd处理方法,其特征在于:所述s4步骤具体包括以下内容:


技术总结
本发明涉及一种基于共轭对称结构的高效MTD处理方法,属于雷达信号处理领域,包括:计算各多普勒频率对应的导频矢量,并计算加窗等效滤波器系数;根据导频矢量,利用频率对称性构建共轭复数对称导频矢量矩阵,得到共轭复数对称的FIR数字滤波器系数矩阵;利用干扰协方差矩阵R求逆匹配杂波,完成对FIR滤波权系数的校正;利用DSP改进的哈佛结构特性进行内存块流水线架构,并根据FIR滤波器共轭复数对称特性重构FIR滤波器运算步骤,降低计算量,完成滤波器组的滤波处理,得到最后处理结果。本发明通过将FIR滤波器组设计成共轭复数对称,重构FIR滤波处理流程,并结合乒乓缓存、高效指令集、流水线优化实现快速计算结果。

技术研发人员:蒋易霖,周强,张红萍,张绍华,王山川,朱玉军,隆兴望
受保护的技术使用者:零八一电子集团有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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