系统工程与电子技术 ›› 2024, Vol. 46 ›› Issue (4): 1157-1166.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2024.04.03

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基于FrFT-Keystone运动补偿的OFDM声纳高速微弱目标相参积累检测算法

高一丁1,2, 吴敏1,2, 郝程鹏1,2,*, 商志刚3   

  1. 1. 中国科学院声学研究所, 北京 100190
    2. 中国科学院大学, 北京 100049
    3. 哈尔滨工程大学水声工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
  • 收稿日期:2023-02-10 出版日期:2024-03-25 发布日期:2024-03-25
  • 通讯作者: 郝程鹏
  • 作者简介:高一丁 (1999—), 男, 博士研究生, 主要研究方向为水声信号处理
    吴敏 (1988—), 女, 副研究员, 博士, 主要研究方向为水声信号处理、目标探测与成像、新体制声纳信号处理
    郝程鹏 (1975—), 男, 研究员, 博士, 主要研究方向为水声信号处理、阵列信号处理、信号检测
    商志刚 (1988—), 男, 教授, 博士, 主要研究方向为空海跨域通信组网、水下通信与组网、水下无人集群、跨域协同侦察
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(62371446);国家自然科学基金面上项目(61971412);国家自然科学基金青年基金项目(62001468);中国科学院青年创新促进会(2023030)

Coherent integration and detection algorithm for high-speed weak targets in OFDM sonar based on FrFT-Keystone motion compensation

Yiding GAO1,2, Min WU1,2, Chengpeng HAO1,2,*, Zhigang SHANG3   

  1. 1. Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
    2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
    3. College Underwater Acoustic Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
  • Received:2023-02-10 Online:2024-03-25 Published:2024-03-25
  • Contact: Chengpeng HAO

摘要:

针对水下目标探测中使用的正交频分复用信号, 提出了一种针对高速微弱目标的相参积累算法, 以解决多脉冲积累下由目标机动引起的较大相位变化和由水下环境中信噪比低导致的相参积累增益不足的问题。所提算法利用分数阶傅里叶变换来估计目标的运动参数并进行补偿, 并结合Keystone变换, 实现对高速微弱目标的多脉冲相参积累。理论推导和仿真实验结果表明, 所提算法能够有效补偿高速目标脉冲间的相位移动, 并在低信噪比环境下取得较好的能量积累效果。

关键词: 高速弱目标, 相参积累, 分数阶傅里叶变换, Keystone变换

Abstract:

A coherent integration algorithm for high-speed weak targets is proposed towards orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signals in underwater target detection. The algorithm solves the problem of insufficient coherent integration gain, which is caused by significant phase changes caused by target maneuvering under multi pulse integration and low signal to noise ratio (SNR) in underwater environments. The proposed algorithm utilizes fractional Fourier transform (FrFT) to estimate the motion parameters of the target and compensate for it, and combines Keystone transform (KT) to achieve multi pulse coherent integration for high-speed weak targets. Through theoretical derivation and simulation experiments, the results show that the proposed algorithm can effectively compensate for the phase shift between high-speed target pulses and achieve good energy integration effect in low SNR environments.

Key words: high-speed and weak target, coherent integration, fractional Fourier transform (FrFT), Keystone transform (KT)

中图分类号: