Clutter Suppression Method Based on Triple-Spectrum-Line Interpolation FFT

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2024.06.011

Abstract

Abstract:

Different from the traditional moving target indicator （MTI） or moving target detection （MTD） algorithms， a clutter suppression method based on triple-spectrum-line interpolation fast Fourier transform （FFT） is proposed. The radar echoes are windowed in the time domain， which is to suppress the spectral leakage and fence effect caused by non-synchronous sampling and periodic truncation. The radar echoes are processed by Fourier transform and triple-spectrum-line interpolated， and the frequency and amplitude components in the same distance unit can be estimated. The estimated results are compared with the clutter velocity threshold， if the estimated results are higher than the threshold， the amplitude value corresponding to the current frequency component is judged to be the target amplitude value， and outputting the Doppler velocity information， otherwise the target is not detected. The feasibility and effectiveness of the method are verified by simulation and experiment.

Key words: spectral leakage, fence effect, triple-spectrum-line interpolation, fast Fourier transform（FFT）, clutter suppression

摘要：

不同于传统的MTI/MTD算法，提出了一种基于三谱线插值FFT的杂波抑制方法。该方法先对回波信号进行时域加窗处理，抑制非同步采样和周期截断带来的频谱泄漏和栅栏效应，再进行傅里叶变换，采用三谱线插值估算每个距离单元上多个频率和幅度分量，并将估算结果与杂波速度阈值进行比较。若高于阈值，即判定当前频率分量对应的幅度值为目标幅度值，并输出多普勒速度信息；否则判定未检测到目标。通过仿真及试验验证了该方法的可行性和有效性。

关键词: 频谱泄漏, 栅栏效应, 三谱线插值, 快速傅里叶变换, 杂波抑制

CLC Number:

TN957.51

Donghua WANG, Shaohua CHEN, Chengxiao ZOU, Dongfang XIA. Clutter Suppression Method Based on Triple-Spectrum-Line Interpolation FFT[J]. Modern Defense Technology, 2024, 52(6): 80-87.

王冬华, 陈少华, 邹成晓, 夏东方. 一种基于三谱线插值FFT的杂波抑制方法[J]. 现代防御技术, 2024, 52(6): 80-87.

Figures/Tables 12

Fig. 1 Amplitude spectrum of non-synchronous sampling

Fig. 2 Flow chart of clutter suppression algorithm

Table 1 Parameter settings of simulation targets

目标	距离/km	多普勒速度/（m·s^-1）
1	80	25
2	20	30
3	50	32

Table 2 Parameter settings of simulation clutter

杂波

杂噪比/

距离/

平均速度/

（m·s^-1）

Fig. 3 Effect diagram of clutter suppression

Table 3 Performance comparison of three clutter suppression algorithms

算法	信噪比得益/dB			多普勒速度
算法	目标1	目标2	目标3	多普勒速度
三谱线插值FFT算法	7.116 3	7.119 5	7.115	精确多普勒速度信息
MTI	4.986 3	4.976 9	4.985 8	无
MTD	7.129 1	7.152 4	7.126 4	MTD通道号

Fig. 4 Processing result of MTD multi-channel

Table 4 Estimation results of target parameter

目标	$D o p l e r ∧$ $V 1$	$A m p 1 ∧$	$D o p l e r ∧$ $V 2$	$A m p 2 ∧$
1	24.98	379	52.44	8.961
2	71.18	11 030	29.94	379.7
3	60.77	10 400	32.02	371.4

Table 4 Estimation results of target parameter

目标	$D o p l e r ∧$ $V 1$	$A m p 1 ∧$	$D o p l e r ∧$ $V 2$	$A m p 2 ∧$
1	24.98	379	52.44	8.961
2	71.18	11 030	29.94	379.7
3	60.77	10 400	32.02	371.4

Fig. 5 Relationship between SNR and parameter estimation

Fig. 6 Estimation error curve of amplitude and Doppler velocity

Fig. 7 Effect image of target tracking

Fig. 8 Estimated results of target Doppler velocity

References 12

1	史林，程亮，杨万海. 雷达系统建模与仿真［M］. 北京：国防工业出版社， 2017.
	SHI Lin， CHENG Liang， YANG Wanhai. Modelling and Simulation of Radar System［M］. Beijing： National Defense Industry Press， 2017.
2	马晓岩. 雷达信号处理［M］. 长沙：湖南科学技术出版社， 2000.
	MA Xiaoyan. Radar Signal Processing［M］. Changsha： Hunan Science and Technology Press， 2000.
3	吴顺君. 雷达信号处理和数据处理技术［M］. 北京：电子工业出版社， 2017.
	WU Shunjun. Radar Signal Processing and Data Processing Technology［M］. Beijing： Publishing House of Electronics Industry， 2017.
4	谢运喜. 基于环境信息的杂波抑制滤波器设计方法研究［D］. 西安：西安电子科技大学， 2021.
	XIE Yunxi. Research on Clutter Suppression Filter Design Method Based on Environmental Information［D］. Xi'an： Xidian University， 2021.
5	周亚飞，赵修斌，邹鲲. FFT-MTD滤波器组优化设计与仿真［J］. 现代防御技术， 2011， 39（2）： 160-163， 175.
	ZHOU Yafei， ZHAO Xiubin， ZOU Kun. Optimized Design and Simulation for FFT-MTD Filter Banks［J］. Modern Defence Technology， 2011， 39（2）： 160-163， 175.
6	华敏，陈剑云. 一种高精度六谱线插值FFT谐波与间谐波分析方法［J］. 电力系统保护与控制， 2019， 47（11）： 9-15.
	HUA Min， CHEN Jianyun. A High Precision Approach for Harmonic and Interharmonic Analysis Based on Six-Spectrum-Line Interpolation FFT［J］. Power System Protection and Control， 2019， 47（11）： 9-15.
7	牛胜锁，梁志瑞，张建华，等. 基于四项余弦窗三谱线插值FFT的谐波检测方法［J］. 仪器仪表学报， 2012， 33（9）： 2002-2008.
	NIU Shengsuo， LIANG Zhirui， ZHANG Jianhua， et al. Harmonic Detection Approach Based on 4-Term Cosine Window Triple-Spectrum-Line Interpolation FFT［J］. Chinese Journal of Scientific Instrument， 2012， 33（9）： 2002-2008.
8	李平，李源，孔银昌. 一种加Nuttall窗三谱线插值FFT谐波检测算法［J］. 电子技术应用， 2017， 43（5）： 41-43.
	LI Ping， LI Yuan， KONG Yinchang. A Nuttall Window Three Spectral Line Interpolation FFT Harmonic Detection Algorithm［J］. Application of Electronic Technique， 2017， 43（5）： 41-43.
9	郑植，张俊敏，田贇祥，等. 一种基于谱线幅值归零的加窗插值FFT谐波检测方法［J］. 核聚变与等离子体物理， 2021， 41（3）： 215-220.
	ZHENG Zhi， ZHANG Junmin， TIAN Yunxiang， et al. A Windowed Interpolation FFT Harmonic Detection Method Based on Zeroing Spectral-Line Amplitudes［J］. Nuclear Fusion and Plasma Physics， 2021， 41（3）： 215-220.
10	黄少雄，黄星宇，黄太贵，等. 基于布莱克曼窗的双窗全相位傅里叶谐波分析［J］. 电力系统及其自动化学报， 2020， 32（3）： 82-88.
	HUANG Shaoxiong， HUANG Xingyu， HUANG Taigui， et al. Harmonic Analysis Using Double-Window All-Phase FFT Based on Blackman Window［J］. Proceedings of the CSU-EPSA， 2020， 32（3）： 82-88.
11	孙海浪，侯庆禹，陈昌云，等. 单脉冲和差波束及测角方法研究［J］. 航天电子对抗， 2012， 28（1）： 42-44.
	SUN Hailang， HOU Qingyu， CHEN Changyun， et al. Study on the Method of Sum and Difference Patterns and Angle Method［J］. Aerospace Electronic Warfare， 2012， 28（1）： 42-44.
12	彭咏龙，李蕊，马锡浩，等. 汉宁双窗全相位FFT三谱线插值检测谐波算法［J］. 电力科学与工程， 2021， 37（4）： 25-29.
	PENG Yonglong， LI Rui， MA Xihao， et al. Harmonic Detection Algorithm Based on Three-Spectrum-Line Interpolation of Double Hanning Windows All-Phase FFT［J］. Electric Power Science and Engineering， 2021， 37（4）： 25-29.

[1]	SHI Duan-yang, LIN Qiang, HU Bing, CHEN Jia-xun. Radar Clutter Suppression Method Based on Neural Network Optimized by Genetic Algorithm [J]. Modern Defense Technology, 2021, 49(6): 74-83.
[2]	ZHANG Hong-wei, XU Dao-ming, MA Jun-tao, RAN Hong-yuan. Radar Detection Method for Low-Altitude Slow and Small Target Based on Radon Transform [J]. Modern Defense Technology, 2018, 46(3): 105-111.