A Doppler frequency estimation algorithm based on band mismatch

Abstract

The Doppler frequency shift can make a mismatch in frequency band between the linear frequency modulation (LFM) signal and its matched filter. The amplitude and delay of the output pulse are based on the degree of the mismatch. An algorithm of Doppler frequency estimation is proposed basing on the amplitude of the output pulse. The algorithm sets a group of matched filters whose middle frequencies increase in an established pattern. When the echo pulse goes through them, the outputs will appear in different amplitudes and delays. The Doppler frequency is calculated by the two pulses whose amplitude is the biggest. The delay of echo will be compensated by the estimated Doppler frequency, which may achieve the target's precise location. Compared to standard processing of matched filtering, this algorithm dosen't cost more time. In addition, the Hyper-Rayleigh limit estimation can be achieved in the condition of a appropriate signal-to-noise ratio (SNR). The principle is discussed in this paper, and the simulation illustrates the feasibility and effectiveness of the algorithm.Index Terms-LFM, Doppler frequency shift, matched filter group, pulse compression.

Target Velocity Estimation Method Using the Single-Pulse LFM Waveform

“…반면에 좋은 도플러 내성은 단일 펄스 LFM 파 형으로 표적의 도플러 속도를 추정하는 것을 어렵게 한 다. LFM 파형에서 속도를 추정하는 기존 연구들은 존재 한다 [3]～ [5] . 참고문헌 [3]은 LFM 파형의 펄스 압축에서 나 타나는 거리-도플러 결합(range-Doppler coupling) 현상을 이용한 것이며, 참고문헌 [4]는 정합 필터(matched filter) 와 신호의 도플러 주파수와의 불일치에 의한 SNR 손실 현상을 이용한 것이다. 참고문헌 [3]과 [4]의 방법들은 레 이다 반사 신호의 시간 축 영역에서 표적 신호가 있는 부 분을 최적으로 추출할 수 있어야 최적으로 동작한다.…”

“…참고문헌 [3]은 LFM 파형의 펄스 압축에서 나 타나는 거리-도플러 결합(range-Doppler coupling) 현상을 이용한 것이며, 참고문헌 [4]는 정합 필터(matched filter) 와 신호의 도플러 주파수와의 불일치에 의한 SNR 손실 현상을 이용한 것이다. 참고문헌 [3]과 [4]의 방법들은 레 이다 반사 신호의 시간 축 영역에서 표적 신호가 있는 부 분을 최적으로 추출할 수 있어야 최적으로 동작한다. 그 러나 참고문헌 [3]과 [4]에는 최적의 알고리즘 동작을 위 한 표적 신호 추출 방법이 기술되지 않아 실제 적용에 제 한적이다.…”

“…참고문헌 [3]과 [4]의 방법들은 레 이다 반사 신호의 시간 축 영역에서 표적 신호가 있는 부 분을 최적으로 추출할 수 있어야 최적으로 동작한다. 그 러나 참고문헌 [3]과 [4]에는 최적의 알고리즘 동작을 위 한 표적 신호 추출 방법이 기술되지 않아 실제 적용에 제 한적이다. 참고문헌 [5]의 방법은 부분적으로 상승 스윕 (sweep) 주파수와 하강 스윕 주파수를 가지는 LFM 파형 (triangular FM 파형)으로 표적의 도플러를 추출한다.…”