一种脉内双频退速度模糊和距离模糊方法及系统与流程

本发明涉及雷达信号处理领域，特别是一种脉内双频退速度模糊和距离模糊方法及系统。

背景技术：

天气雷达数字信号处理系统主要是对天气回波进行强度、径向速度及谱宽估计处理，以获取回波信号强度的风场等信息。对于一固定脉冲重复频率的雷达，其最大无模糊速度由(1)式来表示。

式中：

vmax：最大无模糊速度；

λ：雷达波长；

prf：雷达脉冲重复频率。

其最大无模糊距离由(2)式表示。

式中：

rmax：最大无模糊距离；

c：光速。

所以，其最大无模糊速度和最大无模糊距离的乘积为(3)式。

rmaxvmax＝±λc/4(3)

上式右边为一常数，因此要获得最大无模糊速度需要提高雷达脉冲重复频率，但提高雷达脉冲重复频率则会减少最大无模糊距离，有时将会存在速度覆盖和距离覆盖不能兼顾的矛盾。

为了解决这一矛盾，现有技术采用双重复频率(一般分为参差变比(aprf)和脉组变比(dprf)两种方式)消除速度模糊；采用相位编码方法消除距离模糊。但如果雷达脉冲重复频率较低或波长较小，采用双重复频率仍不能保证完全消除速度模糊；采用相位编码法会导致回波信噪比恶化，对真实回波数据的恢复依然有较大影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种一种脉内双频退速度模糊和距离模糊方法及系统，能够同时解决天气雷达应用中速度模糊和距离模糊的问题，为了同时解决距离模糊和速度模糊的矛盾，采用脉内发射双频数字波形，数字波形产生的激励信号在脉内采用不同的频率，数字接收通道通过不同的数字滤波器进行分离，分离后的脉内双频回波信号输出至多普勒信号处理单元进行处理，实现同时消除速度模糊和距离模糊。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种脉内双频退速度模糊和距离模糊系统，它包括发射系统和接收系统，它还包括双路数字波形产生模块、数字中频接收模块和多普勒信号处理模块，所述的双路数字波形产生模块产生两路频率不同的发射激励信号，并输出至发射系统并经天线向空间发射，天线接收的回波信号经接收系统处理得到中频信号，数字中频接收模块接收该中频信号，并对应发射的频率差产生两路相应的数字滤波器分别接收处理两个频率的回波信号至零中频，再输出给多普勒信号处理模块，多普勒信号处理模块对两路信号进行进行相应的解模糊处理，同时实现退速度模糊和距离模糊；

所述的两路频率不同的发射激励信号为低重复频率信号，两路发射激励信号之间时间间隔小；

所述的多普勒信号处理模块采用脉冲对处理法计算扩展速度。

所述的两路频率不同的发射激励信号之间的频率至少相差6mhz。

一种脉内双频退速度模糊和距离模糊方法，它包括如下步骤：

s1、双路数字波形产生模块产生两路频率不同的低重复频率发射激励信号，并输出至发射系统并经天线向空间发射；

s2、天线接收的回波信号经接收系统处理得到中频信号；

s3、数字中频接收模块接收该中频信号，并对应发射的频率差产生两路相应的数字滤波器分别接收处理两个频率的回波信号至零中频，再输出给多普勒信号处理模块；

s4、多普勒信号处理模块对两路信号进行进行相应的解模糊处理，同时实现退速度模糊和距离模糊；

计算扩展速度：

其中，

λ表示雷达工作波长；

tf表示脉内双频间的周期；

φ表示脉冲间的相位差；

采用低重复频率发射激励信号，避免距离模糊。

所述的两路频率不同的低重复频率发射激励信号之间的频率至少相差6mhz。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种一种脉内双频退速度模糊和距离模糊方法及系统，能够同时解决天气雷达应用中速度模糊和距离模糊的问题，为了同时解决距离模糊和速度模糊的矛盾，采用脉内发射双频数字波形，数字波形产生的激励信号在脉内采用不同的频率，数字接收通道通过不同的数字滤波器进行分离，分离后的脉内双频回波信号输出至多普勒信号处理单元进行处理，实现同时消除速度模糊和距离模糊。

(1)不管是对于s、c还是毫米波段天气雷达雷达，采用本发明可彻底解决速度模糊问题；

(2)降低了雷达脉冲重复频率，同时从原理上保证不会出现距离模糊现象。

附图说明

图1为脉内双频退速度模糊和距离模糊系统组成框图；

图2为脉内双频脉冲发射示意图；

图3为双路数字带通滤波器仿真示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

一种脉内双频退速度模糊和距离模糊系统，它包括发射系统和接收系统，它还包括双路数字波形产生模块、数字中频接收模块和多普勒信号处理模块，所述的双路数字波形产生模块产生两路频率不同的发射激励信号，并输出至发射系统并经天线向空间发射，天线接收的回波信号经接收系统处理得到中频信号，数字中频接收模块接收该中频信号，并对应发射的频率差产生两路相应的数字滤波器分别接收处理两个频率的回波信号至零中频，再输出给多普勒信号处理模块，多普勒信号处理模块对两路信号进行进行相应的解模糊处理，同时实现退速度模糊和距离模糊；

所述的两路频率不同的发射激励信号为低重复频率信号，两路发射激励信号之间时间间隔小；

所述的多普勒信号处理模块采用脉冲对处理法计算扩展速度。

所述的两路频率不同的发射激励信号之间的频率至少相差6mhz。

如图1所示，双路数字波形产生模块根据控制命令产生频率分别为f1和f2的两个发射波形并按图2所示的发射脉冲形式输出给发射系统，并经天线向空间发射。数字中频接收模块接收来自天线接收的回波信号并经接收系统处理后的中频信号，并对应发射的频率差产生两路相应的数字滤波器分别接收处理两个频率的回波信号至零中频iq信号输出给多普勒信号处理模块。多普勒信号处理单元接收数字中频输出的两路零中频iq数据进行处理，其中扩展速度模糊处理方法按进行处理，强度等其他参数的估计和处理采用常规天气雷达信号处理算法即可。

一种脉内双频退速度模糊和距离模糊方法，它包括如下步骤：

s1、双路数字波形产生模块产生两路频率不同的低重复频率发射激励信号，并输出至发射系统并经天线向空间发射；

s2、天线接收的回波信号经接收系统处理得到中频信号；

s3、数字中频接收模块接收该中频信号，并对应发射的频率差产生两路相应的数字滤波器分别接收处理两个频率的回波信号至零中频，再输出给多普勒信号处理模块；

s4、多普勒信号处理模块对两路信号进行进行相应的解模糊处理，同时实现退速度模糊和距离模糊；

计算扩展速度：

其中，

λ表示雷达工作波长；

tf表示脉内双频间的周期；

φ表示脉冲间的相位差；

采用低重复频率发射激励信号，避免距离模糊。

所述的两路频率不同的低重复频率发射激励信号之间的频率至少相差6mhz。

采用本发明在低重频时同时解决速度模糊和距离模糊问题。在计算强度时，可以利用同距离段的两个脉冲进行平均，相同转速下脉冲积累数在500hz和1000hz时保持一致，而速度采用脉内两个脉冲间相差来计算，脉冲数相对减少一半。但因为两个脉冲时间间隔小，比如10μs，则相当于脉冲重复频率为100000hz，极大地拓展了多普勒测速的范围；同时因为采用低重频工作，也避免了距离模糊的出现。其脉冲发射形式如图2所示。

脉内两个频率f1和f2时间差tf，脉冲重复周期为tr进行发射可实现同时退速度模糊和距离模糊。

对于c波段雷达来说，如工作波长λ取5.45cm，双频脉冲间隔10μs(相当于脉冲重复频率100000hz)，根据扩展速度计算可知，理论上可分辨±1300m/s的速度场，不可能再出现速度模糊的可能。

为了确保无距离模糊，降低雷达脉冲重复频率即可实现。但系统在同一脉冲周期内发射两个波形，如两个波形之间不采取隔离措施，则会引入互相干扰，影响天气雷达的实际探测效果。系统采用频分发射方式，即两个波形采用不同频率解决脉内脉冲间的干扰问题。数字波形产生的激励在脉内两个波形之间采用不同的频率(比如中心频点采用27mhz和33mhz，至少相差6mhz)，这样数字接收通道通过不同的滤波器进行分离。6mhz左右的频率差，对脉内两个脉冲之间提供的隔离度可高达60db以上，两者之间的隔离度可以保证相邻脉冲之间几乎没有影响，从而确保无距离模糊的同时确保脉内两个脉冲之间不会产生互相干扰。此种处理方法付出的代价是数字接收机输出的iq通道数将从一路增加成两路，不过相对于实际探测效果而言，硬件的增加是完全值得的。带通数字滤波器仿真示意图如图3所示。

如图1所示，双路数字波形产生模块根据控制命令产生频率分别为f1和f2的两个发射波形并按图2所示的发射脉冲形式输出给发射系统，并经天线向空间发射。数字中频接收模块接收来自天线接收的回波信号并经接收系统处理后的中频信号，并对应发射的频率差产生两路相应的数字滤波器分别接收处理两个频率的回波信号至零中频iq信号输出给多普勒信号处理模块。多普勒信号处理单元接收数字中频输出的两路零中频iq数据进行处理，其中扩展速度模糊处理方法按进行处理，强度等其他参数的估计和处理采用常规天气雷达信号处理算法即可。

利用信号源模拟回波输入，在不同的频偏条件下，采用本发明的方法进行扩展速度测量范围数据和理论计算速度值对比如表1所示：

表1本发明方法的速度测量值和理论计算速度值对比

从表1可以看出，本发明方法的速度测量值和理论计算速度值误差值在0.2m/s以内，完全满足目前多普勒天气雷达速度误差小于1m/s的要求。

利用信号源作为输入信号，分别测试两个频点间的隔离效果，频分隔离度测试结果如表2所示。

表2两个波形间频分隔离度测试记录表

从上表可以看出，采用频分波形隔离，频率间隔6mhz时两个脉冲之间隔离度大于69db，低频率保证无距离模糊的同时也确保两个脉冲之间互不干扰。