一种脉冲多普勒雷达解速度模糊的方法与流程

本发明涉及雷达信号处理领域，特别是涉及一种脉冲多普勒雷达解速度模糊的方法。

背景技术：

速度模糊问题是脉冲多普勒雷达的固有问题，当雷达发射脉冲的重复频率小于运动目标的最大多普勒频率时，会产生速度模糊；从而使雷达获取不到运动目标的真实速度，导致无法实现雷达的目标测速、目标跟踪等后续功能。

要消除速度模糊，目前普遍的解决方法有两个：一个是提高雷达发射脉冲的重复频率，但过高的脉冲重频又会导致运动目标的距离模糊；另一个方法是使用多个不同的重频同时对运动目标进行探测，并通过多普勒频移公式计算出目标真实速度，但由于真实的目标回波信息的信杂噪比受到外部环境的影响，本身存在误差和畸变，导致此方法在实际工程应用时并不能通过理论公式获得解析解，无法解出运动目标的真实速度。

故需要有一种适用于脉冲多普勒雷达实际使用场景，可以在运动目标的回波信息信杂噪比并不理想的情况下，解多普勒速度模糊的方法。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种脉冲多普勒雷达解速度模糊的方法，能够在运动目标的回波信息并不理想的情况下，解多普勒速度模糊，从而获得运动目标的真实速度。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种脉冲多普勒雷达解速度模糊的方法，包括：

步骤a：根据雷达参数与目标视在速度，以及第一门限对速度估算区间进行区间划分，筛选出可能的速度矩阵v_maybe。

步骤1、获得目标视在速度v_martix：

整理雷达各个脉冲重复周期pri获得的过检测门限的视在速度，形成速度矩阵，记为v_martix。

多重频多载频联合的有益效果是：充分利用雷达的固有设计参数，通过多重频多载频对同一目标的多次检测，获取该运动目标的速度集中性；且所使用的多个重频、多个载频的数目、数值均可以按实际雷达自身的载频参数进行设定和调整，具有泛用性和灵活性。

步骤2、计算各类解多普勒速度模糊所需参数：

计算模糊速度v_blind、模糊倍数blur_mul和速度分段数segment_num。

第一门限即为划分速度区间的间隔值v_seg，该值不能太小，一般v_seg取值需要大于雷达的测速精度；且不能太大，取值过大会使过多的真伪速度落在同一个速度区间，在后续筛选中存在遗漏真速度的风险，从而失去了第一门限的意义。

第一门限的有益效果是：在不遗漏真速度的情况下，对真伪速度进行初步的筛选和划分；通过速度区间的划分，使真伪速度尽可能的落在不同的速度区间，便于后续第二门限的进一步筛选，减少了第二门限判别时的计算量。

步骤3、计算可能速度矩阵v_maybe：

计算出可能速度矩阵v_maybe，v_maybe为3维矩阵。

步骤b：根据第二门限，对可能的速度矩阵v_maybe进行筛选，获得待判定真伪的速度矩阵v_check。

步骤4、对可能速度矩阵v_maybe进行重排和映射：

将v_maybe重排为2维矩阵v_reshape。

将v_reshape中满足速度估算区间[-v_max，v_max]要求的速度值映射到速度估算区间；将映射后的速度矩阵记为v_map。

并用v_segment储存v_map中每个元素位于速度分段区间的位置。

步骤5、多pri速度映射表融合：

将v_segment中所有行求和，得到v_segment_all；找出v_segment_all中≥3的元素位置储存为pos_maybe矩阵。

以下步骤为循环递归操作，为了方便描述，特此定义参数n：初始值为1，取值为1到n的自然数，每执行一次步骤7后自加1。

步骤6、筛选满足速度估算区间的速度矩阵：

查找v_segment的第pos_maybe[n]列中元素值>0的行数，记为pri_pos。

将v_reshape的第pri_pos列中满足速度估算区间的可能速度值映射到速度估算区间；将映射后的速度矩阵记为v_yinshe。

找出v_yinshe中与pos_maybe[n]数值最接近的列数位置，将该位置的速度值存入v_lose_check矩阵；并将该速度在原速度矩阵v_martix中的位置，存入v_lose_check_pos矩阵。

步骤7、筛选v_lose_check中满足第二门限的速度矩阵：

将v_lose_check中满足速度估算区间的速度组成一个v_match矩阵；统计v_match中元素的个数记为v_zhi。

将v_match矩阵所有元素中的最大值和最小值作差，第二门限deta取值为2；如果该差值大于第二门限deta，跳转执行步骤6；如果该差值小于第二门限deta，跳转执行步骤8。

第二门限的有益效果是：第二门限通过分析第一门限筛选后的速度的集中性，对可能的真实速度进行筛选，进一步剔除假速度。

步骤8、计算待判定真伪的速度矩阵v_check：

将可能的速度v_match平均值和其置信度v_zhi存入v_check矩阵的第k行(k初始化为1，每执行一次步骤8后加1)。

直到遍历pos_maybe中所有列后(即n＝n)结束本段递归循环，否则跳转执行步骤6。

将递归循环完成后获得的v_check的行数记为m行，列数为7列。

步骤c：对待判定真伪的速度矩阵v_check，进行速度互异性筛选，剔除伪速度，获得按置信度从高到低排列的目标真实速度矩阵v_real。

以下步骤为循环递归操作，为了方便描述，特此定义参数m：初始值为1，取值为1到m的自然数，每次执行步骤15后自加1，每次执行步骤16后初始化为1。

步骤9、取出置信度最高的速度行：

取出v_check矩阵中置信度最高的行，记为v_max_zhi，并存入v_real矩阵第k行(k初始化为1，每执行一次步骤9后加1)。

步骤10、计算速度互异性判别矩阵judge矩阵：

将v_max_zhi和v_check矩阵，从矩阵的第3列起作差，得到judge矩阵。

创建速度真伪标志位矩阵。

步骤11、查询judge矩阵和v_flag速度真伪标志位矩阵：

当judge矩阵第m行元素中存在0值，并且v_flag矩阵第m行元素为0时，则继续执行步骤12，否则跳转执行步骤15。

步骤12、进行盲速pri判别：

如果v_max_zhi的第3列到第7列中存在0值，存在0，执行步骤13.2；否则执行步骤13.1。

根据是否存在盲速pri的判别结果，执行下列对应处理分支的操作步骤。

步骤13、速度互异性筛选：

步骤13.1、不存在盲速，不进行速度互异性筛选：

跳转执行步骤15。

步骤13.2、存在盲速，进行速度互异性筛选：

将judge矩阵第m行中元素为0的列的位置的集合a与v_max_zhi第3列到第7列中元素为0的列的位置集合b作对比：

如果a中有不属于b的元素，继续执行步骤14；否则跳转执行步骤15。

速度互异性筛选的有益效果是：运用一个真实目标速度能且只能被一个pri检测出来的原理，进一步剔除假速度。

步骤14、更改速度矩阵的置信度和速度真伪标志位矩阵：

更改v_check和v_flag中第m行的值。

步骤15、重复上述步骤11至14，直至遍历所有m行个速度行。

步骤16、遍历完m行后，查询速度真伪标志位v_flag中是否存在0。若存在，则重复步骤9至16；若不存在，则结束本部分的循环递归操作。

步骤17、结束上述循环递归操作后，获得的v_real矩阵即为解多普勒速度模糊后的目标真实速度矩阵。

本发明的有益效果是：本发明对可能的速度矩阵进行步骤a、步骤b、步骤c三次速度筛选，具有较高的置信度和抗信噪比波动性；与传统的提高重频解决多普勒速度模糊方法相比，避免了提高重频有可能导致距离模糊的风险；与单纯的使用多普勒频移公式进行理论计算的方法相比，极大的消除了目标回波信号信噪比不理想时对解速度模糊结果准确性的影响；通过对速度聚集性的分析与判别，实现了脉冲多普勒雷达的解速度模糊。本发明中，重频、载频的数目和数值都可以按实际雷达自身的载频参数进行设定和调整，使该方法能够适用于各体制的脉冲多普勒雷达系统。

附图说明

图1是一种脉冲多普勒雷达解速度模糊的方法具体实施例中步骤a和步骤b流程示意图；

图2是一种脉冲多普勒雷达解速度模糊的方法具体实施例中步骤c流程示意图；

附图中各部件的标记如下：

1、雷达的基本参数和运动目标视在速度；

2、模糊速度、模糊倍数和速度区间分段数等参数；

3、计算可能的速度矩阵v_maybe；

4、计算满足速度估算区间的速度映射矩阵v_map；

5、计算多pri融合后的速度映射表v_segment_all；

6、搜索速度矩阵v_maybe中满足速度估算区间的有效速度值；

7、进一步搜索速度矩阵v_maybe中满足第二门限deta的可能速度值；

8、计算待判断真伪的速度矩阵v_check；

9、取出拥有最高置信度的速度行；

10、计算速度互异性判别judge矩阵。

11、创建真伪标志位矩阵；

12、盲速判别；

13、盲速判别后是否进行速度互异性筛选的分支处理；

14、更新v_flag矩阵和v_check矩阵；

15、递归循环，遍历v_check中所有速度行；

16、判断真伪标志位矩阵v_flag；

17、解多普勒速度模糊后得到的真实速度矩阵v_real。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明实施例提供了一种脉冲多普勒雷达解速度模糊的方法，可应用于雷达信号处理算法领域。

请参阅图1和图2，一种脉冲多普勒雷达解速度模糊的方法包括如下步骤：

本实施例中使用的雷达脉冲重复周期pri个数为5个，记为pri1、pri2、pri3、pri4、pri5，分别为461us、481us、500us、528us、549us；对应的载频记为fc1、fc2、fc3、fc4、fc5，分别为5550mhz、5550mhz、5550mhz、5550mhz、5550mhz；并假设共有3个需要解多普勒速度模糊的运动目标，其真实速度记为v_real1、v_real2和v_real3，分别为550m/s、-100m/s、212m/s。

解多普勒速度的速度估算区间为[-v_max，v_max]＝[-1000,1000]，速度区间间隔值为v_seg＝2；即解出来的目标真实速度范围区间为[-1000，1000]，精度为2。

下面将本方法实施步骤分为3个主要步骤，详细描述本方法的实施流程：

步骤a：根据雷达参数与目标视在速度，以及第一门限对速度估算区间进行区间划分，筛选出可能的速度矩阵v_maybe。

步骤1、获得目标视在速度v_martix：

整理雷达各个脉冲重复周期pri获得的过检测门限的视在速度，形成一个3行*5列的速度矩阵，记为v_martix；其中每个pri获得的速度均排列成一列，当某个pri获得的目标视在速度个数不足3个时，在矩阵中将该位置用-1填充表示，便于后续的处理运算。

本实施例中使用的v_martix矩阵如下：

步骤2、计算各类解多普勒速度模糊所需参数：

步骤2.1、计算模糊速度v_blind：

根据多普勒频率公式v_blind＝frλ/2，其中脉冲重复频率fr＝1/pri，波长λ＝c/fc，计算出模糊速度v_blind。

步骤2.2、计算模糊倍数blur_mul：

根据公式blur_mul＝ceil(v_max/v_blind)，计算出速度估算区间内的模糊倍数blur_mul；其中，ceil表示向上取整。

步骤2.3、计算速度分段数segment_num：

划分速度估算区间，根据公式segment_num＝2*ceil(v_max/v_seg)，计算出速度区间分段数segment_num；其中，ceil表示向上取整。

第一门限即为划分速度区间的间隔值v_seg，该值不能太小，一般v_seg取值需要大于雷达的测速精度；且不能太大，取值过大会使过多的真伪速度落在同一个速度区间，在后续筛选中存在遗漏真速度的风险，从而失去了第一门限的意义。

步骤3、计算可能速度矩阵v_maybe：

根据公式v_maybe＝v_martix+v_blind×blur_mul计算出可能速度矩阵，v_martix中为-1填充的速度不参与计算，为便于后续的速度筛选，v_maybe中该速度对应的位置暂时先用一个任意大值填充，如1000。

v_maybe是一个三维矩阵，第一维是同一pri下速度；第二维是每个目标真实速度对应的解模糊后的可能速度；第三维是pri。在本实施例中v_maybe第一维长度为3，记为第二维长度由模糊倍数blur_mul决定，记为第三维长度为5，记为

步骤b：根据第二门限，对可能的速度矩阵v_maybe进行筛选，获得待判定真伪的速度矩阵v_check。

步骤4、对可能速度矩阵v_maybe进行重排和映射：

4.1v_maybe的重排：

为便于后续计算，将v_maybe重排为行数为列数为的2维矩阵，记为v_reshape；列代表速度，行代表pri。

4.2v_reshape的映射：

找出v_reshape中满足速度估算区间[-v_max，v_max]的速度，根据速度区间分段数segment_num和速度区间间隔值v_seg，将满足估算区间要求的速度值映射到速度估算区间；将映射后的速度矩阵记为v_map。

并建立一个行数pri个数*列数速度区间分段数segment_num的速度区间映射表，记为v_segment；将v_map中每个元素位于速度分段区间的位置在该表中通过置‘1’标记出来，代表该pri在该速度区间可能检测出真实的运动目标。

步骤5、多pri速度映射表融合：

将v_segment中所有行求和，得到一个行数1*列数segment_num的矩阵，记为v_segment_all；该矩阵代表所有pri在各个速度区间测得的可能目标速度的个数。

运用3/5准则，找出v_segment_all中≥3的元素位置，位置值储存在一个n行*1列的矩阵pos_maybe中；代表该目标速度至少被5个pri中的任意3个所检测出来，才认为该速度有可能是真实的目标速度，才对该速度进行后续的处理。

以下步骤为循环递归操作，为了方便描述，特此定义参数n：初始值为1，取值为1到n的自然数，每次执行步骤7后自加1。

步骤6、筛选满足速度估算区间的速度矩阵：

以pos_maybe中第n列储存的速度位置作为列数序号，查找v_segment的该列中元素值>0的行数，即得到检测出该速度的pri序号值，记为pri_pos。

返回到v_reshape矩阵中，找出v_reshape中pri_pos所代表的pri序号值该列中满足速度估算区间[-v_max，v_max]的可能速度值，并将该速度值映射到速度估算区间；将映射后的速度矩阵记为v_yinshe。

以pos_maybe中第n列储存的速度位置与v_yinshe中的每个元素进行对比，找出与之数值最接近的列数位置，将该位置的速度值存入v_lose_check矩阵；并找到该速度位置在原速度矩阵v_martix中的位置，即该速度对应原速度矩阵第几个pri的第几个速度，并将其结果存入v_lose_check_pos矩阵,行数表示该速度是由第几个pri检测出；v_lose_check中的速度值和v_lose_check_pos中的位置值一一对应。

步骤7、筛选v_lose_check中满足第二门限的速度矩阵：

将v_lose_check矩阵所有元素中满足速度估算区间[-v_max，v_max]的速度组成一个v_match矩阵；统计v_match中元素的个数，此个数为该速度为可能真实速度的置信度，记为v_zhi。

同时将v_match矩阵所有元素中的最大值和最小值作差，第二门限deta取值为2；如果该差值大于第二门限deta，则说明该组速度不具有聚集性，其中存在伪速度，并跳转执行步骤6(查找通过步骤5生成的v_segment_all矩阵和通过步骤4.1生成的v_reshape矩阵，获取有效速度值v_lose_check矩阵)；如果该差值小于第二门限deta，则说明该组速度具有聚集性，故跳转执行步骤8。

第二门限用于分析经过第一门限筛选后的运动目标可能速度的集中性，对可能的真实速度进行筛选，更好的剔除伪速度。

步骤8、计算待判定真伪的速度矩阵v_check：

创建一个列数为7的v_check矩阵，将v_match中所有元素求平均值的结果存入v_check的第k行第1列中(k初始化为1，每执行一次步骤8后加1)；将v_zhi存入v_check的第k行第2列中；将v_lose_check_pos的第一列的5个数分别存入v_check的第k行第3至7列。

直到遍历pos_maybe中所有列后(即n＝n)结束本段递归循环，否则跳转执行步骤6。

上述递归循环完成后获得的v_check的行数记为m行，列数为7列；下面将对v_check矩阵进行速度互异性筛选，并剔除其中的伪速度。

步骤c：对待判定真伪的速度矩阵v_check，进行速度互异性筛选，剔除伪速度，获得按置信度从高到低排列的目标真实速度矩阵v_real。

以下步骤为循环递归操作，为了方便描述，特此定义参数m：初始值为1，取值为1到m的自然数，每次执行步骤15后自加1，每次执行步骤16后初始化为1。

步骤9、取出置信度最高的速度行：

取出v_check矩阵中置信度最高的速度行，当存在相同置信度的速度行时，可按照信号检测幅度排序，采纳信号幅度最大组合的置信度；记为v_max_zhi，并将该行存入v_real矩阵第k行(k初始化为1，每执行一次步骤9后加1)。

步骤10、计算速度互异性判别矩阵judge矩阵：

将v_max_zhi和v_check矩阵，从矩阵的第3列起，每行各个元素分别作差，得到一个m行*5列的judge矩阵。

同时创建一个初始化为全0的m行*1列的v_flag矩阵，作为速度真伪标志位矩阵。

步骤11、查询judge矩阵和v_flag速度真伪标志位矩阵：

当judge矩阵第m行元素中存在0值，并且v_flag矩阵第m行元素为0时，则继续执行步骤12，否则跳转执行步骤15。

步骤12、进行盲速pri判别：

查询置信度最高的速度行v_max_zhi，如果该行的第3列到第7列的元素中存在0值，则说明5个pri中存在盲速pri的情况；反之则不存在盲速pri的情况。

根据是否存在盲速pri的判别结果，执行下列对应处理分支的操作步骤。

步骤13、速度互异性筛选：

所谓速度互异性，就是一个真实的目标速度不可能被同一pri检测出两次，若被同一pri检测出两次，那么这两个被检测出的目标速度中至少有一个速度是伪速度。

步骤13.1、不存在盲速，不进行速度互异性筛选：

不存在盲速pri，则不存在一个速度被同一pri检测出两次的情况，不需要进行速度互异性筛选；此时跳转执行步骤15。

步骤13.2、存在盲速，进行速度互异性筛选：

将judge矩阵第m行中元素为0的列的位置的集合a与v_max_zhi第3列到第7列中元素为0的列的位置集合b作对比：

如果a中有不属于b的元素，则说明第m行速度不满足速度互异性条件，该行对应的速度为伪速度，需要被剔除，故继续执行步骤14；

如果a中的元素均属于b，则说明第m行速度满足速度互异性条件，该速度将在后续的循环递归操作中进行解析和判决，故跳转执行步骤15。

步骤14、更改速度矩阵的置信度和速度真伪标志位矩阵：

将v_check中第m行的置信度更改为0，并且将v_flag中第m行的数值改为-1。代表该速度行对应的速度是伪速度。

步骤15、重复上述步骤11至14，直至遍历所有m行个速度行。

步骤16、遍历完所有m行个速度行后，查询速度真伪标志位矩阵v_flag，看矩阵中是否存在为0的值。若存在0，则重复步骤9至16；若不存在0，则结束本部分的循环递归操作。

步骤17、结束上述循环递归操作后，获得的v_real矩阵即为解多普勒速度模糊后的目标真实速度矩阵，每行对应一个解出来的目标真实速度；其中第1列为速度值，第2列为置信度，第3列至第7为各个pri检测到的速度值序号。

本实施例中，经过多重频多载频联合解速度模糊获得的v_real矩阵如下：

第一行，[550，5，1，1，1，1，1]；第二行，[212，4，3，3，0，3，3]；第三行，[-100，3，2，2，2，0，0]。可以看到，3个运动目标的真实速度550、212、-100均已经被解析出来；三个真实速度置信度分别为5,4,3，该结果说明了本方法的正确性和可实施性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。