频率干扰下的自适应距离估算方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达通信领域，尤其涉及一种雷达系统在频率干扰下，基于频率自适 应的信号发射方法及系统、雷达距离估算方法及系统。
【背景技术】
[0002] MIMO(Multiple_InputMultiple-Output，多输入多输出）雷达利用多天线技术， 通过不同的路径发射独立的信号波形，并接收相应目标的反射信号，波形中承载着目标的 距离、角度、多普勒平移等信息，在接收端通过匹配滤波器提取这些信息。MM0雷达利用 波形分集和数字波束形成技术，提高了距离估计分辨率。近些年来，随着频谱资源的日益 短缺，频率干扰变得越来越严重，由于无线电频谱具有排他性与有限性的特点，并且不受地 域、时域、空域的限制，使得无线通信变得容易受到干扰。频率干扰会严重影响雷达通信的 质量以及参数估计的性能，如何用正确有效的方法避开MM0雷达通信中频率干扰的影响， 变得越来越重要。
[0003] 现有的应用于MM0雷达中的距离估计算法主要有：匹配滤波器的方法、基于压缩 感知的MIM0雷达距离估计方法（CS-MIMOradar)、基于步进频率技术的雷达距离估计方法 (CSSFMMOradar)。现有的雷达距离算法在不存在频率干扰或者频率干扰较小时，可以 提供比较高的距离估计分辨率。但是这些算法也存在一定的不足和缺陷，主要体现在：（1) 雷达系统不能自适应的避开存在频率干扰的频段进行通信，受频率干扰影响比较明显；（2) 当存在频率干扰的时候，距离估计精度不够高，分辨能力不强，参数估计性能较差。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的第一个技术问题在于提供一种基于频率虚拟扩展的雷达距离 估算方法，旨在不明显提高发射脉冲数目的情况下，提高了距离估计的分辨率和可以估计 的目标源个数。
[0005] 本发明是这样实现的，一种在雷达系统中基于频率自适应的信号发射方法，所述 信号发射方法包括下述步骤：
[0006] 步骤A1，利用现有的频谱感知技术，以固定时间间隔从待选择的多个频率中探测 出没有干扰的频率，将没有干扰的频率标记为:^和f2;
[0007] 步骤B1，以所选出的没有干扰的频率^和匕作为发射信号载波频率，进行信号发 射。
[0008] 本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种基于频率自适应的雷达距离估 算方法，假设目标源为2个，且发射端和接收端已知一组发射频率点fi(i= 1，2, 3, 4)，首先 接收端通过下述步骤来确定不存在干扰的频率信号，然后用不存在干扰的干净的频率信号 进行距离估计；步骤如下：
[0009] 步骤A2,对发射载波频率为fi的接收信号y(t)进行滤波，滤波后的接收信号 yi(t)，通过发射信号x(t)对滤波后的接收信号yi(t)进行扫描，其最大相关性系数记为 pi;
[0010] 步骤B2,判断所述相关性系数pi是否大于预设的判决阈值e，若判断结果为大 于阈值，则判定以频率fi所对应的接收信号yi(t)受到干扰影响较小，确定为期望信号所在 频率；若判断结果为小于阈值，则判定为干扰存在，直接丢弃；
[0011] 步骤C2,以i= 1为初始值、1为步长循环执行步骤A2-B2,直到检查完所有频率 占.
[0012] 步骤D2,根据确定的第一载波频率4和第二载波频率f2，对信号进行接
[0013] 收，接收信号表示为：y(t) =yn? + ?xJO+y12 ?x2(t) +y22 ?x2(t)+n (t)，其中，Tll、Y12、Y21、Y22为需恢复的系数，Yij表示载波频率为的信号经过第j(j=1，2)个目标反射的信道变量，x(t)是发射信号，而Xj(t) =X(t-Tp表示发射信号x(t) 经第j个目标反射时延、之后的信号，n(t)表示接收天线的接收的噪声信号；
[0014] 恢复过程如下：以恢复Yn为例，对发射载波频率为的接收信号，通过接收端对 准的滤波器得到滤波后的信号为：
[0015] y: (t) =Tn *Xj(t) +y12 ?x2 (t)+n(t)
[0016] 通过发射信号X(t)对滤波后的信号yi(t)进行扫描，来估算每个目标的时延Tj， 并由此建立第j个目标反射信号Xj(t)的估算值七W=夂《 +勺(0，其中A.W表示估算误 差，恢复A如下：
[0017]
【主权项】
1. 一种在雷达系统中基于频率自适应的信号发射方法，其特征在于，所述信号发射方 法包括下述步骤： 步骤A1，利用现有的频谱感知技术，以固定时间间隔从待选择的多个频率中探测出没 有干扰的频率，将没有干扰的频率标记为^和f2; 步骤B1，以所选出的没有干扰的频率4和f 2作为发射信号载波频率，进行信号发射。
2. -种基于频率自适应的雷达距离估算方法，其特征在于，假设目标源为2个，且发射 端和接收端已知一组发射频率点fi Q = 1，2, 3, 4)，首先接收端通过下述步骤来确定不存在 干扰的频率信号，然后用不存在干扰的干净的频率信号进行距离估计；步骤如下： 步骤A2,对发射载波频率为&的接收信号y⑴进行滤波，滤波后的接收信号y i⑴，通 过发射信号x(t)对滤波后的接收信号yi(t)进行扫描，其最大相关性系数记为Pi; 步骤B2,判断所述相关性系数Pi是否大于预设的判决阈值e，若判断结果为大于阈 值，则判定以频率A所对应的接收信号yi(t)受到干扰影响较小，确定为期望信号所在频 率；若判断结果为小于阈值，则判定为干扰存在，直接丢弃； 步骤C2,以i = 1为初始值、1为步长循环执行步骤A2-B2,直到检查完所有频率点； 步骤D2,根据确定的第一载波频率4和第二载波频率f 2，对信号进行接收，接收信号表 示为：y (t) = yn? X1 (t) + y 21 ? X1 (t) + y 12 ? X2 (t) + ? X2 (t) +n ⑴，其中，yn、y12、y21、 Y22为需恢复的系数，Yu表示载波频率为fi的信号经过第j U = 1，2)个目标反射的信 道变量，x(t)是发射信号，而\(t) =X(t-、）表示发射信号x(t)经第j个目标反射时延 T」之后的信号，n(t)表示接收天线的接收的噪声信号； 恢复过程如下：以恢复Y11为例，对发射载波频率为的接收信号，通过接收端对准 的滤波器得到滤波后的信号为： Yi (t) = T n * X1 (t) + y 12 ? x2 (t) +n (t) 通过发射信号x(t)对滤波后的信号71(〇进行扫描，来估算每个目标的时延、，并由 此建立第j个目标反射信号Xj(t)的估算值之⑴=勺+ ，其中七《表示估算误差，恢 复^如下：
中产生的误差，同理可以恢复A2，并通过y2(t)和毛(0恢复么 t，户22。 步骤E2,以所述第一、第二频率和第一、第二接收信号的系数为基础进行虚拟扩展，扩 展得到虚拟的第三频率及以其为载波频率的第三接收信号、虚拟的第四频率及以其为载波 频率的第四接收信号； 步骤F2,利用虚拟扩展后的四个频率信号进行距离估计。
3. 如权利要求2所述的雷达距离估算方法，其特征在于，步骤E中虚拟扩展出的第三、 第四载波频率分别为2fff2、2f 2-fi，其中，fi、f2分别为第一、第二载波频率。
4. 如权利要求3所述的雷达距离估算方法，其特征在于，步骤E根据下述步骤进行频率 信号的虚拟扩展： 步骤El，虚拟扩建第三载波频率为2f\-f2的接收信号，过程如下：
步骤E2,虚拟扩建第四载波频率为2f2-f\的接收信号：
步骤E3,将虚拟扩展信号和原始的接收信号组成新的接收信号，融合中心扩展后的信 号为：
5. 如权利要求2所述的雷达距离估算方法，其特征在于，所述发射信号x(t)为高斯序 列或者P4序列。
6. -种在雷达系统中基于频率自适应的信号发射系统，其特征在于，包括： 频率选择模块，用于利用现有的频谱感知技术，以固定时间间隔从待选择的多个频率 中探测出没有干扰的频率，将没有干扰的频率标记为4和f2; 发射模块，用于以所选出的没有干扰的频率作为发射信号载波频率，进行信号发射。
7. -种基于频率自适应的雷达距离估算系统，其特征在于，包括： 接收天线，用于接收经2个目标源反射的以fji = 1，2, 3, 4)为发射频率的雷达发射 信号x(t)，其中，i为自然数； 融合中心，用于对发射载波频率为A的接收信号y(t)进行滤波，得到滤波后的信号 yi(t);通过发射信号x(t)对滤波后的信号^(〇进行扫描，其最大相关性系数记为Pi;判 断所述相关性系数P i是否大于预设的判决阈值e，若判断结果为大于阈值，则判定以频率 fi所对应的接收信号yi(t)受到干扰影响较小，可确定为期望信号所在频率；若判断结果为 小于阈值，则判定为干扰存在，直接丢弃；以i = 1为初始值、1为步长循环执行步骤A2-B2， 直到检查完所有频率点；根据确定的载波频率^和f2，对信号进行接收，并标记为第一个接 收信号和第二个接收信号，接着对第一个接收信号和第二个接收信号进行系数的恢复；然 后以所述第一、第二接收信号的系数为基础进行虚拟扩展，得到虚拟的第三个载波频率信 号和虚拟的第四个载波频率信号；最后用扩展之后的四个频点信号数据进行距离估计。
8. 如权利要求7所述的雷达距离估算系统，其特征在于，收到干扰较小的接收信号表 示为：y (t) = y n ? X1 (t) + y 21 ? X1 (t) + y 12 ? X2 (t) + ? X2 (t) +n ⑴，其中，y n、y 12、y 21、 Y22为需恢复的系数，Y u表示载波频率为的信号经过第j U = 1，2)个目标反射的信 道变量，x(t)是发射信号，而\(t) =X(t-、）表示发射信号x(t)经第j个目标反射延迟 T」之后的信号，n(t)表示接收天线的接收的噪声信号； 以恢复Y n为例，对发射频率为f i的接收信号进行滤波，得到滤波后的信号为： Yi (t) = T n * X1 (t) + y 12 ? x2 (t) +n (t) 通过发射信号x(t)对滤波后的信号71(〇进行扫描，来估算每个目标的时延、，并由 此建立第j个目标反射信号Xj (t)的估算值七W =气(?) +七⑴，中f/f)表示估算误差，恢复 如下：
产生的误差；同理可以恢复匕，并通过y2(t)和之(〇恢复么!，户22。
9. 如权利要求8所述的雷达距离估算系统，其特征在于，所述虚拟扩展出的第三、第四 载波频率分别为，其中，f\、f2分别为第一、第二载波频率。
10. 如权利要求9所述的雷达距离估算系统，其特征在于： 所述融合中心首先根据下述公式虚拟扩建第三载波频率为2f\-f2的接收信号：
【专利摘要】本发明适用于雷达通信领域，提供了一种雷达系统在频率干扰下，基于频率自适应的信号发射方法及系统、雷达距离估算方法及系统。本发明在雷达系统的发射端，通过现有的频谱感知技术获得干扰的频率分布，并选取不存在干扰的频点作为发射信号的载波频率，在接收端通过波形相关性选取干扰性较小的频点信号，然后应用频率虚拟扩展技术进行距离估计，从而提高了距离估计的分辨率以及系统抗干扰的性能。
【IPC分类】G01S13-08, G01S7-282
【公开号】CN104820210
【申请号】CN201510180509
【发明人】谢宁, 李保良, 张莉, 王晖
【申请人】深圳大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月16日