一种基于改变信号调频率的解距离—速度模糊方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于改变信号调频率的解距离—速度模糊方法，该方法在脉冲信号带宽、脉冲重复频率不变的前提下，通过选取不同的信号时宽设计N个脉冲信号，雷达依照时序发射脉冲信号并接收脉冲信号的回波信号，利用设计的匹配滤波器对回波信号进行匹配滤波并判断是否实现有效脉压，得到距离模糊次数并计算无模糊距离和无模糊速度。
【专利说明】-种基于改变信号调频率的解距离一速度模糊方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达信号处理领域，特别是涉及一种基于改变信号调频率的解距离一 速度模糊方法。
【背景技术】
[0002] 对于高速运动目标，脉冲多普勒雷达存在距离一速度测量模糊矛盾问题，若要保 证距离不模糊，则需要降低脉冲重复频率；而为了速度不模糊需要尽量提高脉冲重复频率。
[0003] 脉冲雷达一般按照距离不模糊原则设计雷达脉冲波形，而速度模糊问题则利用距 离微分、多载频、多重频（距离均不模糊、速度模糊）等方法进行解算。距离微分方法多应 用于孤立点目标测量情况，当距离测量精度足够高时可通过连续距离测量的微分值进行速 度模糊次数的计算；但对于空地或空海应用雷达，由于速度模糊，高速运动的目标的速度谱 模糊后将有可能落入地杂波区域，从而被地/海杂波所掩盖而无法解算出来，此时利用距 离微分方法实现目标的捕获都是十分困难的；多载频法解模糊是利用变发射频率的方法使 多次测量的多普勒频率发生变化，从而实现对速度模糊次数的计算，该方法工程应用实例 较少，其主要原因是变频会大大增加系统的复杂度。保证距离不模糊的多重频设计方法是 目前解算距离一速度模糊比较常用的方法，该方法设计多种脉冲重复频率，得到多个模糊 的多普勒测量值，通过余数定理实现对速度模糊次数的解算。该方法虽能检测到由于模糊 落入地/海杂波区域的目标，但仍存在以下主要缺点：
[0004] 1)算法所需脉冲重复频率的种类较多，且无法进行统一的相干积累，需针对不同 脉冲重复频率分别积累，系统实现较为复杂；
[0005] 2)利用余数定理解算模糊次数时，由于目标视线向变化、平台抖动等因素影响，余 数定理有时无法获得收敛解；
[0006] 3)由于脉冲重复频率的种类较多，脉冲雷达测量目标的周期会延长，影响雷达的 数据更新率指标。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于改变信号调频率的解 距离一速度模糊方法，该方法能够保证脉冲信号的距离分辨率和多普勒分辨率相同，并提 高系统数据更新率。
[0008] 本发明的上述目的通过下述技术方案予以实现：
[0009] -种基于改变信号调频率的解距离一速度模糊方法，包括下列步骤：
[0010] (1)初始化雷达系统参数，包括最远作用距离R_、目标最大速度，最近作用距 离Rmin，距离分辨率At、多普勒分辨率Af、系统信号波长入；
[0011] (2)计算脉冲信号个数N :
[0012] N =round (8RmaxVmax/(cA))
[0013] 其中，round为向上取整操作符，c为光速；
[0014] (3)计算脉冲信号带宽B = (V(2 AT)，并计算脉冲信号重复频率PRF = 2V_/入；
[0015] (4)在〇〈t彡（2Rmin/c)区间内选择N个信号时宽，分别为T。t2、…、tn，根据 设定的信号时宽生成脉冲信号，将所述脉冲信号依次编号为1?N，其中，所述N个脉冲信号 的带宽均等于B，脉冲重复频率均等于PRF，且脉冲信号类型相同，所述N个脉冲信号的数据 长度分别为H、…、Kn;
[0016] (5)根据步骤（4)得到的N个脉冲信号设计N个匹配滤波器，将所述匹配滤波器依 次编号为1?N，所述N个匹配滤波器的脉压判决门限分别SI\、T2、…、TN，其中脉压判决 门限 Tk = B*tk，k = 1，2,…，N ;
[0017] (6)按照时序，每发射一个脉冲信号后接收一次回波信号，并将接收到的回波信号 按照奈奎斯特采样率进行采样，得到数据长度为U的回波数据，分别用N个匹配滤波器对所 述回波数据进行匹配滤波，得到N个匹配滤波器的输出信号为yiO^^ag^'ykOik)、一、 yN(n N)，其中 nk = 1，2,…，U-Kk，k = 1，2,…，N ;
[0018]将N个匹配滤波器的输出信号y: (n)、y2 (n2)、…、yk (nk)、…、yN (nN)的前P个数据的幅度与所述匹配滤波器的脉压判决门限I\、T2、…、&进行比较，其中P= minOJ-Kp U-K2，…，U-KN)，min为求最小值的数学函数；如果匹配滤波器k的第m个输出信号 yk(m)的幅度大于脉压判决门限T k，即所述匹配滤波器k实现有效脉压，贝1J将yk(m)作为第 m个脉压结果输出，并记录实现有效脉压的匹配滤波器序号为k，如果没有任何一匹配滤波 器的第m个输出信号幅度大于其匹配滤波器的脉压判决门限，则在yi(m)、y2 (m)、…、yN(m) 中任意选取一个作为第m个脉压结果输出，并记录实现有效脉压的匹配滤波器序号为0,其 中 m = 1，2，…、P ;
[0019] (7)按照步骤（6)，依次发射脉冲信号1?脉冲信号N，所述发射的N个脉冲信号 组成一个子脉冲组，L个所述子脉冲组组成一个相关脉冲组，按照时序发射一个所述相关脉 冲组，即完成M=NL次脉冲信号发射和回波信号接收，按照步骤（6)的处理方法可以得到 1组脉压输出结果1〇11)、￥ 2(111)、?、￥"(111)和与所述脉压结果相对应的有效脉压的匹配滤 波器序号Di(m)、D2 (m)、…、DM(m)，其中m= 1，2,…，P，将所述M组脉压输出结果组成一个 MXP维的矩阵Q，并将所述M组有效脉压的匹配滤波器序号组成一个MXP维的矩阵W:
【权利要求】
1. 一种基于改变信号调频率的解距离一速度模糊方法，其特征在于包括下列步骤： (1) 初始化雷达系统参数，包括最远作用距离Rmax、目标最大速度Vmax，最近作用距离 Rniin，距离分辨率Λτ、多普勒分辨率Af、系统信号波长λ; (2) 计算脉冲信号个数N: N=round(8R眶V腸y(cλ)) 其中，round为向上取整操作符，c为光速； (3) 计算脉冲信号带宽B=以(2Λτ)，并计算脉冲信号重复频率PRF= 2Vmax/λ; (4) 在0〈τ彡（2Rmin/c)区间内选择N个信号时宽,分别为τ^、τ2、…、τΝ，根据设定 的信号时宽生成脉冲信号，将所述脉冲信号依次编号为1?Ν，其中，所述N个脉冲信号的带 宽均等于Β，脉冲重复频率均等于PRF，且脉冲信号类型相同，所述N个脉冲信号的数据长度 分别为I、K2、…、ΚΝ; (5) 根据步骤（4)得到的N个脉冲信号设计N个匹配滤波器，将所述匹配滤波器依次编 号为1?Ν，所述N个匹配滤波器的脉压判决门限分别SI\、T2、…、Tn，其中脉压判决门限 Tk =B*τk，k= 1，2,…，N; (6) 按照时序，每发射一个脉冲信号后接收一次回波信号，并将接收到的回波信号按照 奈奎斯特采样率进行采样，得到数据长度为U的回波数据，分别用N个匹配滤波器对所述回 波数据进行匹配滤波，得到N个匹配滤波器的输出信号为Y1(Ii1)、y2(n2)、···、?〇〇、…、 yN(nN)，其中nk = 1，2,…，U-Kk,k= 1，2,…，N; 将N个匹配滤波器的输出信号yJnj^O^)、"sykOik)、"·、7Ν(ηΝ)的前P个数据的 幅度与所述匹配滤波器的脉压判决门限?\、Τ2、…、Tn进行比较，其中P=min(U-K1,U-K2，··· ，U-Kn)，min为求最小值的数学函数；如果匹配滤波器k的第m个输出信号yk(m)的幅度大 于脉压判决门限Tk，即所述匹配滤波器k实现有效脉压，则将yk (m)作为第m个脉压结果输 出，并记录实现有效脉压的匹配滤波器序号为k，如果没有任何一匹配滤波器的第m个输出 信号幅度大于其匹配滤波器的脉压判决门限，贝11在Y1(Ki)、y2(m)、…、又]^!]!)中任意选取一个 作为第m个脉压结果输出，并记录实现有效脉压的匹配滤波器序号为0,其中m= 1，2,…、 P; (7) 按照步骤￠)，依次发射脉冲信号1?脉冲信号N，所述发射的N个脉冲信号组成一 个子脉冲组，L个所述子脉冲组组成一个相关脉冲组，按照时序发射一个所述相关脉冲组， 即完成M=NL次脉冲信号发射和回波信号接收，按照步骤￠)的处理方法可以得到M组脉 压输出结果Y1(Hl)、Y2(Hl)、···、￥"〇!!)和与所述脉压结果相对应的有效脉压的匹配滤波器序 号D1 (m)、D2 (m)、…、DM(m)，其中m= 1，2,…，P，将所述M组脉压输出结果组成一个MXP维 的矩阵Q，并将所述M组有效脉压的匹配滤波器序号组成一个MXP维的矩阵Ψ:
对所述矩阵Q的每一行数据进行FFT变换得到MXP维矩阵Ω:
将所述矩阵Ω的数据ai，j(i= 1，2,…，P，j= 1，2，"·，Μ)的幅度与设定的恒虚警检 测门限进行比较，如果数据的幅度超过恒虚警检测门限，则记录频率号为j，记录距离 门号为i，记录发射脉冲信号编号为mod(j，N)，其中mod代表取余数计算，记录有效脉压滤 波器编号为矩阵Ψ中第i行第j列的数据； 如果有μ个所述数据幅度超过恒虚警检测门限，分别标记为目标1、目标2、…、目标μ，所述μ个目标对应的频率号分别为XpX2、…、Xij，所述μ个目标对应的距离门号分别 SZpZ2、…、Zll，所述μ个目标对应的发射信号编号分别为FpF2、…、Fll，所述μ个目 标对应有效脉压滤波器编号分别为DpD2、…、Dli ; (8) 计算μ个目标的距离模糊次数：Ke =Fe-De，其中β= 1，2，···，μ; (9) 计算μ个目标的无模糊距离Re =Γ0+Κ0Κε_ΜΧ，其中最大可测量无模糊距离 尽-max ，脉冲内距离测量值=Ζ0*Δτ； PRF^X (10) 计算μ个目标的无模糊速度-。 ZM
2. 根据权利要求1所述的一种基于改变信号调频率的解距离一速度模糊方法，其特征 在于：步骤（5)中匹配滤波器的设计方法为：将脉冲信号进行傅里叶变换，并对所述傅里叶 变换输出信号进行取共轭运算，将所述共轭运算后的信号进行逆傅里叶变换得到匹配滤波 器的系数。
3. 根据权利要求1所述的一种基于改变信号调频率的解距离一速度模糊方法，其特征 在于：步骤（7)中完成M=NL次脉冲信号发射和回波信号接收，其中M由雷达方程中对信 噪比的要求进行确定。
4. 根据权利要求1所述的一种基于改变信号调频率的解距离一速度模糊方法，其特征 在于：步骤（7)中的取余计算mod(j，N)的计算结果为j除以N得到的余数，当余数为0时， 将取余计算结果记为N。
【文档编号】G06F19/00GK104239683SQ201410353579
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】宋大伟, 尚社, 孙文锋, 范晓彦, 李栋, 罗熹 申请人:西安空间无线电技术研究所