一种同时极化测量方法与流程

1.本技术涉及雷达的领域，尤其是涉及一种同时极化测量方法。


背景技术：

2.同时极化测量体制只发射一个脉冲，该脉冲一般由两个(或多个)编码波形相干叠加得到，每个波形对应一种发射极化，这些编码波形之间相互正交。在接收处理中，将接收波形分别与各编码波形进行匹配接收，利用“码分多址”的方法可以分离出不同发射极化对应的回波，经进一步处理后就可以获取完整的目标极化信息。d.giuli提出的这种同时极化测量体制主要用于目标散射矩阵的测量，其采用了两组m序列分别对应两正交发射极化，由于两发射极化受到的多普勒调制完全相同，因而列元素之间不存在相位差，也由于在一个脉冲时间内即完成了测量，因此减少了目标去相关效应的影响，这些都是同时极化测量体制的主要优势。
3.但是，为了实现同时极化测量，需要设计正交性较好的波形，这会导致编码的长度较长，从而使得脉宽较大或者带宽较大，限制了同时极化测量技术的应用场景。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供一种同时极化测量方法，解决了现有技术中的问题，在降低同时极化测量所使用信号的正交性要求的前提下，提高同时极化测量的精度。
5.本技术提供的一种同时极化测量方法采用如下的技术方案：
6.一种同时极化测量方法，包括如下步骤：
7.步骤1，产生一组准正交基带波形sh(t)、sv(t)，并利用水平极化和垂直极化发射通道上变频到同一频率后分别从水平极化天线和垂直极化天线朝向待测量的目标辐射；
8.步骤2，利用水平和垂直极化天线对目标散射的信号进行接收，并设经a/d采样后的信号为yh＝[yh(1),yh(2),l,yh(l)]
t
、yv＝[yv(1),yv(2),l,yv(l)]
t
，l为距离门数；
[0009]
步骤3，根据sh(t)、sv(t)产生相应的基带离散波形sh＝[sh(1),sh(2),l,sh(n)]
t
、sv＝[sv(1),sv(2),l,sv(n)]
t
，n为脉宽内采样点数；
[0010]
步骤4，利用迭代自适应算法和sh、sv，对两个极化接收通道接收到的信号yh、yv分别进行迭代自适应处理，得到x
hh
＝[x
hh
(1),x
hh
(2),l,x
hh
(l)]
t
、x
hv
＝[x
hv
(1),x
hv
(2),l,x
hv
(l)]
t
、x
vh
＝[x
vh
(1),x
vh
(2),l,x
vh
(l)]
t
、x
vv
＝[x
vv
(1),x
vv
(2),l,x
vv
(l)]
t
；
[0011]
步骤5，利用x
hh
、x
hv
、x
vh
、x
vv
，检测目标并对目标的极化散射矩阵进行估计，利用估计结果对目标的类型进行判别。
[0012]
可选的，所述步骤3包括：
[0013]
根据回波信号采样率fs计算基带离散波形的第n点的采样时刻n/fs，n＝1,l,n；
[0014]
根据第n点的采样时刻n/fs和基带波形sh(t)、sv(t)，得到sh＝[sh(1),sh(2),l,sh(n)]
t
＝[sh(1/fs),sh(2/fs),l,sh(n/fs)]
t
、sv＝[sv(1),sv(2),l,sv(n)]
t
＝[sv(1/fs),sv(2/fs),l,sv(n/fs)]
t
。
[0015]
可选的，步骤4a，利用sh、sv，n＝1,l,n，分别构造n
×
(2n-1)维矩阵sh和sv如下：
[0016][0017][0018]
步骤4b，利用接收信号yh，采用归一化匹配滤波方法对水平极化发射信号的回波分量x
hh
和垂直极化发射信号的回波分量x
hv
进行预估计，得到和
[0019]
步骤4c，对于第u＝1,l,u次迭代：已知信息为第(u-1)次迭代中的回波估计和对第l(n≤l≤l-(n-1))个距离单元，由上次迭代的各距离门回波估计各个距离门的回波功率并将其排列为对角矩阵
[0020][0021]
和
[0022][0023]
进而求得
[0024][0025]
其中r为对角元素相等的对角阵，其对角元素值为通道噪声功率的估计值，可根据和各距离门的信号功率求平均得到；
[0026]
求得第u次迭代水平极化接收通道中间段水平极化发射信号的回波分量x
hh
的估计结果为：
[0027][0028]
其中yh[l]＝[yh[l],yh[l+1],k,yh[l+n-1]]
t
；
[0029]
求得首尾两端的估计结果为
[0030][0031][0032]
其中s
h,l
表示sh矩阵中的第l列；
[0033]
求得水平极化接收通道中间段垂直发射信号的回波分量x
hv
的估计结果为
[0034][0035]
首尾两端的估计结果为
[0036][0037][0038]
其中s
v,l
表示sv矩阵中的第l列；
[0039]
然后，求得第u次迭代水平极化接收通道各个距离单元水平极化发射信号回波分量的估计为
[0040][0041]
以及第u次迭代水平极化接收通道各个距离单元垂直极化发射信号回波分量的估计为
[0042][0043]
重复直到进行u次迭代后停止，得到水平极化接收通道各个距离单元水平极化发射信号回波分量的估计x
hh
和水平极化接收通道各个距离单元垂直极化发射信号回波分量的估计x
hv
；
[0044]
(4d)利用接收信号yv，采用归一化匹配滤波方法对水平极化发射信号的回波分量x
vh
和垂直极化发射信号的回波分量x
vv
进行预估计，得到和
[0045]
(4e)对于第u＝1,l,u次迭代：已知信息为第(u-1)次迭代中的回波估计和对第l(n≤l≤l-(n-1))个距离单元，由上次迭代的各距离门回波估计各个距离门的回波功率并将其排列为对角矩阵
[0046][0047]
和
[0048][0049]
进而求得
[0050][0051]
其中r为对角元素相等的对角阵，其对角元素值为通道噪声功率的估计值，根据和各距离门的信号功率求平均得到；
[0052]
求得第u次迭代垂直接收通道中间段水平极化发射信号的回波分量x
vh
的估计结果为
[0053][0054]
其中yv[l]＝[yv[l],yv[l+1],k,yv[l+n-1]]
t
；
[0055]
求得首尾两端的估计结果为
[0056][0057][0058]
其中s
h,l
表示sh矩阵中的第l列；
[0059]
求得垂直极化接收通道中间段垂直发射信号的回波分量x
hv
的估计结果为
[0060][0061]
首尾两端的估计结果为
[0062][0063][0064]
其中s
v,l
表示sv矩阵中的第l列；
[0065]
求得第u次迭代垂直极化接收通道各个距离单元水平极化发射信号回波分量的估计
[0066][0067]
以及第u次迭代垂直极化接收通道各个距离单元垂直极化发射信号回波分量的估计
[0068][0069]
重复，直到进行u次迭代后停止，得到垂直极化接收通道各个距离单元水平极化发射信号回波分量的估计x
vh
和垂直极化接收通道各个距离单元垂直极化发射信号回波分量的估计x
vv
。
[0070]
可选的，所述步骤4b在时域进行，以及其中表示卷积，(
·
)h表示共轭转置；
[0071]
或在频域进行，以及其中fft(
·
)、ifft(
·
)分别表示快速傅里叶变换以及逆快速傅里叶变换，e表示矩阵对应元素相乘，conj(
·
)表示矩阵逐元素取共轭，∑
·
表示矩阵逐元素求和。
[0072]
可选的，所述步骤4d在时域进行，以及
[0073]
或在频域进行，以及
[0074]
可选的，步骤5具体为：
[0075]
步骤5a，根据x
hh
、x
hv
、x
vh
、x
vv
，检测得到目标所在的距离门l0；
[0076]
步骤5b，从x
hh
、x
hv
、x
vh
、x
vv
中提取对应距离门l0的回波信号分量，构成矩阵
[0077][0078]
步骤5c，根据x
t
＝x/x
hh
(l0)得到目标的归一化极化散射矩阵，即，同时极化测量结果。
[0079]
可选的，所述步骤5a中，利用ca-cfar信号检测方法，检测得到目标所在的距离门l0。
[0080]
可选的，利用双极化波形产生模块产生一组准正交基带波形sh(t)、sv(t)。
[0081]
综上所述，本技术包括以下有益技术效果：
[0082]
1、本技术在同时极化测量的波形正交性不理想时，显著提高极化测量的精度；
[0083]
2、本技术针对确定的极化测量精度需求，可以显著降低同时极化测量波形的设计难度。
附图说明
[0084]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0085]
图1是本技术的实现流程图
[0086]
图2是本技术所述迭代自适应算法流程
[0087]
图3是本技术所述的水平垂直极化通道准正交发射信号间的归一化互相关系数
[0088]
图4是目标回波信号经传统匹配滤波后的hh分量x
hh
[0089]
图5是目标回波信号经传统匹配滤波后的hv分量x
hv
[0090]
图6是本技术所述的目标回波信号经传统匹配滤波后的vh分量x
vh
[0091]
图7是本技术所述的目标回波信号经传统匹配滤波后的vv分量x
vv
[0092]
图8是本技术所述的目标回波信号经迭代自适应处理后的hh分量x
hh
[0093]
图9是本技术所述的目标回波信号经迭代自适应处理后的hv分量x
hv
[0094]
图10是本技术所述的目标回波信号经迭代自适应处理后的vh分量x
vh
[0095]
图11是本技术所述的目标回波信号经迭代自适应处理后的vv分量x
vv
具体实施方式
[0096]
下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
[0097]
以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0098]
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
[0099]
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构
想，图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0100]
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
[0101]
本技术实施例提供一种同时极化测量方法。
[0102]
如图1和图2所示，一种同时极化测量方法，包括如下步骤：
[0103]
步骤1，产生一组准正交基带波形sh(t)、sv(t)，并利用水平极化和垂直极化发射通道上变频到同一频率后分别从水平极化天线和垂直极化天线朝向待测量的目标辐射。
[0104]
步骤2，利用水平和垂直极化天线对目标散射的信号进行接收，并设经a/d采样后的信号为yh＝[yh(1),yh(2),l,yh(l)]
t
、yv＝[yv(1),yv(2),l,yv(l)]
t
，l为距离门数。
[0105]
步骤3，根据sh(t)、sv(t)产生相应的基带离散波形sh＝[sh(1),sh(2),l,sh(n)]
t
、sv＝[sv(1),sv(2),l,sv(n)]
t
，n为脉宽内采样点数。
[0106]
步骤4，利用迭代自适应算法和sh、sv，对两个极化接收通道接收到的信号yh、yv分别进行迭代自适应处理，得到x
hh
＝[x
hh
(1),x
hh
(2),l,x
hh
(l)]
t
、x
hv
＝[x
hv
(1),x
hv
(2),l,x
hv
(l)]
t
、x
vh
＝[x
vh
(1),x
vh
(2),l,x
vh
(l)]
t
、x
vv
＝[x
vv
(1),x
vv
(2),l,x
vv
(l)]
t
。
[0107]
步骤5，利用x
hh
、x
hv
、x
vh
、x
vv
，检测目标并对目标的极化散射矩阵进行估计，利用估计结果对目标的类型进行判别。
[0108]
雷达采用双极化发射/接收通道和双极化天线，同时发射、接收同频准正交波形，由于各类目标有变极化效应，因此水平极化接收通道接收的信号将既包括原发射信号为水平极化且经目标散射后仍为水平极化的信号分量，也包括原发射信号为垂直极化但经目标散射后变为水平极化的信号分量，类似的，雷达垂直极化接收通道接收的信号既包括原发射信号为垂直极化且经目标散射后仍为垂直极化的信号分量，也包括原发射信号为水平极化但经目标散射后变为垂直极化的信号分量。利用迭代自适应算法对每个极化接收通道接收到的信号进行处理，可以将每个接收通道中所包含的不同发射极化的回波分量进行分离，共得到四个分量，从而实现同时极化测量。
[0109]
首先，利用双极化波形产生模块产生一组准正交基带波形sh(t)、sv(t)，并利用水平极化和垂直极化发射通道上变频到同一频率后分别从水平极化天线和垂直极化天线朝向待测量的目标辐射，其中下标h和v分别表示水平极化和垂直极化(下同)；然后，利用水平极化天线和垂直极化天线接收目标散射的回波信号，设经a/d采样后水平极化天线和垂直极化天线接收的回波信号分别为yh＝[yh(1),yh(2),l,yh(l)]
t
、yv＝[yv(1),yv(2),l,yv(l)]
t
，为距离门数；接下来，利用迭代自适应算法，分别对接收到的yh、yv进行处理，得到x
hh
＝[x
hh
(1),x
hh
(2),l,x
hh
(l)]
t
、x
hv
＝[x
hv
(1),x
hv
(2),l,x
hv
(l)]
t
、x
vh
＝[x
vh
(1),x
vh
(2),l,x
vh
(l)]
t
、x
vv
＝[x
vv
(1),x
vv
(2),l,x
vv
(l)]
t
，最后，对x
hh
、x
hv
、x
vh
、x
vv
进行cfar检测，并提取过检测点距离门l0中的四个信号分量x
hh
(l0)、x
hv
(l0)、x
vh
(l0)、x
vv
(l0)，在此基础上经简单归一化计算得到目标的极化散射特性，从而完成同时极化测量。
[0110]
由于迭代自适应算法可以在期望信号与非期望信号非正交的情况下最优化抑制非期望信号，因此，利用迭代自适应算法和当前的同频准正交同时极化测量波形，可以大大提高极化测量的准确度，并且，利用迭代自适应算法，在同样的极化测量精度要求下，可以
大大降低同时极化测量波形的设计难度。
[0111]
具体的，步骤1中，利用双极化波形产生模块产生一组准正交基带波形sh(t)、sv(t)。需要说明的是，准正交基带波形相比正交基带波形交差，其中下标h和v分别表示水平极化和垂直极化，t为快时间。
[0112]
具体的所述步骤3包括：
[0113]
根据回波信号采样率fs计算基带离散波形的第n点的采样时刻n/fs，n＝1,l,n。
[0114]
根据第n点的采样时刻n/fs和基带波形sh(t)、sv(t)，得到sh＝[sh(1),sh(2),l,sh(n)]
t
＝[sh(1/fs),sh(2/fs),l,sh(n/fs)]
t
、sv＝[sv(1),sv(2),l,sv(n)]
t
＝[sv(1/fs),sv(2/fs),l,sv(n/fs)]
t
。
[0115]
具体的，步骤4包括：
[0116]
步骤4a，利用sh、sv，n＝1,l,n，分别构造n
×
(2n-1)维矩阵sh和sv如下：
[0117][0118][0119]
步骤4b，利用接收信号yh，采用归一化匹配滤波方法对水平极化发射信号的回波分量x
hh
和垂直极化发射信号的回波分量x
hv
进行预估计，得到和
[0120]
步骤4c，对于第u＝1,l,u次迭代：已知信息为第(u-1)次迭代中的回波估计和对第l(n≤l≤l-(n-1))个距离单元，由上次迭代的各距离门回波估计各个距离门的回波功率并将其排列为对角矩阵
[0121][0122]
和
[0123][0124]
进而求得
[0125][0126]
其中r为对角元素相等的对角阵，其对角元素值为通道噪声功率的估计值，可根据和各距离门的信号功率求平均得到；
[0127]
求得第u次迭代水平极化接收通道中间段水平极化发射信号的回波分量x
hh
的估计结果为：
[0128][0129]
其中yh[l]＝[yh[l],yh[l+1],k,yh[l+n-1]]
t
；
[0130]
求得首尾两端的估计结果为
[0131][0132][0133]
其中s
h,l
表示sh矩阵中的第l列；
[0134]
求得水平极化接收通道中间段垂直发射信号的回波分量x
hv
的估计结果为
[0135][0136]
首尾两端的估计结果为
[0137]
[0138][0139]
其中s
v,l
表示sv矩阵中的第l列；
[0140]
然后，求得第u次迭代水平极化接收通道各个距离单元水平极化发射信号回波分量的估计为
[0141][0142]
以及第u次迭代水平极化接收通道各个距离单元垂直极化发射信号回波分量的估计为
[0143][0144]
重复直到进行u次迭代后停止，得到水平极化接收通道各个距离单元水平极化发射信号回波分量的估计x
hh
和水平极化接收通道各个距离单元垂直极化发射信号回波分量的估计x
hv
；
[0145]
(4d)利用接收信号yv，采用归一化匹配滤波方法对水平极化发射信号的回波分量x
vh
和垂直极化发射信号的回波分量x
vv
进行预估计，得到和
[0146]
(4e)对于第u＝1,l,u次迭代：已知信息为第(u-1)次迭代中的回波估计和对第l(n≤l≤l-(n-1))个距离单元，由上次迭代的各距离门回波估计各个距离门的回波功率并将其排列为对角矩阵
[0147][0148]
和
[0149][0150]
进而求得
[0151]
[0152]
其中r为对角元素相等的对角阵，其对角元素值为通道噪声功率的估计值，根据和各距离门的信号功率求平均得到；
[0153]
求得第u次迭代垂直接收通道中间段水平极化发射信号的回波分量x
vh
的估计结果为
[0154][0155]
其中yv[l]＝[yv[l],yv[l+1],k,yv[l+n-1]]
t
；
[0156]
求得首尾两端的估计结果为
[0157][0158][0159]
其中s
h,l
表示sh矩阵中的第l列；
[0160]
求得垂直极化接收通道中间段垂直发射信号的回波分量x
hv
的估计结果为
[0161][0162]
首尾两端的估计结果为
[0163][0164][0165]
其中s
v,l
表示sv矩阵中的第l列；
[0166]
求得第u次迭代垂直极化接收通道各个距离单元水平极化发射信号回波分量的估计
[0167][0168]
以及第u次迭代垂直极化接收通道各个距离单元垂直极化发射信号回波分量的估计
[0169]
[0170]
重复，直到进行u次迭代后停止，得到垂直极化接收通道各个距离单元水平极化发射信号回波分量的估计x
vh
和垂直极化接收通道各个距离单元垂直极化发射信号回波分量的估计x
vv
。
[0171]
其中，步骤4b在时域进行，以及其中表示卷积，(
·
)h表示共轭转置；
[0172]
也可以在频域进行，以及其中fft(
·
)、ifft(
·
)分别表示快速傅里叶变换以及逆快速傅里叶变换，e表示矩阵对应元素相乘，conj(
·
)表示矩阵逐元素取共轭，∑
·
表示矩阵逐元素求和。
[0173]
所述步骤4d在时域进行，以及
[0174]
也可以在频域进行，以及
[0175]
具体的步骤5包括：
[0176]
步骤5a，根据x
hh
、x
hv
、x
vh
、x
vv
，检测得到目标所在的距离门l0；
[0177]
步骤5b，从x
hh
、x
hv
、x
vh
、x
vv
中提取对应距离门l0的回波信号分量，构成矩阵
[0178][0179]
步骤5c，根据x
t
＝x/x
hh
(l0)得到目标的归一化极化散射矩阵，即，同时极化测量结果。
[0180]
其中，步骤5a中利用ca-cfar信号检测方法，检测得到目标所在的距离门l0。在其他实施例中，也可以采用cfar或其他信号检测方法，检测得到目标所在的距离门l0。
[0181]
本技术利用迭代自适应算法可以最优自适应抑制非期望信号的优点和准正交波形进行同时极化测量。本技术可在同时极化测量波形正交性能不理想的条件下进行高精度同时极化测量。仿真场景：水平极化通道和垂直极化通道分别同时发射码长均为200的相位编码信号，两个信号的归一化互相关系数如图3所示。待测目标的极化散射矩阵为回波信噪比位25db。
[0182]
为证明本技术能够在波形准正交的情况下，大大提高同时极化测量的性能，分别仿真了基于传统的匹配滤波算法的同时极化测量结果以及基于迭代自适应算法的同时极化测量结果，分别如图4～图7和图8～图11所示。
[0183]
从图4～图7可以看出，采用匹配滤波方法进行同时极化测量时，由于波形正交性能不够理想，目标散射回波的hv分量和vh分量误差较大。从图8～图11可以看出，采用自适应迭代算法进行同时极化测量，可以很清楚得到目标回波的各个分量。
[0184]
分别利用两种方法得到的回波进行目标检测和同时极化测量，基于匹配滤波方法得到的目标极化散射矩阵测量结果为基于本技术所提出的基于迭代自适应方法的同时极化测量方法得到的目标极化散射矩阵测量结果为
通过对比可以看出，利用本发明所提出的同时极化测量方法，的确可以在波形非理想正交时，得到非常高精度的同时极化测量结果。
[0185]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。