一种直升机防撞雷达抑制模糊虚警的目标检测方法

1.本发明涉及雷达技术领域，特别是一种直升机防撞雷达抑制模糊虚警的目标检测方法。


背景技术：

2.毫米波雷达广泛的应用于直升机防撞，雷达通过发射电磁波并反射回来的总路径计算物体的距离。常用在直升机防撞方面的毫米波雷达通常有两种信号体制，一种是调频连续波(frequency-modulated continuous wave，简称fmcw)波形，发射随着时间线性变化连续波信号，同时接收反射的回波与发射信号进行混频，计算混频后的差频。这种方案收发隔离度很难保证，导致发射功率不能过大，探测距离受到限制。另一种是脉冲多普勒(pulse doppler，简称pd)体制，采用收发分时，发射时不接收，这使得发射功率可以做的很大，探测距离更远。由于发射时不接收，导致接收存在盲区和发射脉宽有关，因此，发射脉宽不能做的太宽，否则盲区很大。但是在脉宽较窄的条件下，为了保证平均辐射功率，进而脉冲重复周期(pulse repetition interval，简称pri)必须很小，才能保证占空比，探测远的优势才能保持。pri太小会导致模糊距离很近，例如pri为50us时，对应的模糊距离为7.5km的倍数，对应落入直升机前方8km的目标回波，雷达会误以为是0.5km的目标，这会导致直升机雷达会认为500m处有碰撞危险进而可能告警，导致雷达可信度降低。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种直升机防撞雷达抑制模糊虚警的目标检测方法，本发明解决了现有直升机毫米波防撞雷达的模糊导致的目标虚警问题。
4.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
5.根据本发明提出的一种直升机防撞雷达抑制模糊虚警的目标检测方法，包括以下步骤：
6.步骤一、对雷达发射脉冲信号增加频率偏置；
7.设雷达发射n个脉冲信号，设雷达发射的脉冲信号的基带s
t
(t)，载频初始频率为f0，载频频率随脉冲信号变化的频率偏置为df，第i个脉冲信号为此时的载频为其中，e为自然底数，j为虚数单位，t为时间，a
t
表示信号调制幅度，t
p
表示脉冲重复间隔，i＝1,2,3
…
,n；
8.步骤二、雷达目标反射回波进行接收混频与低通滤波；具体如下：
9.第i个脉冲信号发射后得到第i个脉冲信号的回波信号sr(t)为带有多普勒偏置的基带回波，sr(t)的第i个脉冲信号的载频频率为sr(t)与混频、低通滤波后得到的结果为其中，j
′
为第j′
个脉冲信号，ar为回波幅度，j
′
≥i；
10.步骤三、进行采样和脉冲多普勒处理；
11.将进行采样，得到脉冲个数为n且每个脉冲采样点个数为m的采样信号为s
m,n
，m为每个脉冲时刻的采样点数，n为脉冲信号个数；
12.对s
m,n
进行脉压处理后再进行快速傅里叶变换fft处理，快速傅里叶变换fft点数为n
′
个，得到b，b为s
m,n
的脉压和fft后的数据；
13.步骤四、在b中选择有限的频率门范围进行目标检测；
14.在n
′
个多普勒门中目标的多普勒偏置中心为d，在频率门范围为[d-m1,d+m2]的脉冲中检测目标，m1、m2分别为预设的检测频率的最小值和最大值。
[0015]
作为本发明所述的一种直升机防撞雷达抑制模糊虚警的目标检测方法进一步优化方案，载机与地面的静止障碍物相对速度为v，在此条件下，目标的多普勒偏置中心d的计算公式如下：
[0016][0017]
其中，int()表示取整，prf表示脉冲重复频率，λ表示载频f0的波长。
[0018]
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0019]
(1)本发明针对防撞雷达对地面静止目标探测时，充分考虑了目标静止时直升机速度已知的条件下目标多普勒位置可获得的特点，采用频率偏置使得模糊目标回波与不模糊目标回波在频率上的差异进行不模糊目标区分，解决了模糊回波导致的虚警问题；
[0020]
(2)本发明创造与现有的技术相比，能够在不降低辐射功率的条件下，最大限度的提升占空比，使得雷达辐射效率更高的同时，抑制掉模糊回波导致的虚警问题，进而改善直升机毫米波防撞雷达的性能，具有广泛的应用前景；
[0021]
(3)本发明可以用于直升机毫米波防撞雷达，并可推广到固定翼飞机、无人机等平台的低空飞行的毫米波雷达防撞波形设计，能够有效抑制距离模糊导致的近距离防撞虚警问题。
附图说明
[0022]
图1为脉冲雷达的目标场景示意图；
[0023]
图2为随脉冲数增加频率变化示意图；
[0024]
图3为传统方法获得的回波距离-多普勒频率图；
[0025]
图4为本方法应用后的回波距离-多普勒频率及检测方法示意图。
具体实施方式
[0026]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
[0027]
本发明考虑直升机防撞雷达在现有的脉冲发射波形基础上，叠加递进的多普勒频偏，使得不模糊的回波脉冲有固定的多普勒偏置，而模糊回波脉冲的信号多普勒偏置是不模糊目标回波的整数倍。通过fft处理，将目标与模糊回波进行区分，达到抑制模糊虚警的目的。本技术的优点是可通过相参积累来实现目标信号的积累同时，避免了模糊回波进入
雷达检测被检出，降低了直升机防撞雷达的虚警产生概率。
[0028]
实例中的雷达工作参数为：
[0029]
采样率为50mhz，脉冲宽度为1us，t
p
为20us，占空比5％，s
t
(t)为线性调频信号，调频带宽为40mhz，工作频率为35ghz，脉冲为32个，df为5000hz。共两个目标，分别为2000m和距离4050m(图1)。
[0030]
步骤一、对雷达发射脉冲信号增加频率偏置；
[0031]
设发射的信号基带s
t
(t)为线性调频信号，载频初始频率为35ghz，，载频频率随脉冲变化的频率偏置为5000hz，每个脉冲比上个脉冲频率提高了5000
×
t
p
，为0.1hz(图2)。则发射脉冲的第1个脉冲信号为载频为发射脉冲的第2个脉冲信号为其中a
t
为1，t
p
等于20us，飞机速度v＝25m/s。
[0032]
步骤二、雷达目标反射回波进行接收混频与低通滤波；具体如下：
[0033]
接收混频的频率同样与发射载频相同，为当第一个目标由于不模糊脉冲发射后进行混频时，不模糊的第一个目标回波混频与低通滤波后得到的结果为arsr(t)。模糊的第二个目标回波的回波，混频与低通滤波后得到的结果为经计算为arsr(t)e
j2π(0.1)t
。第二个目标比第一个目标频率偏移了5000hz，对应的频率门偏了3.2个。因为脉冲重复频率(prf)为pri的倒数，prf为50khz，对应32个频率门，因此，比目标一多偏移3.2个频率门。
[0034]
在发明内容中的步骤二中，为当前时刻第j
′
个脉冲信号的载频与回波信号的混频残留，为当前时刻第j
′
个脉冲信号的载频，ar为回波幅度，j
′
≥i；
[0035]
步骤三、进行采样和脉冲多普勒处理；
[0036]
将接收到的信号进行采样，得到m为1000个距离门，n为32个脉冲的采样信号为s
m,n
，对32个脉冲进行脉压处理后，进行n
′
＝32的脉冲间快速傅里叶变换(fft)处理，得到b(如图3)；
[0037]
步骤四：在b中选择有限的频率范围进行目标检测；
[0038]
在32个多普勒门中目标的多普勒偏置中心为d，根据公式(1)计算d，飞机与目标的相对速度为25m/s，按照公式(1)获得目标多普勒偏置中心为d＝4.73，,m1设置为2，m2设置为1，并且进行四舍五入，得到频率门范围为[3,6]的脉冲中检测目标；
[0039]
3～6多普勒门为可检测目标的门，由于目标二位置为4.73+3.2＝7.93个门的位置，因此，此区域不进行目标检测(图4)，达到抑制模糊虚警抑制的目的。
[0040]
载机与地面的静止障碍物相对速度为v，在此条件下，目标的多普勒偏置中心d的计算公式如下：
[0041][0042]
int()表示取整，prf表示脉冲重复频率，λ表示载频f0的波长。
[0043]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应
涵盖在本发明的保护范围内。