专利名称:数字校正可编程数字动目标显示系统的制作方法
本发明属于雷达系统和雷达信号处理类。
在物物、气象、箔条干扰等杂波背景中，也就是在非白噪声中检测运动目标信息，一直是雷达技术领域：
中一项重要课题。为了实现动目标显示或检测，必须使雷达回波序列成为相参的产生相参回波序列的方法，一般有两种，一种是全相参方法，一种是局部相参方法。
目前广为采用的一种局部相参方法是锁相相参。在锁相相参动目标显示雷达系统中，由于受到发射机脉间脉内频率不稳和功率起伏、本振频率不稳、相参振荡器频率不稳和定相抖动等因素的限制，其系统改善因子在在23dB左右。这样低的质量指标，难以满足使用要求。为此，发展局部相参技术，寻找系统内部不稳的改善和校正方法，就成了一个重要的研究课题。
1977年，美国专利4040055号提出用下述运算实现相参并改善发射机不稳〔IcQc〕＝ 1/(Im2+Qm2) 〔Ir Qr-Qr Ir〕〔ImQm〕 (1)式中，Im、Qm为正交发射信号样本，Ir、Qr为正交回波信号，Ic、Qc为补偿后的正交输出。与锁相相参方案相比，它有以下优点(1)它是一种依靠数字运算获得相参序列的局部相参方法，即数字相参。由于系统中取消了相参振荡器，所以排除了相参振荡器不稳和定相抖动对改善因子的限制。
(2)它通过幅度归一化处理，消除了发射机功率起伏对改善因子的限制。
但它对发射机脉间脉内频率不稳改善不大。
崔普(R.L.Trapp)在1982年国际雷达会议上发表的论文《利用动态横向滤波改善接收机相参雷达处理》(《Improved Coherent-on-Receive Radar Processing with Dynamic Transversal Filter》(International Conference RADAR-88，PP505-508))中，提出用发射信号样本与回波信号互相关实现相参并改善局部相参动目标显示雷达性能。它除了具有4040055号专利的两个特点外，还能改善发射机脉内频率不稳。
由于目前还难以在互相关函数达到最大值时读数，所以崔普方法对发射机脉间频率不稳改善不大。一般说来，在发射机诸不稳因素中，发射机脉间频率不稳是主要的，功率起伏次之，第三是其脉内频率起伏，因此，发射机脉间频率起伏对动目标显示质量影响最大。此外，与脉冲前后沿相对应的相位梯度和相位起伏均较大，当发射脉冲宽度较窄时，它们所占的相对时间比例也较大，此时用崔普方法略好;但当发射脉冲宽度较宽时，脉冲顶部所占的时间比例变大，脉间频率起伏的影响就十分严重，此时，崔普方法的不足就成为显见的了。换言之，对宽脉冲，崔普方法的改善作用是非常有限的。另外，崔普没有指明用实相关还是复相关。
鉴于上述，本发明提出了一种局部相参方法，它籍助于发射信号样本对回波信号的数字校正运算来实现相参。根据发射脉冲的宽窄和脉内相位梯度的大小实施不同的校正运算，对宽发射脉冲，用发射信号样本对回波信号进行复褶积处理，对窄脉冲，一般可采用复相关处理。复褶积处理对发射机脉间频率起伏的改善作用远优于复相关处理。本发明除了具备崔普方法的三个优点外，还能改善发射机脉间频率不稳。
为了得到较高的系统改善因子，在数字校正系统之前，接有大线性范围正交接收机，之后接可编程横向滤波器，以至于系统改善因子不低于40dB。因此，在非全相参雷达系统中，改装本发明提出的系统，将大大提高雷达在杂波背景中发现目标的能力。在边扫描边跟踪雷达系统中，改装本系统，将有效地减少杂波剩余造成的虚假点迹，从而减少计算机的过载率，对于多雷达信息处理系统，其得益尤其明显。本发明适于对现役雷达进行技术改造，也适于引入到正在研制的新的非全相参雷达系统中，使在付出代价较低的情况下，得到高的动目标显示性能。
本发明由三部分组成数字校正子系统。可编程五脉冲横向滤波器，大线性范围正交接收机，如附图1所示。
1.工作过程在附图1中，磁控管发射机产生的射频脉冲信号，经定向耦合器分成两部分，绝大部分能量经收发开关馈给天线，向探测空间辐射;小部分能量馈给样本信号混频器，以产生中频发射信号样本。而射频回波信号经混频成为中频回波信号。中频发射信号样本和中频回波信号送到大线性范围正交接收机中。
大线性范围正交接收机由线性中放，相加器，乘法检波器，稳定中频振荡器，移相器，时钟和同步产生电路组成。稳定中频振荡器与移相器和两个乘法检波器构成正交相位检波器。中频发射信号样本和线性中放输出的中频回波信号按时间分割通过相加器和正交相位检波器，成为零中频发射信号样本和零中频回波信号，然后经过A/D转换器转换成数字信号。在数字校正单元中，实现复发射信号样本对复回波信号的高速实时数字校正运算。可编程五脉冲横向滤波器旨在滤除杂波，保留运动目标回波信息，其输出为复正交序列。求模电路将算出回波的幅度，经D/A送给终端装置。
大线性范围正交接收机的线性动态范围不低于60dB(不包括时间灵敏度控制范围)。
系统时钟和系统同步信号由稳定中频振荡器经四则运算产生，系统具有四变T和成组变T能为，以反掉目标盲速。
2.数字校正系统数字校正系统由A/D转换器和数字校正单元组成，数字校正单元由Is、Qs、Iw、Qw存储器，M1、M2、M3、M4、M5、M6乘法器加法器可编程只读存储器，缓存器组如附图2所示。工作步骤如下Ⅰ)模拟零中频信号
+J
的实部
和虚部
经A/D转换器采样、保持、数字化。采样得到的N个数字发射信号样本存入Is、Iw、Qs、Qw四个存储器中。记发射信号样本为Fm(n)＝Iw(n)+jQw(n) (n＝1，2，…N) (2)Ⅱ)利用上述四个存储器中的发射信号样本进行发射信号样本的自褶积运算可以证明，自折积运算的结果中虚部为零。因此，自褶积运算表达式为Sm(N)＝Σn = 1N]]>〔Im(n)Im(N-n+1)+Qm(n)Qm(N-n+1)〕 (3)(3)式中乘法运算从图中可知由乘法器M1、M2完成，加法运算由M1和M2后的加法器完成。图中累加器∑是完成(3)式中累加运算的。
Ⅲ)图中求模运算环节求出Sm(N)的绝对值。可编程序储储器PROM中写入的是一个倒数表，以｜Sm(N)｜为地址从可编程存储器PROM中查出倒数1/｜Sm(N)｜，作为乘法器M5、M6的一个输入值，Ⅳ)模拟零中频回波信号
s+j
s的实部和虚部经A/D转换器采样保持和数字化。N个数字回波信号子样本存入Is、Qs二个存储器中此时Iw、Qw二个存储器中仍存放着发射信号样本，记回波信号子样本为Fr(n)＝Is(n)+jQs(n) (n＝1，2，…N) (4)Ⅴ)利用四个存储器中的信息求发射信号样本与回波信号之间的折积运算。
So(M)＝Σn]]>F＊m(n)Fr(M-n+1)＝
〔Im(n)Is(M-n+1)+Qm(n)Qs(M-n+1)〕+j
〔Im(n)Qs(M-n+1)-Qm(n)Is(M-n+1)〕 (5)与第Ⅱ步的动算方法类似，(5)式运算由乘法器M1～M4及后接的加法器、累加器完成。图中反相器D3是完成(5)式中第二个括号中第二项求负值用的。
Ⅵ)乘法器M5和M6将So(M)与第Ⅲ步中求得的发射样本自褶积模的倒数1/｜Sm(N)｜相乘。实现规一化运算
o(M)＝So(M)/Sm(N)｜ (6)
o(M)经过缓冲寄存器输出给随后的数字动目标显示系统。
o(M)即为经数字校正运算得到的数字相参信号，记为
o(M)＝Ic+jQc (7)本系统采用微程序控制、保精度定点运算、成组滑动运算和流水作业。本系统采用了高速大规模和超大规模集成电路。只要对微程序稍作修改，即可实现相关运算。
所谓成组滑动运算是指在(5)式中，观测时刻M的周期是采样周期的整数倍。这样可以减少设备量，且使系统易于实现。
所谓保精度定点运算是指通过适当保留中间过程字长，不引入显著的含入误差。
3.可编程五脉冲横向滤波器可编程五脉冲横向滤波器由存贮器、乘法累加器I、BOM系数表、系数缓存器、自适应接口、乘法累加器和平方根表组成。如附图3所示。它主要对数字校正系统输出的正交回波序列实施如下运算Ion+jQon＝(In+jQn，In-1+jQn-1，In-2+jQn-2，In-3+jQn-3，In-4+jQn-4)·(a0+jb0，a1+jb1，a2+jb2，a3+jb3，a4+jb4)T(8)式中，Ion+jQon为复滤波输出，In-i+jQn-i为正交回波序列(i＝0，1，…，4)，T表示转置。本滤波器的特点是Ⅰ)ai+jbi可在只读存储器ROM中装定，然后根据使用环境进行选择，以造成不同宽度的凹口。
Ⅱ)ai+jbi可取自自适应接口电路，可按距离单元高速实时更新。
Ⅲ)采用大规模和超大规模集成电路。
Ⅳ)采用微程序控制，流水作业。
滤波输出的Ion和Qon，送到I2on+Q2on运算器中，这一步也由乘法累加器完成，然后查平方根表完成求模运算。这种求模方法精度远高于传统的求模方法。
另外，此部分有模拟视频输出和数字视频输出，适应性强，通用灵活。滤波器阶数高，可以改善天线扫描调制的影响。
附图1.数字校正可编程数字动目标显示系统框图附图2.数字校正子系统框图附图3.可编程五脉冲横向滤波器框图
权利要求
1.一种脉冲雷达数字相参加目标显示系统，其特征在于它由数字校正子系统、可编程五脉冲横向滤波器、大线性范围正交接收机组成。
2.根据权利要求
1所说的数字校正可编程数字动目标显示系统，其特征在于数字校正系统由高速A/D转换器，M1～M6乘法器，Is、Qs、Iw、Qw存储器，加法器，可编程只读存储器组成。
3.根据权利要求
1所说的数字校正可编程数字动目标显示系统，其特征在于可编程五脉冲横向滤波器由存储器、乘法累加器、系数表只读存储器、自适应接口以及求模、D/A转换器组成。
4.根据权利要求
1所说的数字校正可编程数字动目标显示系统，其特征在于大线性范围正交接收机由线性中放，相加电路、稳定的中频振荡器、移相器、乘法检波器组成。
5.根据权利要求
3所说的可编程五脉冲横向滤波器，其特征在于求模电路由乘法累加器和平方根表组成。
6.根据权利要求
1所说的数字校正可编程动目标系统的校正方法，其特征在于它采用发射信号样本和回波信号的复褶积或复相关的运算。
7.根据权利要求
6所说的校正方法，其特征在于采用了组成滑动运算和定点保精度运算。
8.根据权利要求
6所说的校正方法，其特征在于采用了幅度归一化。
专利摘要
数字校正可编程数字动目标显示系统，属于雷达系统和雷达信号处理领域。本系统采用的数字校正方法，是用发射信号样本对回波信号进行复褶积处理实现相参的。
文档编号G01S7/04GK85100181SQ85100181
公开日1986年1月10日 申请日期1985年4月1日
发明者山秀明, 郑清治, 应启珩, 冯振明, 蔡和春, 茅于海, 冯一云 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan