基于跳頻和多相交替碼的非相干散射雷達(dá)信號(hào)處理方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于跳頻和多相交替碼的非相干散射雷達(dá)信號(hào)處理方法，主要解決現(xiàn)有非相干散射雷達(dá)高度分辨率低、探測(cè)周期長(zhǎng)、編碼方式有限的問(wèn)題。其技術(shù)方案是將多相交替碼的各組編碼分別用不同頻率調(diào)制，生成按順序無(wú)時(shí)隙排列的雷達(dá)脈沖，通過(guò)雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射出去；對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)按發(fā)射時(shí)的調(diào)制頻率分別進(jìn)行濾波，得到每組多相交替碼對(duì)應(yīng)于同一高度范圍的探測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)每組編碼回波信號(hào)分別進(jìn)行后檢測(cè)濾波，計(jì)算自相關(guān)函數(shù)，并進(jìn)行多周期積累和模糊修正，進(jìn)而計(jì)算出電離層散射信號(hào)的功率譜密度。本發(fā)明能提高雷達(dá)高度分辨率、減少雷達(dá)探測(cè)周期、擴(kuò)展信號(hào)編碼方式，可用于電離層探測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于跳頻和多相交替碼的非相干散射雷達(dá)信號(hào)處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號(hào)與信息處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及非相干散射雷達(dá)的信號(hào)編碼和信號(hào)處理方法，可用于電離層探測(cè)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，電離層對(duì)無(wú)線(xiàn)電通信、導(dǎo)航、廣播、空間探測(cè)等人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的影響越來(lái)越顯著。電離層探測(cè)技術(shù)逐漸引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者和科研機(jī)構(gòu)的重視，我國(guó)已在云南曲靖建造了亞洲第一部非相干散射雷達(dá)，用于電離層探測(cè)。非相干散射雷達(dá)是地面探測(cè)電離層最有效的工具，通過(guò)估計(jì)回波信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度，可以反演出電子密度、電子溫度、離子溫度、離子成份等電離層的參數(shù)。這些參數(shù)對(duì)于研究電離層的特性、變化趨勢(shì)等方面起到了非常重要的作用。
[0003]非相干散射雷達(dá)針對(duì)大范圍連續(xù)分布的電離層目標(biāo)，其信號(hào)處理方法與傳統(tǒng)雷達(dá)有著很大的不同。電離層的回波信號(hào)要是由電子、離子等反射引起的非相干散射信號(hào)，是一種典型的隨機(jī)信號(hào)。在幾分鐘的短時(shí)間內(nèi)，電離層回波信號(hào)具有平穩(wěn)性，可通過(guò)計(jì)算自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度來(lái)表征信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性。電離層是典型的軟目標(biāo)，不同高度的雷達(dá)回波信號(hào)相互混疊，需要通過(guò)有效的信號(hào)編碼設(shè)計(jì)和特殊的信號(hào)處理算法來(lái)消除距離模糊。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在非相干散射雷達(dá)信號(hào)編碼和信號(hào)處理方面已展開(kāi)了大量的研究工作。
[0004]最早用于電離層探測(cè)的非相干散射雷達(dá)編碼方式是多脈沖編碼和長(zhǎng)脈沖編碼。這兩種編碼方式易于實(shí)現(xiàn)，但其模糊函數(shù)跨度大、高度分辨率差。隨后，巴克碼、二相交替碼等被應(yīng)用到電離層探測(cè)中。巴克碼具有較好的高度分辨率，采用傳統(tǒng)的匹配濾波方式，其分辨單元可達(dá)一個(gè)碼元寬度，但其只能用來(lái)求解電離層的功率剖面。二相交替碼是現(xiàn)代非相干散射雷達(dá)系統(tǒng)常用的編碼模式，其信號(hào)處理過(guò)程主要包括計(jì)算時(shí)間自相關(guān)和模糊函數(shù)修正。二相交替碼調(diào)制可以獲得較好的高度分辨率，可以計(jì)算有多個(gè)時(shí)延的自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度，但其編碼長(zhǎng)度和編碼組數(shù)有嚴(yán)格限制，其必須為2的整數(shù)次冪，因而無(wú)法靈活地設(shè)計(jì)探測(cè)波形。多相交替碼可以提高雷達(dá)發(fā)射脈沖長(zhǎng)度的靈活性，并且盡可能地增大編碼長(zhǎng)度的同時(shí)減少發(fā)射脈沖的組數(shù)。二相交替碼和多相交替碼一次完整的探測(cè)都需要將多組編碼分別進(jìn)行發(fā)射和接收，再將多組回波處理后的結(jié)果進(jìn)行積累。當(dāng)組數(shù)較多且需要多次積累時(shí)，探測(cè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，對(duì)于電離層某些參數(shù)變化速度較快的區(qū)域，不能適應(yīng)快速變化的電離層探測(cè)的需要，會(huì)產(chǎn)生較大的探測(cè)誤差。另外，每組交替碼的碼元個(gè)數(shù)是確定的，為了增加探測(cè)距離，在發(fā)射功率一定的情況下需要增加碼元寬度，以增大發(fā)射能量，但這會(huì)導(dǎo)致高度分辨率降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有非相干散射雷達(dá)信號(hào)處理方法的不足，提出一種基于頻率跳變和多相交替碼的信號(hào)編碼和信號(hào)處理方法，以擴(kuò)展信號(hào)編碼長(zhǎng)度、減少雷達(dá)探測(cè)周期，提高雷達(dá)高度分辨率和作用距離，適應(yīng)快速變化的電離層探測(cè)的需要。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:將多相交替碼的多組編碼分別用不同頻率調(diào)制，生成按順序無(wú)時(shí)隙排列的雷達(dá)脈沖，通過(guò)發(fā)射機(jī)發(fā)射出去；對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)按發(fā)射時(shí)的調(diào)制頻率分別濾波，得到多組編碼對(duì)應(yīng)于同一高度范圍的探測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)多組編碼回波信號(hào)分別進(jìn)行解碼和模糊修正，計(jì)算自相關(guān)函數(shù)，并進(jìn)行多周期積累，從而計(jì)算出電離層散射信號(hào)的功率譜密度。具體步驟包括如下:
[0007](I)信號(hào)編碼步驟:
[0008](Ia)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，確定雷達(dá)所需多相交替碼的相位數(shù)P和編碼長(zhǎng)度L ；
[0009](Ib)根據(jù)多相交替碼生成規(guī)則以及相位數(shù)P和編碼長(zhǎng)度L，先生成N組弱多相交替碼，再將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的2N組強(qiáng)多相交替碼；
[0010](Ic)根據(jù)生成的強(qiáng)多相交替碼的編碼組數(shù)2N，設(shè)定一組長(zhǎng)度為2N的跳頻編碼；
[0011](Id)將每組強(qiáng)多相交替碼調(diào)制到設(shè)定的跳頻編碼的各個(gè)子頻率上，使各組編碼按順序無(wú)時(shí)隙排列，得到發(fā)射信號(hào)；
[0012](Ie)將發(fā)射信號(hào)調(diào)制到射頻，利用發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射；
[0013](2)信號(hào)解碼步驟:
[0014](2a)雷達(dá)接收機(jī)接收電離層散射的回波信號(hào)，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行下變頻，得到中頻信號(hào)，再進(jìn)行Α/D采樣；
[0015](2b)根據(jù)發(fā)射時(shí)使用的跳頻編碼，設(shè)計(jì)數(shù)字帶通濾波器組對(duì)A/D采樣后的回波信號(hào)進(jìn)行濾波，得到發(fā)射時(shí)使用的強(qiáng)多相交替碼每組編碼對(duì)應(yīng)的散射回波信號(hào)；
[0016](2c)根據(jù)發(fā)射時(shí)使用的強(qiáng)多相交替碼，設(shè)計(jì)后檢測(cè)濾波器對(duì)每組散射回波信號(hào)分別進(jìn)行濾波；
[0017](2d)將每組散射回波信號(hào)截?cái)酁槎鄠€(gè)子信號(hào)，截?cái)嚅L(zhǎng)度為發(fā)射信號(hào)的脈沖寬度，每個(gè)截?cái)嘈盘?hào)的起始時(shí)間對(duì)應(yīng)于該信號(hào)在目標(biāo)電離層的高度，計(jì)算不同高度處散射回波信號(hào)的自相關(guān)，對(duì)每組散射回波信號(hào)自相關(guān)使用符號(hào)修正表進(jìn)行符號(hào)修正，并將所有組的修正結(jié)果按不同高度分別進(jìn)行求和；
[0018](2e)重復(fù)步驟(2a)?(2d)，接收下一周期的回波信號(hào)并處理，直至所有周期處理完畢，得到每個(gè)周期不同高度范圍的自相關(guān)結(jié)果，將所有周期對(duì)應(yīng)高度處得到的自相關(guān)結(jié)果分別進(jìn)行累加；
[0019](2f)對(duì)各個(gè)高度處累加后的自相關(guān)結(jié)果分別使用對(duì)應(yīng)的模糊函數(shù)值進(jìn)行修正，得到最終的自相關(guān)結(jié)果，并對(duì)自相關(guān)結(jié)果進(jìn)行傅立葉變換得到電離層功率譜密度，完成對(duì)雷達(dá)信號(hào)的處理。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0021]1、本發(fā)明由于采用跳頻編碼與多相交替碼調(diào)制的非相干散射雷達(dá)的信號(hào)編碼和信號(hào)處理方法，同時(shí)利用跳頻編碼在信號(hào)帶寬和多相交替碼在去距離模糊方面的優(yōu)勢(shì)，非常適合于電離層探測(cè)；
[0022]2、本發(fā)明通過(guò)跳頻編碼調(diào)制多相交替碼，在雷達(dá)的一個(gè)發(fā)射和接收周期內(nèi)，即可完成電離層探測(cè)，估計(jì)出自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度。相比傳統(tǒng)非相干散射雷達(dá)信號(hào)處理方法，在采用相同的積累次數(shù)時(shí)，本發(fā)明能有效提高處理結(jié)果的時(shí)間分辨率；
[0023]3、本發(fā)明由于在雷達(dá)的一個(gè)發(fā)射和接收周期內(nèi)完成電離層探測(cè)，縮短了一次完整探測(cè)的時(shí)間，對(duì)于參數(shù)變化較快的電離層區(qū)域，可以滿(mǎn)足其穩(wěn)態(tài)探測(cè)要求；
[0024]4、本發(fā)明由于將多組多相交替碼調(diào)制成一個(gè)發(fā)射脈沖，省去了每組分別發(fā)射時(shí)的組間時(shí)間間隔，與傳統(tǒng)非相干散射雷達(dá)信號(hào)處理方法相比，在相同的時(shí)間內(nèi)，可增加探測(cè)積累次數(shù)，提高處理信噪比；
[0025]5、本發(fā)明由于將多組多相交替碼調(diào)制成一個(gè)長(zhǎng)的發(fā)射脈沖，提高了雷達(dá)的工作效率，與傳統(tǒng)非相干散射雷達(dá)處理方法相比，在相同碼元寬度的條件下可以提高雷達(dá)作用距離，在相同脈沖寬度條件下可以提高處理結(jié)果的距離分辨率。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0027]圖2是本發(fā)明中的信號(hào)發(fā)射和信號(hào)處理示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明中的信號(hào)散射原理圖；
[0029]圖4是用Matlab軟件對(duì)本發(fā)明的一組5位5相交替碼的距離模糊函數(shù)的仿真圖；
[0030]圖5是用Matlab軟件對(duì)本發(fā)明的一組25位5相交替碼的距離模糊函數(shù)的仿真圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0032]相關(guān)符號(hào)說(shuō)明
[0033]P:多相交替碼的相位數(shù)目；
[0034]m:多相交替碼相位數(shù)與編碼長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系中的指數(shù)參數(shù)；
[0035]N:弱多相交替碼編碼組數(shù)；
[0036]L:弱多相交替碼編碼長(zhǎng)度；
[0037]fn:強(qiáng)多相交替碼第η組編碼對(duì)應(yīng)的調(diào)制頻率。
[0038]參照?qǐng)D1，本發(fā)明包括信號(hào)編碼和信號(hào)解碼兩大部分，其步驟如下:
[0039]一、信號(hào)編碼
[0040]步驟1，選擇多相交替碼的相位數(shù)P和編碼長(zhǎng)度L。
[0041]弱多相交替碼有兩種不同類(lèi)型的:
[0042]—是碼元相位數(shù)P為P，編碼長(zhǎng)度L為pm,其中P為素?cái)?shù),m為正整數(shù)；
[0043]二是碼元相位數(shù)P為p-1，編碼長(zhǎng)度L為p-1,其中P為素?cái)?shù)；
[0044]這兩種弱多相交替碼，每組編碼的組數(shù)N都等于其編碼長(zhǎng)度L。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要的探測(cè)范圍和高度分辨率，確定合適的編碼長(zhǎng)度L，再根據(jù)上述兩種編碼類(lèi)型，確定一種多相交替碼類(lèi)型，及對(duì)應(yīng)的相位數(shù)P。如，選擇編碼長(zhǎng)度為4，可以選擇第一種類(lèi)型，對(duì)應(yīng)的相位數(shù)為2，也可以選擇第二種類(lèi)型，對(duì)應(yīng)的相位數(shù)為4。
[0045]步驟2，生成弱多相交替碼，并轉(zhuǎn)換為強(qiáng)多相交替碼。
[0046](2a)根據(jù)多相交替碼生成規(guī)則，生成相位數(shù)為P，編碼長(zhǎng)度為L(zhǎng)，組數(shù)為N組的弱多相交替碼；
[0047](2b)將N組弱多相交替碼各復(fù)制一份，并將復(fù)制的每組交替碼內(nèi)的奇數(shù)位碼元乘以-1，再將復(fù)制的N組弱多相交替碼與原N組弱多相交替碼合并，組成組數(shù)為2N組強(qiáng)多相交替碼。
[0048]步驟3，設(shè)定一組跳頻編碼。
[0049]根據(jù)生成的強(qiáng)多相交替碼的編碼組數(shù)2N，設(shè)定一組長(zhǎng)度為2N的跳頻編碼，該跳頻編碼的各個(gè)碼元的頻率互不相等，分別為f\、f2>…、f2N，這2N個(gè)跳頻編碼碼元與強(qiáng)多相交替碼的2N組編碼相對(duì)應(yīng)。
[0050]步驟4，編碼信號(hào)調(diào)制。
[0051]將生成的強(qiáng)多相交替碼的2N組編碼信號(hào)，分別用跳頻編碼的2N個(gè)跳頻頻率進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的各組編碼按順序無(wú)時(shí)隙排列，組成完整的發(fā)射信號(hào)。參照?qǐng)D2中編碼信號(hào)調(diào)制部分，這里假設(shè)強(qiáng)多相交替碼的組數(shù)為2N組，相位數(shù)為2，編碼長(zhǎng)度為4。圖2中，一個(gè)矩形塊表示一個(gè)碼元，碼元位于時(shí)間軸上方或者下方，分別代表該碼元的相位為O或者31。2N組強(qiáng)多相交替碼各組編碼連續(xù)排列，每組內(nèi)的4個(gè)碼元采用同一個(gè)跳頻頻率調(diào)制，第η組編碼選取的頻率為跳頻編碼的第η個(gè)頻率fn，調(diào)制后的各組編碼組成完整的發(fā)射信號(hào)。
[0052]步驟5，將發(fā)射信號(hào)調(diào)制到射頻，并通過(guò)雷達(dá)發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射。
[0053]二、信號(hào)解碼
[0054]步驟6，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行下變頻與采樣。
[0055]雷達(dá)接收機(jī)接收電離層散射的回波信號(hào)，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行下變頻，得到中頻信號(hào)，并對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行Α/D采樣。
[0056]步驟7，設(shè)計(jì)濾波器組，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行去混疊濾波。
[0057](7a)按照信號(hào)發(fā)射時(shí)2N組強(qiáng)多相交替碼各組編碼的調(diào)制頻率，設(shè)計(jì)數(shù)字帶通濾波器組，該數(shù)字帶通濾波器組包括2N個(gè)子濾波器，各子濾波器的中心頻率分別等于跳頻編碼的頻率fl、f2、…、f2N;各子濾波器的帶寬根據(jù)發(fā)射信號(hào)的調(diào)制頻率和電離層的散射信號(hào)帶寬參數(shù)選擇，各個(gè)子濾波器的通帶范圍不相重疊；
[0058](7b)使用數(shù)字帶通濾波器組對(duì)Α/D采樣后的回波信號(hào)進(jìn)行濾波，由于每組強(qiáng)多相交替碼所采用的調(diào)制頻率不同，經(jīng)過(guò)帶通濾波器組濾波后，得到2N個(gè)信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)于強(qiáng)多相交替碼的2N組編碼。
[0059]參照?qǐng)D3，這里假設(shè)強(qiáng)交替碼編碼組數(shù)為4，由于設(shè)計(jì)的非相干散射雷達(dá)編碼波形對(duì)于電離層的距離分辨率等于其碼片寬度，將電離層等效為一系列等間距的薄片，間距為碼片寬度與光速之積?？梢钥闯?，在每組強(qiáng)多相交替碼編碼寬度的時(shí)隙內(nèi)，回波信號(hào)是4組編碼散射信號(hào)的疊加，由于每組編碼采用不同頻率調(diào)制，用每組編碼對(duì)應(yīng)的帶通濾波器分別濾波，可以從混疊的散射信號(hào)中分離出這4組編碼每組對(duì)應(yīng)的散射信號(hào)。
[0060]步驟8，對(duì)去混疊濾波后得到的2N個(gè)散射回波信號(hào)進(jìn)行后檢測(cè)濾波。
[0061](Sa)設(shè)計(jì)后檢測(cè)濾波器，通常采用低通濾波器，且其沖激響應(yīng)的長(zhǎng)度等于碼片寬度；
[0062](Sb)使用后檢測(cè)濾波器對(duì)2N組強(qiáng)多相交替碼每組對(duì)應(yīng)的散射回波信號(hào)分別進(jìn)行濾波處理。
[0063]步驟9，截取一個(gè)高度上的回波信號(hào)。
[0064]對(duì)步驟3中得到的2N個(gè)后檢測(cè)濾波后的回波信號(hào)分別進(jìn)行截取，截取長(zhǎng)度為發(fā)射信號(hào)的脈沖寬度，截取信號(hào)的起始時(shí)間對(duì)應(yīng)于該信號(hào)在目標(biāo)電離層的高度。
[0065]步驟10，計(jì)算自相關(guān)函數(shù)，并進(jìn)行符號(hào)修正和累加。
[0066](1a)由2N組強(qiáng)多相交替碼生成符號(hào)修正表，生成步驟如下:
[0067](1al)將2N組長(zhǎng)度為L(zhǎng)的強(qiáng)多相交替碼每組編碼平移η個(gè)碼元，η =1，2，3，...，L-1 ；
[0068](10a2)用平移后的2N組強(qiáng)多相交替碼每組編碼分別與平移前對(duì)應(yīng)的編碼相乘，得到2N組長(zhǎng)度為L(zhǎng)-n的編碼符號(hào)，作為第η個(gè)時(shí)延處各組編碼各碼元的修正符號(hào)；
[0069](1b)以一個(gè)碼元寬度為時(shí)延間隔，分別計(jì)算步驟9中截取得到的2Ν個(gè)子信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)，得到每個(gè)信號(hào)L-1個(gè)時(shí)延處自相關(guān)點(diǎn)的值；
[0070](1c)用符號(hào)修正表中每組強(qiáng)多相交替碼對(duì)應(yīng)的第η個(gè)時(shí)延處各碼元的修正符號(hào)分別乘以對(duì)應(yīng)的自相關(guān)函數(shù)第η個(gè)時(shí)延處各個(gè)碼元位置的自相關(guān)點(diǎn)的值，得到2Ν個(gè)子信號(hào)符號(hào)修正后的自相關(guān)結(jié)果；
[0071](1d)對(duì)第η個(gè)時(shí)延處2Ν個(gè)子信號(hào)符號(hào)修正后的自相關(guān)結(jié)果進(jìn)行求和。
[0072]步驟11，計(jì)算其它高度的自相關(guān)函數(shù)。
[0073]重復(fù)步驟9至步驟10，對(duì)后檢測(cè)濾波后的2Ν個(gè)回波信號(hào)中，每組信號(hào)的下一個(gè)高度范圍的回波信號(hào)進(jìn)行截取，得到2Ν個(gè)子信號(hào)，計(jì)算每個(gè)子信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)，并進(jìn)行符號(hào)修正和累加，直到所有高度的回波信號(hào)處理完畢。
[0074]步驟12，多周期積累。
[0075]重復(fù)步驟6至步驟11，接收下一周期的回波信號(hào)并處理，直至所有周期處理完畢，得到每個(gè)周期不同高度處的自相關(guān)結(jié)果，將所有周期對(duì)應(yīng)高度處得到的自相關(guān)結(jié)果分別進(jìn)行累加，得到每個(gè)高度處累加后的自相關(guān)結(jié)果。
[0076]步驟13，模糊函數(shù)修正，計(jì)算功率譜密度。
[0077](13a)根據(jù)強(qiáng)多相交替碼的2N組編碼計(jì)算模糊函數(shù)修正值:
[0078](13al)使用后檢測(cè)濾波器對(duì)2N組強(qiáng)多相交替碼每組編碼分別進(jìn)行濾波，得到每組編碼對(duì)應(yīng)的幅度模糊函數(shù)值序列；
[0079](13a2)將步驟(13al)得到的2N個(gè)幅度模糊函數(shù)值序列分別平移η個(gè)強(qiáng)多相交替碼碼元寬度，η = 1，2，3，...，L-1 ;再將平移后的2Ν個(gè)序列分別與平移前對(duì)應(yīng)的序列相乘，得到第η個(gè)時(shí)延處每組強(qiáng)多相交替碼的距離模糊函數(shù)值序列；
[0080](13a3)用符號(hào)修正表中每組強(qiáng)多相交替碼對(duì)應(yīng)的第η個(gè)時(shí)延處各碼元的修正符號(hào)分別乘以對(duì)應(yīng)的強(qiáng)多相交替碼第η個(gè)時(shí)延處的距離模糊函數(shù)值序列，并對(duì)2Ν個(gè)修正后的距離模糊函數(shù)值序列求和，得到第η個(gè)時(shí)延處各碼元最終的模糊函數(shù)值序列；
[0081](13b)對(duì)步驟(12)得到的各個(gè)高度處的自相關(guān)結(jié)果，分別用其第η個(gè)時(shí)延處的各個(gè)碼元位置的自相關(guān)點(diǎn)的值除以第η個(gè)時(shí)延處各碼元的模糊函數(shù)值，得到最終的自相關(guān)結(jié)果;
[0082](13c)對(duì)各個(gè)高度處最終的自相關(guān)結(jié)果分別進(jìn)行傅立葉變換，得到電離層各個(gè)高度處的功率譜密度，完成對(duì)雷達(dá)信號(hào)的處理。
[0083]本發(fā)明中雷達(dá)距離分辨率效果可通過(guò)如下仿真實(shí)驗(yàn)說(shuō)明:
[0084]1.仿真條件:仿真使用的軟件為MATLAB。
[0085]2.仿真環(huán)境:仿真在Windows XP環(huán)境下進(jìn)行。
[0086]3.仿真內(nèi)容:
[0087]仿真I，對(duì)一組相位數(shù)為5，編碼長(zhǎng)度為5，組數(shù)為10的強(qiáng)多相交替碼在一個(gè)碼元寬度時(shí)延處的距離模糊函數(shù)進(jìn)行仿真，該強(qiáng)多相交替碼各碼元相位如表I所示，仿真結(jié)果如圖4所示。圖4中強(qiáng)多相交替碼的距離模糊函數(shù)共有4個(gè)波峰，分別為一個(gè)碼片寬度時(shí)延下4個(gè)碼元處的距離模糊子函數(shù)。
[0088]表1相位數(shù)為5、編碼長(zhǎng)度為5、組數(shù)為10的強(qiáng)多相交替碼碼表
[0089]

【權(quán)利要求】
1.一種基于跳頻和多相交替碼的非相干散射雷達(dá)信號(hào)處理方法，其特征在于包括: (1)信號(hào)編碼步驟: (Ia)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，確定雷達(dá)所需多相交替碼的相位數(shù)P和編碼長(zhǎng)度L ； (Ib)根據(jù)多相交替碼生成規(guī)則以及相位數(shù)P和編碼長(zhǎng)度L，先生成N組弱多相交替碼，再將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的2N組強(qiáng)多相交替碼； (Ic)根據(jù)生成的強(qiáng)多相交替碼的編碼組數(shù)2N，設(shè)定一組長(zhǎng)度為2N的跳頻編碼； (Id)將每組強(qiáng)多相交替碼調(diào)制到設(shè)定的跳頻編碼的各個(gè)子頻率上，使各組編碼按順序無(wú)時(shí)隙排列，得到發(fā)射信號(hào)； (Ie)將發(fā)射信號(hào)調(diào)制到射頻，利用發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射； (2)信號(hào)解碼步驟: (2a)雷達(dá)接收機(jī)接收電離層散射的回波信號(hào)，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行下變頻，得到中頻信號(hào)，再進(jìn)行Α/D采樣； (2b)根據(jù)發(fā)射時(shí)使用的跳頻編碼，設(shè)計(jì)數(shù)字帶通濾波器組對(duì)A/D采樣后的回波信號(hào)進(jìn)行濾波，得到發(fā)射時(shí)使用的強(qiáng)多相交替碼每組編碼對(duì)應(yīng)的散射回波信號(hào)； (2c)根據(jù)發(fā)射時(shí)使用的強(qiáng)多相交替碼，設(shè)計(jì)后檢測(cè)濾波器對(duì)每組散射回波信號(hào)分別進(jìn)行濾波； (2d)將每組散射回波信號(hào)截?cái)酁槎鄠€(gè)子信號(hào)，截?cái)嚅L(zhǎng)度為發(fā)射信號(hào)的脈沖寬度，每個(gè)截?cái)嘈盘?hào)的起始時(shí)間對(duì)應(yīng)于該信號(hào)在目標(biāo)電離層的高度，計(jì)算不同高度處散射回波信號(hào)的自相關(guān)，對(duì)每組散射回波信號(hào)自相關(guān)使用符號(hào)修正表進(jìn)行符號(hào)修正，并將所有組的修正結(jié)果按不同高度分別進(jìn)行求和； (2e)重復(fù)步驟(2a)?(2d)，接收下一周期的回波信號(hào)并處理，直至所有周期處理完畢，得到每個(gè)周期不同高度范圍的自相關(guān)結(jié)果，將所有周期對(duì)應(yīng)高度處得到的自相關(guān)結(jié)果分別進(jìn)行累加； (2f)對(duì)各個(gè)高度處累加后的自相關(guān)結(jié)果分別使用對(duì)應(yīng)的模糊函數(shù)值進(jìn)行修正，得到最終的自相關(guān)結(jié)果，并對(duì)自相關(guān)結(jié)果進(jìn)行傅立葉變換得到電離層功率譜密度，完成對(duì)雷達(dá)信號(hào)的處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于跳頻和多相交替碼的非相干散射雷達(dá)信號(hào)處理方法，其中步驟(Ic)所述的跳頻編碼，其各個(gè)碼元的頻率互不相等，分別為f\、f2、…、f2N，且與強(qiáng)多相交替碼的2N組編碼相對(duì)應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于跳頻和多相交替碼的非相干散射雷達(dá)信號(hào)處理方法，其中步驟(2b)所述的數(shù)字帶通濾波器組，包括2N個(gè)子濾波器，各子濾波器的中心頻率分別等于跳頻編碼的頻率，帶寬根據(jù)發(fā)射信號(hào)的調(diào)制頻率和電離層的散射信號(hào)帶寬參數(shù)選擇；各個(gè)子濾波器的通帶范圍不重疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于跳頻和多相交替碼的非相干散射雷達(dá)信號(hào)處理方法，其中步驟(2c)所述的后檢測(cè)濾波器為低通濾波器，其沖激響應(yīng)的長(zhǎng)度與強(qiáng)多相交替碼的碼片寬度相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于跳頻和多相交替碼的非相干散射雷達(dá)信號(hào)處理方法，其中步驟(2d)所述的符號(hào)修正表由強(qiáng)多相交替碼的碼表生成，生成步驟如下: (2dl)將2N組長(zhǎng)度為L(zhǎng)的強(qiáng)多相交替碼每組編碼平移η個(gè)碼元，η = 1，2，3，...，L-1 ; (2d2)用平移后的2N組強(qiáng)多相交替碼每組編碼分別與平移前對(duì)應(yīng)的編碼相乘，得到2N組長(zhǎng)度為L(zhǎng)-n的編碼符號(hào)，作為第η個(gè)時(shí)延處各組編碼各碼元的修正符號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于跳頻和多相交替碼的非相干散射雷達(dá)信號(hào)處理方法，其中步驟(2f)所述的模糊函數(shù)值，是通過(guò)強(qiáng)多相交替碼的碼表計(jì)算得出，計(jì)算步驟如下:(2fl)使用后檢測(cè)濾波器對(duì)2N組強(qiáng)多相交替碼每組編碼進(jìn)行濾波，得到每組編碼對(duì)應(yīng)的幅度模糊函數(shù)值序列； (2f2)將步驟(2Π)得到的2N個(gè)幅度模糊函數(shù)值序列平移η個(gè)強(qiáng)交替碼碼片寬度，η= 1,2,3,..., L-1，再將平移后的序列分別與平移前對(duì)應(yīng)的序列相乘，得到第η個(gè)時(shí)延處每組編碼的距離模糊函數(shù)值序列； (2f3)對(duì)每組編碼第η個(gè)時(shí)延處的距離模糊函數(shù)值序列分別使用符號(hào)修正表第η個(gè)時(shí)延處對(duì)應(yīng)組編碼的各個(gè)碼元的修正符號(hào)進(jìn)行修正，并對(duì)2Ν個(gè)修正后的距離模糊函數(shù)值序列求和，得到第η個(gè)時(shí)延處各碼元最終的模糊函數(shù)值序列。
【文檔編號(hào)】G01S7/02GK104181509SQ201410438274
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月31日
【發(fā)明者】李林, 李海濤, 姬紅兵, 丁宗華, 朱明哲, 劉靳, 臧博 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)