本發(fā)明涉及雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)多運(yùn)動(dòng)目標(biāo)匹配方法。

背景技術(shù)：

低截獲（LPI）雷達(dá)的定義是：雷達(dá)在探測(cè)到敵方目標(biāo)的同時(shí)，雷達(dá)信號(hào)被敵方截獲到的概率最小。線性調(diào)頻（LFM）雷達(dá)信號(hào)因其具有較大的時(shí)寬帶寬積、較低的峰值功率和較寬的頻帶，是一種重要的低截獲（LPI）信號(hào)。

在授權(quán)公告號(hào)為CN201410295153、名為“低截獲測(cè)速方法及裝置”的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利采用了三角波調(diào)制的線性調(diào)頻連續(xù)波，提出了利用單周期的正負(fù)程差拍信號(hào)的頻譜對(duì)消，除去靜止目標(biāo)的干擾，得到了正負(fù)程差拍信號(hào)的頻率，進(jìn)而算出目標(biāo)的速度和距離。然而，上述方法只能用于解算單個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離和速度，如果在n個(gè)目標(biāo)的情況下，利用以上的方法所得的差拍信號(hào)頻域圖的頻率譜線的條數(shù)在不考慮疊加的情況下有2n條，正負(fù)差拍信號(hào)譜線各n條，如圖1的頻譜交織在一起，這樣一來(lái)，上/下掃頻段頻譜的配對(duì)成為了準(zhǔn)確求得多目標(biāo)速度的關(guān)鍵問(wèn)題，如果目標(biāo)頻譜不能得到準(zhǔn)確的匹配，可能導(dǎo)致對(duì)目標(biāo)速度和距離的錯(cuò)誤判斷。

在授權(quán)公告號(hào)為CN201610157958，名稱(chēng)為“一種多目標(biāo)雷達(dá)探測(cè)方法”的發(fā)明專(zhuān)利中，采用了CW（連續(xù)波）和FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）三角波結(jié)合的方式來(lái)解決頻譜處理復(fù)雜，難以得到準(zhǔn)確匹配的問(wèn)題，該專(zhuān)利通過(guò)反射回來(lái)的雷達(dá)電磁波得到接收信號(hào)，將接收信號(hào)與調(diào)制信號(hào)進(jìn)行混頻后得到中頻信號(hào)，將中頻信號(hào)進(jìn)行正交解調(diào)后得到I/Q信號(hào)，對(duì)I/Q信號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)FFT運(yùn)算后進(jìn)行的目標(biāo)檢測(cè)，將CW信號(hào)檢測(cè)出的各目標(biāo)的速度信息與FMCW三角波信號(hào)檢測(cè)出的各目標(biāo)的距離信息和速度信息進(jìn)行匹配，得到最終的各目標(biāo)的距離信息和速度信息。但是這種波形因?yàn)橛羞B續(xù)波的存在而失去了調(diào)頻連續(xù)波具有的低截獲性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于低截獲三角波調(diào)制調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)進(jìn)行的多運(yùn)動(dòng)目標(biāo)匹配方法，可以使得測(cè)速雷達(dá)在解決多目標(biāo)測(cè)距和測(cè)速的同時(shí)，保持低截獲的特性。

本發(fā)明所述線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)多運(yùn)動(dòng)目標(biāo)匹配方法，包括以下步驟：

步驟1.線性調(diào)頻連續(xù)三角波的單個(gè)調(diào)頻周期里，對(duì)各個(gè)待測(cè)目標(biāo)的正程上掃頻差拍信號(hào)頻譜與負(fù)程下掃頻差拍信號(hào)頻譜相減，得到對(duì)消之后頻譜；

步驟2.利用CFAR判決分別判決出對(duì)消之后頻譜的各個(gè)正程頻譜峰值和負(fù)程頻譜峰值，下標(biāo)1、2……用于區(qū)分不同的峰值，其中CFAR在正、負(fù)程均采用同程信息進(jìn)行判決，所謂同程指均為正程或負(fù)程；

步驟3.對(duì)判決出的頻譜峰值，任意選擇一個(gè)正程頻譜峰值與一個(gè)負(fù)程頻譜峰值配對(duì)并視為同一目標(biāo)的正負(fù)程差拍頻率，利用排列組合，得到所有的匹配方式；對(duì)于有N個(gè)待測(cè)目標(biāo)，應(yīng)有N！種匹配方式，每個(gè)匹配方式下包含N個(gè)被假設(shè)為屬于同一待測(cè)目標(biāo)的正、負(fù)程頻譜峰值對(duì)；

步驟4.在每種匹配方式下，利用被假設(shè)為屬于同一待測(cè)目標(biāo)的正、負(fù)程頻譜峰值對(duì)，計(jì)算出所有匹配方式下，每個(gè)待測(cè)目標(biāo)在該調(diào)頻周期里的假設(shè)速度值；

步驟5.針對(duì)多個(gè)線性調(diào)頻連續(xù)三角波的不同調(diào)頻周期，連續(xù)重復(fù)步驟1至步驟4，得到所有匹配方式下各個(gè)待測(cè)目標(biāo)在該調(diào)頻周期里的假設(shè)速度值；以相同的匹配方式下得到的各個(gè)不同調(diào)頻周期的假設(shè)速度值進(jìn)行擬合，得到各個(gè)目標(biāo)的時(shí)間-速度擬合曲線；

步驟6.選出所有匹配方式中時(shí)間-速度擬合曲線平均斜率最小的匹配方式A,該匹配方式下各個(gè)目標(biāo)在多個(gè)調(diào)頻周期內(nèi)的平均速度即為該目標(biāo)的真實(shí)速度，步驟6中，所述平均斜率為該匹配方式下各個(gè)目標(biāo)的時(shí)間-速度擬合曲線斜率絕對(duì)值的平均值。

優(yōu)選的，所述步驟4及5中，還包括利用被假設(shè)為屬于同一待測(cè)目標(biāo)的正、負(fù)程頻譜峰值對(duì)，計(jì)算出所有匹配方式下，每個(gè)待測(cè)目標(biāo)在該調(diào)頻周期里的假設(shè)距離值；

還包括步驟7：將步驟6中確定的匹配方式A下求出的不同調(diào)頻周期里的假設(shè)距離值進(jìn)行擬合，擬合出時(shí)間-距離曲線，利用時(shí)間-距離曲線的斜率值與步驟6中得到的真實(shí)速度值進(jìn)行比較判定，驗(yàn)證結(jié)果是否正確。

進(jìn)一步的，所述比較判定為：斜率值與真實(shí)速度值是否在的誤差范圍內(nèi)，是則驗(yàn)證正確，否則不正確。

進(jìn)一步的，計(jì)算距離值R的公式為：，其中c為光速，μ為調(diào)頻斜率，f_b⁺、f_b^-分別表示正、負(fù)程頻譜峰值。

具體的，所述步驟2中判決正、負(fù)程頻譜峰值的方法為CFAR判決方法。

具體的，所述步驟4中，計(jì)算速度值V的公式為：，其中λ為調(diào)頻連續(xù)波波長(zhǎng)， f_b⁺、f_b^-分別表示正、負(fù)程頻譜峰值。

優(yōu)選的，所述步驟5中的多個(gè)不同調(diào)頻周期為時(shí)間上連續(xù)的調(diào)頻周期。

本發(fā)明的優(yōu)越性在于：在多目標(biāo)情況下，將多個(gè)調(diào)頻周期里的正負(fù)程差拍信號(hào)在頻域按周期進(jìn)行對(duì)消得到對(duì)消頻譜，利用排列組合得到所有的匹配方式，計(jì)算得到每種匹配方式的速度數(shù)據(jù)。對(duì)多個(gè)調(diào)頻周期的速度數(shù)據(jù)線性擬合，選擇目標(biāo)平均斜率最小的匹配方式得到目標(biāo)真實(shí)速度。本發(fā)明還可通過(guò)時(shí)間-距離擬合校驗(yàn)的一致性來(lái)判定匹配的正確性，解決了對(duì)稱(chēng)三角線性調(diào)頻連續(xù)波多目標(biāo)頻譜匹配并保持低截獲特性的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1給出多個(gè)目標(biāo)情況下的正、負(fù)程差拍信號(hào)頻域的示意圖；

圖2給出了本發(fā)明所述線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)多運(yùn)動(dòng)目標(biāo)匹配方法的一種具體實(shí)施方式流程圖。

圖3給出了本發(fā)明所述線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)多運(yùn)動(dòng)目標(biāo)匹配方法的一種具體實(shí)施方式的步驟框圖；

圖4為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的三個(gè)目標(biāo)的正程差拍信號(hào)的頻譜圖；

圖5為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的三個(gè)目標(biāo)的負(fù)程差拍信號(hào)的頻譜圖；

圖6為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的正、負(fù)程頻譜對(duì)消后的示意圖，圖中A、B、C為三個(gè)目標(biāo)的正程差拍信號(hào)，1、2、3為三個(gè)目標(biāo)的負(fù)程差拍信號(hào)；

圖7為說(shuō)明書(shū)具體實(shí)施例中第一種匹配方式的速度擬合曲線；

圖8為說(shuō)明書(shū)具體實(shí)施例中第二種匹配方式的速度擬合曲線；

圖9為說(shuō)明書(shū)具體實(shí)施例中第三種匹配方式的速度擬合曲線；

圖10為說(shuō)明書(shū)具體實(shí)施例中第四種匹配方式的速度擬合曲線；

圖11為說(shuō)明書(shū)具體實(shí)施例中第五種匹配方式的速度擬合曲線；

圖12為說(shuō)明書(shū)具體實(shí)施例中第六種匹配方式的速度擬合曲線；

圖7至圖12的橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為速度；單位相同。

圖13為說(shuō)明書(shū)具體實(shí)施例中第二種匹配方式的時(shí)間-距離擬合圖。

圖13的橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為距離，單位分別為秒和米。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明是基于三角波調(diào)制調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)（例如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN201410295153所公開(kāi)的三角波調(diào)制調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)）所進(jìn)行的多運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法。在存在多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)及靜止雜波背景的情況下，首先得到單個(gè)調(diào)頻周期里正、負(fù)程差拍信號(hào)對(duì)消頻譜，利用排列組合得到所有的配對(duì)方式，得出該調(diào)頻周期每個(gè)可能的配對(duì)方式的目標(biāo)速度。然后在多個(gè)不同調(diào)頻周期里，利用同樣的方法得到若干組速度數(shù)據(jù)，將各個(gè)周期每種相同匹配方式下得到的速度數(shù)據(jù)線性擬合，取平均斜率最小的匹配方式為正確配對(duì)方式，從而解出目標(biāo)速度。

本發(fā)明所述的線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)多運(yùn)動(dòng)目標(biāo)匹配方法，包括以下步驟：

步驟1.線性調(diào)頻連續(xù)三角波的單個(gè)調(diào)頻周期里，對(duì)各個(gè)待測(cè)目標(biāo)的正程上掃頻差拍信號(hào)頻譜與負(fù)程下掃頻差拍信號(hào)頻譜相減，得到對(duì)消之后頻譜；

采用對(duì)消方式，可以有效排除背景雜波的影響。

步驟2. 分別判決出對(duì)消之后頻譜的各個(gè)正程頻譜峰值和負(fù)程頻譜峰值，下標(biāo)1、2……用于區(qū)分不同的峰值；

判決方法一般利用CFAR（Constant False-Alarm Rate，恒虛警率檢測(cè)）方法判斷出各個(gè)正、負(fù)頻譜峰值，CFAR在正、負(fù)程均采用同程信息進(jìn)行判決，所謂同程指均為正程或負(fù)程。

步驟3.對(duì)判決出的頻譜峰值，任意選擇一個(gè)正程頻譜峰值與一個(gè)負(fù)程頻譜峰值配對(duì)并視為同一目標(biāo)的正負(fù)程差拍頻率，利用排列組合，得到所有的匹配方式；對(duì)于N個(gè)待測(cè)目標(biāo)，應(yīng)有N！種匹配方式，每個(gè)匹配方式下包含N個(gè)被假設(shè)為屬于同一待測(cè)目標(biāo)的正、負(fù)程頻譜峰值對(duì)。例如對(duì)于3個(gè)待測(cè)目標(biāo)，則有6種匹配方式。

步驟4. 計(jì)算每種匹配方式下，利用被假設(shè)為屬于同一待測(cè)目標(biāo)的正、負(fù)程頻譜峰值對(duì)，計(jì)算出所有匹配方式下，每個(gè)待測(cè)目標(biāo)在該調(diào)頻周期里的假設(shè)速度值；

步驟4中，可以利用公式計(jì)算速度值，計(jì)算速度值V的公式為：

------（1）

其中λ為調(diào)頻連續(xù)波波長(zhǎng)， f_b⁺、f_b^-分別表示正、負(fù)程頻譜峰值。

步驟5.針對(duì)多個(gè)線性調(diào)頻連續(xù)三角波的不同調(diào)頻周期，連續(xù)重復(fù)步驟1至步驟4，得到所有匹配方式下各個(gè)待測(cè)目標(biāo)在該調(diào)頻周期里的假設(shè)速度值；以相同的匹配方式下得到的各個(gè)不同調(diào)頻周期的假設(shè)速度值進(jìn)行擬合，得到各個(gè)目標(biāo)的時(shí)間-速度擬合曲線。

步驟5中，由于三角波每個(gè)周期時(shí)間較短，在微秒量級(jí)，間隔數(shù)量較少的若干周期時(shí)目標(biāo)速度變化可以忽略。但最好選取時(shí)間上連續(xù)不間斷的連續(xù)多個(gè)調(diào)頻周期進(jìn)行測(cè)量，以取得最佳測(cè)量效果。

步驟6.選出所有匹配方式中時(shí)間-速度擬合曲線平均斜率最小的匹配方式A,該匹配方式下各個(gè)目標(biāo)在多個(gè)調(diào)頻周期內(nèi)的平均速度即為該目標(biāo)的真實(shí)速度，步驟6中，所述平均斜率為該匹配方式下各個(gè)目標(biāo)的時(shí)間-速度擬合曲線斜率絕對(duì)值的平均值。

在多調(diào)頻周期的情況下，每一個(gè)調(diào)頻周期所對(duì)應(yīng)的上掃頻差拍信號(hào)

的頻率和下掃頻差拍信號(hào)的頻率分別是：

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

其中和是目標(biāo)瞬時(shí)距離，和是目標(biāo)初始距離，和是目標(biāo)的瞬時(shí)速度，下標(biāo)1、2分別表示上、下掃頻差拍信號(hào)頻譜；c為光速，μ為調(diào)頻斜率，t表示時(shí)間，λ為調(diào)頻連續(xù)波波長(zhǎng)。

本發(fā)明通過(guò)擬合曲線斜率來(lái)判斷出正確匹配方式的原理在于：若表示的是同一目標(biāo)，則，若表示的是不同目標(biāo)，則。因此，若某一匹配方式是正確的匹配方式，這時(shí)，所計(jì)算出的是一個(gè)正確的速度值，由于各個(gè)調(diào)頻周期時(shí)間極短，一般認(rèn)為被測(cè)量的各個(gè)調(diào)頻周期內(nèi)速度值近似為一常數(shù)，多個(gè)常數(shù)擬合得到的速度擬合曲線斜率接近0；若某一匹配方式是不正確的匹配方式，這時(shí)，每個(gè)周期所計(jì)算出的速度值均與時(shí)間有關(guān)，最后的速度擬合曲線通常具有一定的斜率。

根據(jù)步驟1至6所述的方法求出目標(biāo)速度后，可以利用時(shí)間-距離曲線進(jìn)行驗(yàn)證。

在所述步驟4及5中，還可以利用被假設(shè)為屬于同一待測(cè)目標(biāo)的正、負(fù)程頻譜峰值對(duì)，計(jì)算出所有匹配方式下，每個(gè)待測(cè)目標(biāo)在該調(diào)頻周期里的假設(shè)距離值；

在步驟6之后，還包括步驟7：將步驟6中確定的匹配方式A下求出的不同調(diào)頻周期里的假設(shè)距離值進(jìn)行擬合，擬合出時(shí)間-距離曲線，利用時(shí)間-距離曲線的斜率值與步驟6中得到的真實(shí)速度值進(jìn)行比較判定，驗(yàn)證結(jié)果是否正確。

比較判定可以為將求出的時(shí)間-距離斜率值與真實(shí)速度值比較，二者誤差是否在的誤差范圍內(nèi)，是則驗(yàn)證正確，否則不正確。

步驟4中，對(duì)距離值R的計(jì)算公式可以為：

------（2）

其中c為光速，μ為調(diào)頻斜率， f_b⁺、f_b^-分別表示正、負(fù)程頻譜峰值。

圖3為本發(fā)明所述的線性調(diào)頻連續(xù)波多目標(biāo)匹配的方法具體實(shí)施方式的流程框圖。將得到的發(fā)射信號(hào)與回波信號(hào)的差拍信號(hào)進(jìn)行A/D變換，得到調(diào)頻周期正半程差拍信號(hào)和負(fù)半程差拍信號(hào)兩路信號(hào)，將得到的兩路差拍信號(hào)進(jìn)行FFT（快速傅立葉變換）變換得到正、負(fù)半程差拍信號(hào)的頻譜，用正半程差拍信號(hào)頻譜和負(fù)半程差拍信號(hào)頻譜對(duì)消，對(duì)消后的頻譜圖利用CFAR處理得到頻率測(cè)量值，接著利用正、負(fù)程信號(hào)頻譜確認(rèn)所有的匹配組合，對(duì)所有的匹配組合利用速度和距離公式，即公式（1）和公式（2）得到每個(gè)目標(biāo)的速度值和距離值，將得到的速度數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，選出速度擬合曲線平均斜率最小的一組為候選正確的匹配方式A。

驗(yàn)證方式為在匹配方式A下求出的不同調(diào)頻周期里的假設(shè)距離值進(jìn)行擬合，擬合出時(shí)間-距離曲線，利用時(shí)間-距離曲線的斜率值與步驟6中得到的真實(shí)速度值進(jìn)行比較，二者誤差是否在的誤差范圍內(nèi)，是則驗(yàn)證正確，否則不正確。

以下給出本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例：

假設(shè)在有三個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的情況下，目標(biāo)一的速度和距離分別為30m/s和20m，目標(biāo)二的速度和距離分別為50m/s和20m，目標(biāo)三的速度和距離分別為40m/s和15m，首先由步驟1，生成的對(duì)稱(chēng)三角線性調(diào)頻連續(xù)波，其正負(fù)程發(fā)射信號(hào)的載波起始頻率設(shè)置為34GHz，發(fā)射信號(hào)的帶寬設(shè)置為1GHz，調(diào)頻周期為10ms，由對(duì)差拍信號(hào)進(jìn)行A/D變換分別得到發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)的正、負(fù)程差拍信號(hào)，分別對(duì)正程差拍信號(hào)和負(fù)程差拍信號(hào)進(jìn)行采樣率為400KHz的FFT變換得到兩個(gè)差拍信號(hào)的頻譜如圖4和圖5所示，用正程差拍信號(hào)的頻譜減去負(fù)程差拍信號(hào)的頻譜得到對(duì)消之后的頻譜圖，如圖6。

由步驟2，如圖6所示，利用CFAR判決得到目標(biāo)個(gè)數(shù)為3個(gè)，且正程差拍信號(hào)的頻譜標(biāo)號(hào)分別為A，B，C，負(fù)程差拍信號(hào)的頻譜標(biāo)號(hào)分別為1，2，3；由步驟3，對(duì)于三個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，對(duì)得到的對(duì)消頻譜圖正負(fù)程譜線進(jìn)行排列組合，可以有如表1所示的以下6種匹配方式：

表1

由步驟4，此時(shí)對(duì)每一種匹配方式可以利用公式（1）分別得到一個(gè)調(diào)頻周期里的三個(gè)目標(biāo)的速度；由步驟5，在調(diào)頻連續(xù)波接下來(lái)的周期里均可以計(jì)算出每種匹配方式三個(gè)目標(biāo)的速度。

本實(shí)施例中，取15個(gè)連續(xù)調(diào)頻周期重復(fù)步驟1至4，將15個(gè)周期里得到的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合得到連續(xù)周期速度的變化曲線。六種匹配方式得到的多周期速度變化曲線分別如圖7至圖12所示。對(duì)每一種匹配方式求目標(biāo)斜率絕對(duì)值的平均值可以得到第一種匹配方式速度曲線的平均斜率為0.7840，第二種匹配方式速度曲線的平均斜率為0.0064，第三種匹配方式速度曲線的平均斜率為0.7824，第四種匹配方式速度曲線的平均斜率為0.3844，第五種匹配方式速度曲線的平均斜率為0.6065，第六種匹配方式速度曲線的平均斜率為0.7824；由步驟6，選擇平均斜率最小的一種匹配方式為候選正確的匹配方式A，即選中第二種匹配方式，得出第二種匹配方式中三個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的平均速度分別為39.4071m/s，49.2302m/s，29.5555m/s。

由步驟7，畫(huà)出第二種匹配方式的時(shí)間-距離擬合圖形如圖13所示，每一條曲線的斜率所代表的即為此目標(biāo)的速度，分別為39.88m/s，50.14m/s，30.08m/s，與步驟6所得速度的誤差分別為0.4729，0.9098，0.5245，在的誤差范圍內(nèi)，因此確定此匹配方式是正確的。

本發(fā)明中所公開(kāi)的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來(lái)實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤(pán)、可移動(dòng)磁盤(pán)、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。

前文所述的為本發(fā)明的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的優(yōu)選實(shí)施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實(shí)施方式為前提，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式都可以任意疊加組合使用，所述實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗(yàn)證過(guò)程，并非用以限制本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍仍然以其權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)，凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。