本發(fā)明涉及擴(kuò)展高重頻脈沖雷達(dá)測(cè)距范圍的波形設(shè)計(jì)方法，屬于雷達(dá)信號(hào)設(shè)計(jì)與處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

脈沖體制雷達(dá)的距離折疊問(wèn)題一直以來(lái)是pd雷達(dá)關(guān)注的重要問(wèn)題。脈沖-多普勒體制雷達(dá)的距離模糊和速度模糊問(wèn)題是一對(duì)固有的矛盾，延長(zhǎng)信號(hào)周期可以擴(kuò)大距離探測(cè)范圍，但同時(shí)也會(huì)使測(cè)速范圍縮小進(jìn)而導(dǎo)致速度模糊。雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，遠(yuǎn)距離的折疊回波經(jīng)距離折疊進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域，淹沒(méi)檢測(cè)區(qū)域的目標(biāo)，造成目標(biāo)檢測(cè)困難。這種模糊現(xiàn)象在高重頻脈沖雷達(dá)中更為明顯。高重頻信號(hào)具有大的平均功率，能夠增大雷達(dá)的作用范圍。同時(shí)高重頻脈沖雷達(dá)具有大的無(wú)模糊測(cè)速能力，但高的脈沖重復(fù)頻率在獲得以上優(yōu)越性能的同時(shí)也會(huì)帶來(lái)高的測(cè)距模糊；當(dāng)減小脈沖重復(fù)頻率時(shí)，雷達(dá)在增大無(wú)模糊測(cè)距范圍的同時(shí)，會(huì)帶來(lái)占空比和平均功率減小的問(wèn)題。

解決折疊回波問(wèn)題的波形設(shè)計(jì)的思路是對(duì)發(fā)射信號(hào)的脈沖進(jìn)行標(biāo)記以在回波處理中解模糊，這種標(biāo)記的方法可以采用脈間頻率編碼、相位編碼等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決高重頻脈沖雷達(dá)由脈沖周期重復(fù)引起的距離模糊的問(wèn)題，以及避免在無(wú)模糊測(cè)距范圍增大的同時(shí)占空比和平均功率下降的問(wèn)題，而提出一種高重頻脈沖雷達(dá)擴(kuò)展測(cè)距范圍的波形設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的目的是距離高度模糊情況下，設(shè)計(jì)一種脈內(nèi)調(diào)頻脈間調(diào)相信號(hào)通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)和信號(hào)處理方法，將不同距離折疊回波在多普勒維進(jìn)行分離，從而擴(kuò)大無(wú)模糊測(cè)距范圍。該方法主要針對(duì)高重頻脈沖雷達(dá)距離模糊問(wèn)題，根據(jù)探測(cè)環(huán)境的目標(biāo)速度范圍和高重頻脈沖雷達(dá)測(cè)速范圍，考慮將速度探測(cè)區(qū)間分成若干部分，設(shè)計(jì)脈沖波形參數(shù)，使遠(yuǎn)距離擴(kuò)展雜波在多普勒譜上搬移到不同區(qū)域，并使不同折疊次數(shù)回波的多普勒測(cè)量范圍不重疊，從而做到將折疊回波在多普勒維進(jìn)行分離。這種波形設(shè)計(jì)方法，可以靈活設(shè)計(jì)參數(shù)在特定情況下提高無(wú)模糊測(cè)距范圍，又能保持高占空比和平均功率?？梢愿鶕?jù)目標(biāo)速度范圍，靈活調(diào)整脈間調(diào)相因子，使不同折疊次數(shù)的回波在多普勒域分離開(kāi)，進(jìn)而調(diào)整測(cè)距和測(cè)速范圍。

一種高重頻脈沖雷達(dá)擴(kuò)展測(cè)距范圍的波形設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

步驟一：根據(jù)雷達(dá)探測(cè)環(huán)境中目標(biāo)最大速度為v1和高重頻脈沖信號(hào)的最大探測(cè)速度v，確定脈間調(diào)相因子α，以及確定速度范圍與目標(biāo)真實(shí)速度和距離折疊次數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

步驟二：根據(jù)步驟一確定的參數(shù)α，對(duì)線性調(diào)頻脈沖信號(hào)進(jìn)行脈間相位調(diào)制，得到脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號(hào)；

步驟三：雷達(dá)發(fā)射脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號(hào)，對(duì)接收到的目標(biāo)反射的回波進(jìn)行距離處理，得到目標(biāo)的視在距離；

步驟四：對(duì)步驟三得到的距離處理結(jié)果，進(jìn)行脈間多普勒處理，并根據(jù)速度結(jié)果解距離模糊得到目標(biāo)真實(shí)距離。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明方法在保證高的占空比和平均功率的同時(shí)解決高重頻雷達(dá)的距離模糊問(wèn)題。高重頻的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是能夠?yàn)槊}沖雷達(dá)提供無(wú)模糊測(cè)速能力。當(dāng)檢測(cè)環(huán)境中目標(biāo)最大速度遠(yuǎn)小于高重頻雷達(dá)的最大測(cè)速范圍時(shí)，可通過(guò)采用脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制信號(hào)通過(guò)靈活設(shè)置脈間調(diào)相因子，在多普勒維解距離模糊，進(jìn)而擴(kuò)大雷達(dá)的無(wú)模糊測(cè)距范圍。同時(shí)又能保持高的占空比和平均功率。

本發(fā)明波形設(shè)計(jì)方法得到的脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制信號(hào)的無(wú)模糊測(cè)距范圍比相同脈沖重復(fù)頻率的線性調(diào)頻脈沖信號(hào)增大m倍，無(wú)模糊測(cè)速范圍縮小為1/m，占空比和平均功率相同。值得注意的是，雖然無(wú)模糊測(cè)速范圍減小，但是當(dāng)前探測(cè)環(huán)境中目標(biāo)最大速度僅為無(wú)模糊測(cè)速范圍的1/m，即測(cè)速范圍的減少并不影響雷達(dá)對(duì)當(dāng)前環(huán)境中目標(biāo)的檢測(cè)，m由探測(cè)環(huán)境中目標(biāo)最大速度和信號(hào)最大無(wú)模糊測(cè)速范圍決定?？梢造`活設(shè)計(jì)參數(shù)在特定情況下提高無(wú)模糊測(cè)距范圍，又能保持高占空比和平均功率。本發(fā)明得到的脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制信號(hào)和與它具有同樣測(cè)距測(cè)速范圍的線性調(diào)頻脈沖信號(hào)相比具有更大的占空比和平均功率，是后者的m倍。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所設(shè)計(jì)信號(hào)示意圖，圖中b為線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的帶寬，f為信號(hào)頻率，為線性調(diào)頻脈沖的相位編碼值：

圖2為折疊回波與發(fā)射信號(hào)示意圖，τd為回波時(shí)間延遲；

圖3為雷達(dá)回波的多普勒處理結(jié)果，其中包含位于不同距離折疊范圍擁有最大可檢測(cè)速度的目標(biāo)；

圖4為線性調(diào)頻脈沖仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；

圖5為本發(fā)明所設(shè)計(jì)信號(hào)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：一種高重頻脈沖雷達(dá)擴(kuò)展測(cè)距范圍的波形設(shè)計(jì)方法按照以下步驟實(shí)施：

高重頻脈沖信號(hào)能實(shí)現(xiàn)很大的無(wú)模糊測(cè)速范圍，設(shè)為：0～v，假設(shè)當(dāng)前探測(cè)情況下目標(biāo)最大速度為v1，且v1＜v，多普勒探測(cè)范圍有部分浪費(fèi)。這時(shí)采用脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間調(diào)相脈沖信號(hào)，根據(jù)速度關(guān)系進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，使不同折疊距離回波的多普勒頻率搬移到不同區(qū)域，在多普勒維對(duì)不同折疊距離的回波進(jìn)行分離。

脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號(hào)的處理過(guò)程與線性調(diào)頻信號(hào)處理過(guò)程基本一致。脈內(nèi)進(jìn)行相關(guān)處理得到距離信息，脈間多普勒處理得到速度信息，最后根據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行解模糊計(jì)算。

步驟一：根據(jù)目標(biāo)最大速度為v1和高重頻脈沖信號(hào)的最大探測(cè)速度v，確定脈間調(diào)相因子α；

步驟二：根據(jù)步驟一確定的參數(shù)α，對(duì)線性調(diào)頻脈沖信號(hào)進(jìn)行脈間相位調(diào)制，得到脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號(hào)；

步驟三：雷達(dá)發(fā)射脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號(hào)，對(duì)接收到的目標(biāo)反射的回波進(jìn)行距離相關(guān)處理，此結(jié)果為目標(biāo)的視在距離；

步驟四：對(duì)步驟三得到的距離處理結(jié)果，進(jìn)行脈間多普勒處理，并根據(jù)速度結(jié)果解距離模糊；根據(jù)處理得到的速度和步驟一確定的速度范圍與目標(biāo)真實(shí)速度和距離折疊次數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到目標(biāo)真實(shí)速度與距離折疊次數(shù)，結(jié)合步驟三得到的目標(biāo)的視在距離，得到目標(biāo)的真實(shí)距離；

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：所述步驟一中根據(jù)雷達(dá)探測(cè)環(huán)境中目標(biāo)最大速度為v1和高重頻脈沖信號(hào)的最大探測(cè)速度v，確定參數(shù)α，以及確定速度范圍與目標(biāo)真實(shí)速度和距離折疊次數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系的具體過(guò)程為：

設(shè)取m為小于m'的最大整數(shù)，取α＝1/m。

設(shè)目標(biāo)最大速度是多普勒最大探測(cè)速度的1/m'，取m為小于m'的最大整數(shù)，因此可將多普勒范圍分為m部分，通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)，使不同折疊次數(shù)的回波分別落入不同區(qū)域，進(jìn)而無(wú)模糊測(cè)距范圍擴(kuò)大了m倍。

無(wú)模糊距離范圍的目標(biāo)回波的速度范圍為-v1～v1，距離折疊次數(shù)為m的目標(biāo)回波對(duì)應(yīng)的速度范圍是-v1+mαv～v1+mαv，由fft變換原理可知，多普勒頻率無(wú)模糊范圍為-fp/2～fp/2，當(dāng)頻率為fp/2～fp時(shí)，將模糊至-fp/2～0部分，其中fp為脈沖重復(fù)頻率。所以折疊回波相對(duì)應(yīng)的速度區(qū)間-v1+mαv～v1+mαv中，超過(guò)v小于2v-v1的部分將平移至-v～-v1部分，具體劃分方法見(jiàn)表2及圖3。為使折疊回波的多普勒頻率區(qū)間不產(chǎn)生混疊，該信號(hào)的最大可解距離折疊次數(shù)為m。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：所述步驟二中根據(jù)步驟一確定的α，對(duì)線性調(diào)頻脈沖信號(hào)進(jìn)行脈間相位調(diào)制，得到脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號(hào)的具體過(guò)程為：

如圖1所示，本發(fā)明采用的信號(hào)是脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)采用線性調(diào)頻脈沖，為解決脈沖周期重復(fù)引起的距離模糊問(wèn)題，對(duì)脈沖信號(hào)之間進(jìn)行二次相位調(diào)制，本發(fā)明采用信號(hào)形式如下：

其中n為相干積累周期內(nèi)調(diào)頻脈沖序號(hào)，n為相干積累周期數(shù)，k為調(diào)頻斜率，t為調(diào)頻周期，t為時(shí)間，tp為脈沖重復(fù)周期，f0為載頻。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：所述步驟三中雷達(dá)發(fā)射脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號(hào)，對(duì)接收到的目標(biāo)反射的回波進(jìn)行距離處理，得到目標(biāo)的視在距離具體為：

將每個(gè)脈沖重復(fù)周期的目標(biāo)回波用相應(yīng)脈沖重復(fù)周期的發(fā)射脈沖的匹配濾波器進(jìn)行濾波，得到距離處理結(jié)果，所述距離處理結(jié)果為目標(biāo)的視在距離r0。

當(dāng)目標(biāo)回波為距離折疊回波時(shí)，進(jìn)行上述處理時(shí)，距離處理之后的結(jié)果比無(wú)模糊回波的結(jié)果多一項(xiàng)相位項(xiàng)，此相位項(xiàng)會(huì)對(duì)多普勒處理結(jié)果產(chǎn)生影響。圖2所示為折疊1次回波示意圖。設(shè)回波距離折疊次數(shù)為m，經(jīng)過(guò)距離處理后，由脈間調(diào)相產(chǎn)生的相位偏差和頻移如下式所示：

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是：所述步驟四中對(duì)步驟三得到的距離處理結(jié)果，進(jìn)行脈間多普勒處理，并根據(jù)速度結(jié)果解距離模糊得到目標(biāo)真實(shí)距離的具體過(guò)程為：

對(duì)相參積累時(shí)間內(nèi)n個(gè)脈沖的同一個(gè)距離單元的數(shù)據(jù)做傅里葉變換，得到速度處理結(jié)果。將速度結(jié)果參照步驟1確定的速度范圍與目標(biāo)真實(shí)速度和距離折疊次數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到目標(biāo)的真實(shí)速度和距離折疊次數(shù)m，結(jié)合步驟三得到的目標(biāo)的視在距離r0，得到目標(biāo)的真實(shí)距離rx，其中，c為光速。

脈間多普勒處理時(shí)，(3)式中第一項(xiàng)會(huì)使回波的多普勒頻率產(chǎn)生頻移，頻移量如式(4)，1/tp為多普勒測(cè)量范圍，可知頻移量相對(duì)于多普勒測(cè)量范圍的大小由脈間調(diào)相因子和折疊次數(shù)決定。當(dāng)回波無(wú)距離模糊時(shí)，脈沖間的相位調(diào)制在距離處理過(guò)程中相互抵消，不會(huì)對(duì)速度處理結(jié)果產(chǎn)生影響。

步驟一中假設(shè)高重頻脈沖信號(hào)的最大探測(cè)速度v，當(dāng)前探測(cè)情況下目標(biāo)最大速度為v1，設(shè)為取m為小于m'的最大整數(shù)，設(shè)α＝1/m，則

其中，fsum為多普勒處理的多普勒頻率范圍大小。

由(5)式可知，第m次折疊回波的待檢測(cè)速度范圍的回波落入速度譜的-v1+mαv～v1+mαv區(qū)域，其中超過(guò)v小于2v-v1的部分將搬移至-v～-v1部分，不同折疊次數(shù)回波的多普勒頻率在信號(hào)處理之后不會(huì)產(chǎn)生混疊，由此可以根據(jù)回波的多普勒頻率確定目標(biāo)的折疊次數(shù)。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四之一相同。

由以上分析可知，不同折疊次數(shù)的回波的多普勒頻率會(huì)產(chǎn)生不同的搬移，為了能在多普勒維對(duì)模糊回波進(jìn)行區(qū)分，要求折疊回波搬移后多普勒區(qū)域不發(fā)生重疊。顯然無(wú)模糊測(cè)速范圍相應(yīng)地縮小，縮小倍數(shù)由最大探測(cè)折疊次數(shù)決定。通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)，可以使各折疊距離內(nèi)一定速度范圍的回波在多普勒譜上不重疊，這樣可以在多普勒維進(jìn)行距離折疊回波的分離，進(jìn)而擴(kuò)大無(wú)模糊測(cè)距范圍，雖然無(wú)模糊測(cè)速范圍減小，但因?yàn)楦咧仡l無(wú)模糊測(cè)速范圍比當(dāng)前檢測(cè)環(huán)境中目標(biāo)的最大速度大很多，設(shè)置參數(shù)時(shí)可以保證目標(biāo)最大速度可以被無(wú)模糊檢測(cè)即可。同時(shí)，脈沖信號(hào)仍能保持高的占空比和平均功率。

采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果：

實(shí)施例一：

信號(hào)參數(shù)如表1所示，高重頻雷達(dá)最大探測(cè)速度為3000m/s，設(shè)目標(biāo)最大速度為：340m/s，根據(jù)參數(shù)可知無(wú)模糊測(cè)距范圍折疊次數(shù)為8，脈間調(diào)相因子為0.125，多普勒維區(qū)域與折疊次數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2和圖3所示，圖3為目標(biāo)所在距離單元的多普勒處理結(jié)果，展示了每個(gè)折疊距離范圍內(nèi)擁有最大速度的目標(biāo)的多普勒處理結(jié)果，說(shuō)明了位于不同距離折疊范圍內(nèi)目標(biāo)的多普勒速度將搬移至不同區(qū)間。仿真實(shí)驗(yàn)中在不同距離折疊范圍內(nèi)設(shè)置5個(gè)目標(biāo)，目標(biāo)信息如表3所示。

表1信號(hào)參數(shù)設(shè)置

表2多普勒維區(qū)域與折疊次數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系

表3目標(biāo)距離速度信息

由表3可知，目標(biāo)1是無(wú)模糊距離內(nèi)目標(biāo)，其它目標(biāo)的距離分別經(jīng)1、3、5、6次折疊后模糊距離與目標(biāo)1相同，且各目標(biāo)具有相同的速度。若采用線性調(diào)頻脈沖信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，信號(hào)處理之后，所有目標(biāo)將重合為一點(diǎn)，產(chǎn)生模糊，如附圖4。采用脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號(hào)處理結(jié)果如附圖5，結(jié)果顯示在距離維可以得到各目標(biāo)的模糊距離信息，根據(jù)回波多普勒頻率落入的區(qū)間可以得到目標(biāo)的折疊次數(shù)和速度信息，進(jìn)而得到目標(biāo)真實(shí)的距離速度信息。

本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。