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

背景技術(shù)：

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

解決折疊回波問題的波形設(shè)計(jì)的思路是對發(fā)射信號的脈沖進(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題，以及避免在無模糊測距范圍增大的同時占空比和平均功率下降的問題，而提出一種高重頻脈沖雷達(dá)擴(kuò)展測距范圍的波形設(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)相信號通過參數(shù)設(shè)計(jì)和信號處理方法，將不同距離折疊回波在多普勒維進(jìn)行分離，從而擴(kuò)大無模糊測距范圍。該方法主要針對高重頻脈沖雷達(dá)距離模糊問題，根據(jù)探測環(huán)境的目標(biāo)速度范圍和高重頻脈沖雷達(dá)測速范圍，考慮將速度探測區(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模糊測距范圍，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，進(jìn)而調(diào)整測距和測速范圍。

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

步驟一：根據(jù)雷達(dá)探測環(huán)境中目標(biāo)最大速度為v1和高重頻脈沖信號的最大探測速度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)的對應(yīng)關(guān)系；

步驟二：根據(jù)步驟一確定的參數(shù)α，對線性調(diào)頻脈沖信號進(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；

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，對接收到的目標(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解決高重頻雷達(dá)的距離模糊問題。高重頻的一個重要優(yōu)勢是能夠?yàn)槊}沖雷達(dá)提供無模糊測速能力。當(dāng)檢測環(huán)境中目標(biāo)最大速度遠(yuǎn)小于高重頻雷達(dá)的最大測速范圍時，可通過采用脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制信號通過靈活設(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)的無模糊測距范圍。同時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)制信號的無模糊測距范圍比相同脈沖重復(fù)頻率的線性調(diào)頻脈沖信號增大m倍，無模糊測速范圍縮小為1/m，占空比和平均功率相同。值得注意的是，雖然無模糊測速范圍減小，但是當(dāng)前探測環(huán)境中目標(biāo)最大速度僅為無模糊測速范圍的1/m，即測速范圍的減少并不影響雷達(dá)對當(dāng)前環(huán)境中目標(biāo)的檢測，m由探測環(huán)境中目標(biāo)最大速度和信號最大無模糊測速范圍決定?？梢造`活設(shè)計(jì)參數(shù)在特定情況下提高無模糊測距范圍，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)制信號和與它具有同樣測距測速范圍的線性調(diào)頻脈沖信號相比具有更大的占空比和平均功率，是后者的m倍。

附圖說明

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

圖2為折疊回波與發(fā)射信號示意圖，τd為回波時間延遲；

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：

高重頻脈沖信號能實(shí)現(xiàn)很大的無模糊測速范圍，設(shè)為：0～v，假設(shè)當(dāng)前探測情況下目標(biāo)最大速度為v1，且v1＜v，多普勒探測范圍有部分浪費(fèi)。這時采用脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間調(diào)相脈沖信號，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)制脈沖信號的處理過程與線性調(diào)頻信號處理過程基本一致。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和高重頻脈沖信號的最大探測速度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，對線性調(diào)頻脈沖信號進(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；

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，對接收到的目標(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)探測環(huán)境中目標(biāo)最大速度為v1和高重頻脈沖信號的最大探測速度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)的對應(yīng)關(guān)系的具體過程為：

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)而無模糊測距范圍擴(kuò)大了m倍。

無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，多普勒頻率無模糊范圍為-fp/2～fp/2，當(dāng)頻率為fp/2～fp時，將模糊至-fp/2～0部分，其中fp為脈沖重復(fù)頻率。所以折疊回波相對應(yīng)的速度區(qū)間-v1+mαv～v1+mαv中，超過v小于2v-v1的部分將平移至-v～-v1部分，具體劃分方法見表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，對線性調(diào)頻脈沖信號進(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)制脈沖信號的具體過程為：

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

其中n為相干積累周期內(nèi)調(diào)頻脈沖序號，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，對接收到的目標(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，進(jìn)行上述處理時，距離處理之后的結(jié)果比無模糊回波的結(jié)果多一項(xiàng)相位項(xiàng)，此相位項(xiàng)會對多普勒處理結(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)距離的具體過程為：

對相參積累時間內(nèi)n個脈沖的同一個距離單元的數(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，(3)式中第一項(xiàng)會使回波的多普勒頻率產(chǎn)生頻移，頻移量如式(4)，1/tp為多普勒測量范圍，可知頻移量相對于多普勒測量范圍的大小由脈間調(diào)相因子和折疊次數(shù)決定。當(dāng)回波無距離模糊時，脈沖間的相位調(diào)制在距離處理過程中相互抵消，不會對速度處理結(jié)果產(chǎn)生影響。

步驟一中假設(shè)高重頻脈沖信號的最大探測速度v，當(dāng)前探測情況下目標(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速度范圍的回波落入速度譜的-v1+mαv～v1+mαv區(qū)域，其中超過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處理之后不會產(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產(chǎn)生不同的搬移，為了能在多普勒維對模糊回波進(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。顯然無模糊測速范圍相應(yīng)地縮小，縮小倍數(shù)由最大探測折疊次數(shù)決定。通過參數(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)大無模糊測距范圍，雖然無模糊測速范圍減小，但因?yàn)楦咧仡l無模糊測速范圍比當(dāng)前檢測環(huán)境中目標(biāo)的最大速度大很多，設(shè)置參數(shù)時可以保證目標(biāo)最大速度可以被無模糊檢測即可。同時，脈沖信號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：

信號參數(shù)如表1所示，高重頻雷達(dá)最大探測速度為3000m/s，設(shè)目標(biāo)最大速度為：340m/s，根據(jù)參數(shù)可知無模糊測距范圍折疊次數(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個目標(biāo)，目標(biāo)信息如表3所示。

表1信號參數(shù)設(shè)置

表2多普勒維區(qū)域與折疊次數(shù)對應(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)頻脈沖信號進(jìn)行探測，信號處理之后，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。