一種基于鄰波相關(guān)和相位分層的雷達(dá)回波重構(gòu)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明為一種基于鄰波相關(guān)和相位分層的雷達(dá)回波重構(gòu)方法，該方法是通過(guò)鄰波相關(guān)進(jìn)行相位對(duì)齊，對(duì)相鄰的回波脈沖進(jìn)行采樣，將得到的采樣信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，，根據(jù)相關(guān)結(jié)果的峰值實(shí)現(xiàn)回波相位預(yù)對(duì)齊；建立回波采樣序列的相位差序列并進(jìn)行線(xiàn)性擬合，進(jìn)而將相位差序列分層為具有相同斜率的多個(gè)組合；根據(jù)分層結(jié)果對(duì)雷達(dá)回波進(jìn)行篩選并重構(gòu)，利用最終的重構(gòu)雷達(dá)回波開(kāi)展頻率估計(jì)及速度解算。本方法用于解決傳統(tǒng)技術(shù)中發(fā)射信號(hào)與回波相關(guān)而產(chǎn)生的相位對(duì)不齊以及由于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制而產(chǎn)生的回波相位跳躍問(wèn)題，降低了目標(biāo)機(jī)動(dòng)大時(shí)的測(cè)速誤差。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于鄰波相關(guān)和相位分層的雷達(dá)回波重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雷達(dá)測(cè)量領(lǐng)域，具體是一種合作式脈沖雷達(dá)測(cè)速機(jī)的測(cè)量回波信號(hào)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的合作式脈沖雷達(dá)測(cè)速機(jī)的測(cè)速原理如圖1所示，脈沖雷達(dá)測(cè)速機(jī)在處理接收回波獲取速度值時(shí)，以發(fā)射信號(hào)St (η)為參考信號(hào)，將回波SJn)與參考信號(hào)St (η)進(jìn)行相關(guān)匹配濾波，匹配濾波的結(jié)果作為速度估計(jì)的回波數(shù)據(jù)，通過(guò)相參積累一段時(shí)間的回波數(shù)據(jù)后進(jìn)行多普勒頻率估計(jì)，進(jìn)而使用α β濾波器進(jìn)行速度估計(jì)。傳統(tǒng)測(cè)速機(jī)對(duì)機(jī)動(dòng)小的目標(biāo)展示了良好的測(cè)速性能，但是傳統(tǒng)測(cè)速機(jī)參考信號(hào)固定為發(fā)射信號(hào)St (η)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)反射之后的回波SJn)與St (η)相比，相當(dāng)于進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)調(diào)制，當(dāng)目標(biāo)機(jī)動(dòng)較大時(shí)，如圖3所示，Sr (η)與St (η)進(jìn)行相關(guān)后的相參性會(huì)有所損失，而同時(shí)受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的影響，回波SJn)的相位在目標(biāo)機(jī)動(dòng)較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)階梯式跳躍的現(xiàn)象，如圖5所示，最終導(dǎo)致測(cè)速結(jié)果不準(zhǔn)確，其測(cè)速誤差率如圖7所示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的即是給出一種解決相位對(duì)不齊和相位跳躍的雷達(dá)回波重構(gòu)方法，采用的技術(shù)方案如下:
[0004]步驟一、通過(guò)鄰波相關(guān)進(jìn)行相位對(duì)齊，對(duì)相鄰的回波脈沖進(jìn)行采樣，將得到的采樣信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，根據(jù)相關(guān)值的模值序列的最大值所對(duì)應(yīng)的索引實(shí)現(xiàn)采樣序列的相位對(duì)齊；
[0005]步驟二、相位分層的實(shí)現(xiàn)，積累m個(gè)相位對(duì)齊后的回波采樣序列，根據(jù)加速度在短時(shí)間內(nèi)可近似為恒定值的特性，求解這m個(gè)回波脈沖采樣序列的相位差序列并進(jìn)行線(xiàn)性擬合，將相位差序列分層為具有相同斜率的多個(gè)組合，求解各組合的擬合系數(shù)，實(shí)現(xiàn)最終的相位分層;其中m= 1,2...26 ；
[0006]步驟三、雷達(dá)回波重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)
[0007](I)根據(jù)得到的所含元素最多的組合對(duì)應(yīng)的擬合系數(shù)對(duì)相位差序列和回波脈沖采樣序列進(jìn)行重構(gòu)；
[0008](2)對(duì)于m+j個(gè)回波信號(hào)，找到第j個(gè)回波序列信號(hào)所屬的相位差集合，去除第j個(gè)回波信號(hào)的采樣序列，保持循環(huán)序列中回波信號(hào)的個(gè)數(shù)始終為m個(gè)，將第m+j個(gè)相位差的值與各組合根據(jù)擬合系數(shù)預(yù)報(bào)至m+j的值之差與門(mén)限值進(jìn)行比較，判斷其所屬的分層，根據(jù)分層結(jié)果對(duì)相位差序列和回波脈沖采樣序列進(jìn)行重構(gòu)；其中j為正整數(shù)，且j ^ I ；
[0009](3)如果⑴中選定的回波信號(hào)所屬線(xiàn)性擬合集合的中所含相位差序列的個(gè)數(shù)減少至零，則回到步驟二重新啟動(dòng)此流程。
[0010]發(fā)明的有益效果:
[0011]1.使用鄰波相關(guān)的方法，解決了相位預(yù)對(duì)齊的問(wèn)題，初步保證了后續(xù)處理過(guò)程中的相參性；
[0012]2.使用相位差分層的方法，解決了回波信號(hào)相位中出現(xiàn)的階梯式跳躍問(wèn)題，進(jìn)一步保證了相參的準(zhǔn)確性；
[0013]3.綜合運(yùn)用上述兩種方法，解決了回波信號(hào)相位未對(duì)齊及相位跳變引起的測(cè)速不準(zhǔn)確問(wèn)題，降低了目標(biāo)機(jī)動(dòng)大時(shí)的測(cè)速誤差。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是傳統(tǒng)測(cè)速機(jī)原理框圖；
[0015]圖2是改進(jìn)后測(cè)速機(jī)原理框圖；
[0016]圖3是相位對(duì)齊前回波脈沖信號(hào)；
[0017]圖4是相位對(duì)齊后回波脈沖信號(hào)；
[0018]圖5是原始回波采樣信號(hào)相位差分層示例；
[0019]圖6是重構(gòu)的回波采樣信號(hào)相位差示例；
[0020]圖7是改進(jìn)前測(cè)速誤差； [0021]圖8是改進(jìn)后測(cè)速誤差；
[0022]圖9相位分層及重構(gòu)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的目的即是給出一種解決相位對(duì)不齊和相位跳躍的雷達(dá)回波重構(gòu)方法，具體的改進(jìn)流程如圖9所示，下面就結(jié)合附圖進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。
[0024]本發(fā)明的測(cè)速原理如圖2所示，是以回波SJn-1)為參考信號(hào)，將回波信號(hào)Sjn)與&(11-1)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，根據(jù)相關(guān)結(jié)果的峰值實(shí)現(xiàn)SJn)序列的相位預(yù)對(duì)齊，如圖4所示，建立SJn)的相位差序列θ (η)，分析相位差信息θ (η)，根據(jù)加速度在短時(shí)間內(nèi)可近似為恒定值的特性，對(duì)θ (η)進(jìn)行線(xiàn)性擬合，進(jìn)而將θ (η)分層為具有相同斜率的多個(gè)組合，根據(jù)分層結(jié)果對(duì)雷達(dá)回波進(jìn)行篩選并重構(gòu)，如圖6所示，利用最終的重構(gòu)雷達(dá)回波開(kāi)展頻率估計(jì)及速度計(jì)算，最終達(dá)到提高測(cè)速精度的目的，改進(jìn)后的測(cè)速誤差率如圖8所示。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0025]步驟一:通過(guò)鄰波相關(guān)進(jìn)行相位對(duì)齊
[0026]對(duì)第η和η-1個(gè)回波脈沖SJn)和Sjn-1)進(jìn)行采樣，得到采樣信號(hào)Xn與yn，其中η是正整數(shù)，η = 1...150,將Xn與yn進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算得到相關(guān)值Rxy (t) (t = -149,...,
O,...149)，表達(dá)式為:

?50-/-1
λ Σ x^yn
[0027]Rxy(t)=< "=0(I)


*

Ryx (_,) t <0
Λ(「---Λ
[0028]Rxy(O = Rxy(t)/ yjRxx(O)^Ryy(O)(2)
VJ
[0029]由于相關(guān)值Rxy(t)為復(fù)數(shù)，令其模值為abs(Rxy(t))，根據(jù)模值序列abs(Rxy(t)) (t=-149，...，0，...149)的最大值對(duì)應(yīng)的索引實(shí)現(xiàn)Xn與711釆樣序列的相位對(duì)齊。[0030]步驟二:相位分層的實(shí)現(xiàn)
[0031](I)求解回波脈沖采樣序列的相位差序列
[0032]針對(duì)相位對(duì)齊后的回波脈沖采樣序列(m，p)，首先積累m個(gè)采樣，對(duì)該m個(gè)采樣進(jìn)行分層與重構(gòu)，之后對(duì)第m+1及以后的每個(gè)采樣，進(jìn)行逐點(diǎn)分層和重構(gòu)。
[0033]假設(shè)相位對(duì)齊后的回波脈沖采樣序列為Sr (m, P)，其中m = 1,2...26 ；p = 1,2,
3...150，為了使輸出信噪比盡量高，取 P = 150/2，則 Sr (m，150/2) (m = 1,2,3...26)，為表述方便簡(jiǎn)化表示為SJm)，令Θ (m)表示SJm)的相位差序列，單位為度，則Sr (m)的相位差序列可表示為
[0034]Θ (m) = deg(Sr(m)*Sr*(m_l)) (3)
[0035]其中deg表示求Sr(m)與S1^ (m_l)共軛乘積的角度值。
[0036](2)對(duì)Θ (m)進(jìn)行線(xiàn)性擬合
[0037]Θ (nij) = k^nij+bi (4)
[0038]其中Oni e [1,2,3...26] ；i = 1，2，3，4)，k和bi分別是線(xiàn)性擬合的擬合系數(shù)，k為斜率和bi為斜距值。
[0039]令CbiQ)表示滿(mǎn)足Θ (Ini) = k^nii+bi的Θ (m)集合，則選擇包含Θ (m)最多的Cbi⑴對(duì)應(yīng)的k和匕作為回波信號(hào)的最終擬合系數(shù)k和blast，由此實(shí)現(xiàn)最終的相位分層。
[0040]步驟三、雷達(dá)回波重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)
[0041](I)根據(jù)得到的所含元素最多的組合對(duì)應(yīng)的擬合系數(shù)對(duì)相位差序列Θ (m)和回波脈沖采樣序列SJm)進(jìn)行重構(gòu)
[0042]Q{m) = k*m + blast(5)
[0043]Sr (m) = Sr(m-1)* exp(/ * θ{η?))(6)
[0044]其中，為進(jìn)行重構(gòu)后的相位差序列,Sr [m)為重構(gòu)后的回波脈沖采樣序列，m =1,2,3...26。
[0045](2)對(duì)于下一個(gè)回波信號(hào)Sr (m+j)，判斷其所屬的分層組合:
[0046]對(duì)于m+j個(gè)回波信號(hào)，找到第j個(gè)回波序列信號(hào)所屬的相位差集合，去除第j個(gè)回波信號(hào)的采樣序列，保持循環(huán)序列中回波信號(hào)的個(gè)數(shù)始終為m個(gè)，將第m+j個(gè)相位差的值與各組合根據(jù)擬合系數(shù)預(yù)報(bào)至m+j的值之差與門(mén)限值進(jìn)行比較，判斷其所屬的分層，根據(jù)分層結(jié)果對(duì)相位差序列和回波脈沖采樣序列進(jìn)行重構(gòu)；
[0047]即I^OirHjHb1-Sr (m+j)〈門(mén)限值,則 Sr (m+1) e Cbi (i)
[0048]其中j為正整數(shù)，且j≥ 1;
[0049]為保證測(cè)試結(jié)果，循環(huán)序列中回波信號(hào)的個(gè)數(shù)保持不變，對(duì)回波信號(hào)& (m+j)，則找到SJj)所屬的Cbi (i)，將SJj)去掉，重新對(duì)該組進(jìn)行系數(shù)擬合及重構(gòu)。根據(jù)步驟四中
的第⑴步重構(gòu)sjm+j)所在組的, sr(m+})。如果選定的回波信號(hào)所屬的Cbi⑴中
所含Θ (m)的個(gè)數(shù)為零，則回到步驟二重新啟動(dòng)此流程。
【權(quán)利要求】
1.一種基于鄰波相關(guān)和相位分層的雷達(dá)回波重構(gòu)方法，其特征包括以下步驟: 步驟一、通過(guò)鄰波相關(guān)進(jìn)行相位對(duì)齊 對(duì)相鄰的回波脈沖進(jìn)行采樣，將得到的采樣信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，根據(jù)相關(guān)值的模值序列的最大值所對(duì)應(yīng)的索引實(shí)現(xiàn)采樣序列的相位對(duì)齊； 步驟二、相位分層的實(shí)現(xiàn) 積累m個(gè)相位對(duì)齊后的回波采樣序列，根據(jù)加速度在短時(shí)間內(nèi)可近似為恒定值的特性，求解這m個(gè)回波脈沖采樣序列的相位差序列并進(jìn)行線(xiàn)性擬合，將相位差序列分層為具有相同斜率的多個(gè)組合，求解各組合的擬合系數(shù)，實(shí)現(xiàn)最終的相位分層； 步驟三、雷達(dá)回波重構(gòu)的實(shí)現(xiàn) (1)選擇步驟二中得到的所含元素最多的組合對(duì)應(yīng)的擬合系數(shù)，對(duì)相位差序列和回波脈沖采樣序列進(jìn)行重構(gòu)； (2)對(duì)于m+j個(gè)回波信號(hào)，找到第j個(gè)回波序列信號(hào)所屬的相位差集合，去除第j個(gè)回波信號(hào)的采樣序列，保持循環(huán)序列中回波信號(hào)的個(gè)數(shù)始終為m個(gè)，將第m+j個(gè)相位差的值與各組合根據(jù)擬合系數(shù)預(yù)報(bào)至m+j的值之差與門(mén)限值進(jìn)行比較，判斷其所屬的分層，根據(jù)分層結(jié)果對(duì)相位差序列和回波脈沖采樣序列進(jìn)行重構(gòu)； (3)如果(1)中選定的回波信號(hào)所屬線(xiàn)性擬合集合的中所含相位差序列的個(gè)數(shù)減少至零，則回到步驟二重新啟動(dòng)此流程。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于鄰波相關(guān)和相位分層的雷達(dá)回波重構(gòu)方法，其特征是:m= 1，2...26 ；j為正整數(shù)，且j≥1。
【文檔編號(hào)】G01S7/285GK104020450SQ201410121222
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】郝世鋒, 張艷, 單洪春, 王爽 申請(qǐng)人:北京跟蹤與通信技術(shù)研究所