本申請(qǐng)涉及測(cè)風(fēng)雷達(dá)，特別是涉及一種基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法。

背景技術(shù)：

1、測(cè)風(fēng)雷達(dá)在風(fēng)能測(cè)量和氣象預(yù)測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。除隨機(jī)噪聲干擾外，地物回波干擾是測(cè)風(fēng)雷達(dá)應(yīng)用中的主要干擾來源。它會(huì)嚴(yán)重影響雷達(dá)測(cè)量精度和準(zhǔn)確性。

2、地物回波干擾主要來源于雷達(dá)照射到的地物表面反射的雷達(dá)信號(hào)。這些反射信號(hào)包括遠(yuǎn)處山體、植被、建筑、地面、海面、飛鳥等反射的靜態(tài)干擾，以及多徑等動(dòng)態(tài)干擾。這些雜波被雷達(dá)接收和存儲(chǔ)，會(huì)使得雷達(dá)回波信號(hào)產(chǎn)生衰減、變形和模糊等現(xiàn)象，從而降低雷達(dá)測(cè)量精度。過強(qiáng)的地物干擾還會(huì)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生過載和損壞，從而影響雷達(dá)系統(tǒng)的正常工作。

3、目前解決雷達(dá)地物干擾的方法主要有：

4、1)基于硬件的抗干擾方法：包括采用分集雷達(dá)、mimo雷達(dá)技術(shù)、極化雷達(dá)、多頻帶雷達(dá)技術(shù)等提高雷達(dá)信號(hào)的覆蓋范圍和分辨率，從而減小地物干擾的影響。這類算法的缺點(diǎn)是雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本較高。

5、2)濾波算法：主要通過各種平滑窗減少噪聲和干擾。缺點(diǎn)是通常只能處理特定的情況，對(duì)復(fù)雜多變的地物干擾環(huán)境適應(yīng)性較差，動(dòng)態(tài)抗干擾性能比較差。

6、3)基于人工智能的抗干擾算法：多利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)學(xué)習(xí)地物干擾模式并對(duì)其進(jìn)行分類和抑制。這類算法的缺點(diǎn)是需要海量的數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，對(duì)計(jì)算資源要求很高。

7、對(duì)于近空距離測(cè)風(fēng)雷達(dá)，抗地物干擾存在以下幾個(gè)難點(diǎn)：第一，近空距離大氣散射回波信號(hào)非常微弱，很容易被地物噪聲淹沒；第二，回波距離短，響應(yīng)時(shí)間少；第三，在滿足抗干擾的同時(shí)需要較高的距離分辨率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)上述技術(shù)問題，提供一種基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，能夠在較短的近空范圍內(nèi)，對(duì)微弱的多普勒頻移信號(hào)進(jìn)行提取。

2、一種基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，包括：

3、采用隨機(jī)序列發(fā)生器生成隨機(jī)信號(hào)，正弦波發(fā)生器生成窄脈沖信號(hào)，將隨機(jī)信號(hào)調(diào)制在窄脈沖信號(hào)上，得到調(diào)制信號(hào)，并將調(diào)制信號(hào)發(fā)射出去；

4、接收調(diào)制信號(hào)發(fā)射以后的回波信號(hào)，進(jìn)行混頻和放大濾波，并在隨機(jī)信號(hào)自相關(guān)檢驗(yàn)后，進(jìn)行積分累加，得到采樣序列；

5、根據(jù)采樣序列提取多普勒頻移，依次經(jīng)過預(yù)處理、抽取濾波以及fft濾波后，進(jìn)行風(fēng)速解算，得到風(fēng)速和風(fēng)向。

6、在一個(gè)實(shí)施例中，采用隨機(jī)序列發(fā)生器生成隨機(jī)信號(hào)，正弦波發(fā)生器生成窄脈沖信號(hào)，將隨機(jī)信號(hào)調(diào)制在窄脈沖信號(hào)上，得到調(diào)制信號(hào)，包括：

7、

8、式中，s(t)為調(diào)制信號(hào)，p(t)為隨機(jī)信號(hào)，e為自然常數(shù)，j為復(fù)數(shù)，是電磁波頻率，t為時(shí)間，φ0為相位。

9、在一個(gè)實(shí)施例中，隨機(jī)信號(hào)自相關(guān)檢驗(yàn)，包括：

10、

11、式中，m＝2n-1是m序列的最大長(zhǎng)度和周期，e是自相關(guān)函數(shù)，p(t)為隨機(jī)信號(hào)，τ＝kte(k＝1,2,....l-1)，te是m序列的碼元帶寬，l是序列長(zhǎng)度。

12、在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)行積分累加，得到采樣序列包括：

13、進(jìn)行積分累加：

14、

15、如果發(fā)射機(jī)的相位是連續(xù)的，則混頻就是相位減法過程，得到中頻信號(hào)：

16、

17、式中，為r1到r2距離的積分，r1為觀測(cè)范圍最近距離點(diǎn)，r2為觀測(cè)范圍最遠(yuǎn)距離點(diǎn)，r為積分變量，vr為粒子速度常量，c為光速。

18、在一個(gè)實(shí)施例中，在得到中頻信號(hào)以后，計(jì)算連續(xù)兩個(gè)接收信號(hào)的相位差，并代入中頻信號(hào)，做理想化，以得到采樣序列：

19、

20、式中，tb為采樣間隔，δφ為連續(xù)兩個(gè)接收信號(hào)的相位差，為采樣序列，φc為中頻信號(hào)相位。

21、在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)采樣序列提取多普勒頻移，依次經(jīng)過預(yù)處理、抽取濾波、fft濾波后，進(jìn)行風(fēng)速解算，得到風(fēng)速和風(fēng)向，包括：

22、根據(jù)采樣序列提取多普勒頻移，經(jīng)過相關(guān)判別、抖動(dòng)濾波、數(shù)據(jù)重組和距離選擇，以完成預(yù)處理，然后依次進(jìn)行抽取濾波和fft濾波后，進(jìn)行風(fēng)速解算，得到風(fēng)速和風(fēng)向。

23、在一個(gè)實(shí)施例中，相關(guān)判別包括：

24、本地發(fā)射的隨機(jī)序列信號(hào)為：

25、

26、接收的隨機(jī)回波信號(hào)為：

27、

28、式中，為回波信號(hào)幅度，w為發(fā)射信號(hào)頻率；

29、隨機(jī)相關(guān)后的結(jié)果為：

30、

31、式中，t1為一段時(shí)長(zhǎng)的起始時(shí)刻，t2為一段時(shí)長(zhǎng)的結(jié)束時(shí)刻；

32、當(dāng)與p(t)不相關(guān)時(shí)，

33、在一個(gè)實(shí)施例中，抖動(dòng)濾波包括：將相關(guān)判別后設(shè)備機(jī)械抖動(dòng)引起的干擾濾除，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)重組。

34、在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)重組包括：

35、雷達(dá)通過adc過采樣，獲得一組脈沖回波信號(hào)，所述回波信號(hào)包含不同時(shí)間點(diǎn)、不同距離的多普勒頻移信號(hào)；

36、對(duì)所關(guān)心距離范圍內(nèi)的脈沖回波信號(hào)進(jìn)行提取，并將脈沖回波信號(hào)按不同距離分段進(jìn)行切分，得到切分后的數(shù)據(jù)；

37、將切分后的數(shù)據(jù)，按距離重新排列，相同的距離片段信號(hào)為一列，形成新的矩陣，其中，行為距離信息，列為不同回波信息。

38、在一個(gè)實(shí)施例中，距離選擇包括：進(jìn)行距離選擇，對(duì)所需探測(cè)近空范圍內(nèi)的回波信號(hào)進(jìn)行緩存，濾除探測(cè)范圍外一切雜波信號(hào)。

39、上述基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，采用了基于隨機(jī)調(diào)制的多個(gè)窄脈沖信號(hào)體制，實(shí)現(xiàn)在較短的近空范圍內(nèi)短距回波條件下，對(duì)微弱的多普勒頻移信號(hào)進(jìn)行提取。該方法能夠提取微弱信號(hào)多普勒特征，具有高距離分辨率，計(jì)算時(shí)間快，所需先驗(yàn)知識(shí)少、有抗干擾性能強(qiáng)、適應(yīng)各種大規(guī)模使用的雷達(dá)，且靈敏度高。

技術(shù)特征：

1.一種基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，其特征在于，采用隨機(jī)序列發(fā)生器生成隨機(jī)信號(hào)，正弦波發(fā)生器生成窄脈沖信號(hào)，將隨機(jī)信號(hào)調(diào)制在窄脈沖信號(hào)上，得到調(diào)制信號(hào)，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，其特征在于，隨機(jī)信號(hào)自相關(guān)檢驗(yàn)，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，其特征在于，進(jìn)行積分累加，得到采樣序列包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，其特征在于，在得到中頻信號(hào)以后，計(jì)算連續(xù)兩個(gè)接收信號(hào)的相位差，并代入中頻信號(hào)，做理想化，以得到采樣序列：

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，其特征在于，根據(jù)采樣序列提取多普勒頻移，依次經(jīng)過預(yù)處理、抽取濾波、fft濾波后，進(jìn)行風(fēng)速解算，得到風(fēng)速和風(fēng)向，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，其特征在于，相關(guān)判別包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，其特征在于，抖動(dòng)濾波包括：將相關(guān)判別后設(shè)備機(jī)械抖動(dòng)引起的干擾濾除，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)重組。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，其特征在于，數(shù)據(jù)重組包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，其特征在于，距離選擇包括：進(jìn)行距離選擇，對(duì)所需探測(cè)近空范圍內(nèi)的回波信號(hào)進(jìn)行緩存，濾除探測(cè)范圍外一切雜波信號(hào)。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)屬于測(cè)風(fēng)雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于隨機(jī)調(diào)制窄脈沖的微弱多普勒信號(hào)提取方法，包括：采用隨機(jī)序列發(fā)生器生成隨機(jī)信號(hào)，正弦波發(fā)生器生成窄脈沖信號(hào)，將隨機(jī)信號(hào)調(diào)制在窄脈沖信號(hào)上，得到調(diào)制信號(hào)，并將調(diào)制信號(hào)發(fā)射出去；接收調(diào)制信號(hào)發(fā)射以后的回波信號(hào)，進(jìn)行混頻和放大濾波，并在隨機(jī)信號(hào)自相關(guān)檢驗(yàn)后，進(jìn)行積分累加，得到采樣序列；根據(jù)采樣序列提取多普勒頻移，依次經(jīng)過預(yù)處理、抽取濾波以及FFT濾波后，進(jìn)行風(fēng)速解算，得到風(fēng)速和風(fēng)向。本申請(qǐng)能夠在較短的近空范圍內(nèi)，對(duì)微弱的多普勒頻移信號(hào)進(jìn)行提取。

技術(shù)研發(fā)人員：賀斌,袁文婷,汪平,汪波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南艾布納信息科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2