调频步进雷达复合测速运动补偿方法-山东科威数控机床有限公司

专利名称：调频步进雷达复合测速运动补偿方法
技术领域：
本发明属于雷达技术领域，具体的说是基于宽带雷达的复合测速方法，用于雷达对运动目标的速度补偿。
背景技术：
调频步进脉冲信号是现代雷达中采用的一种距离高分辨信号，它是在频率步进信号和线性调频信号的基础上提出来的，能弥补二者的缺陷，具有较大的调频间隔，且合成同样的宽带需要的调频点数较少，同时单个脉冲的距离分辨力也较高，有利于多目标的分辨和分选。然而，调频步进雷达对目标的径向运动较为敏感，存在距离-多普勒耦合现象。在目标运动环境下，尤其是在目标高速运动时，如果不对速度进行补偿，将会导致合成的扩展目标一维距离像产生距离徙动、波形失真、能量发散，造成距离像分辨率下降、测距精度降低和信噪比损失，严重时将使距离像失去意义。因此，必须对目标径向速度进行精确估计。目前，对调频步进的速度估计方法通常采用步进频的速度估计方法，主要有以下几种1)时域相关法与频域相关法。如文献[蒋楠稚，王毛路，李少洪，等.频率步进脉冲距离高分辨一维成像速度补偿分析[J].电子科学学刊，1999，21 (5) =665-670.]；2)最小熵法。如文献[王根原，保铮.逆合成孔径雷达运动补偿中包络对齐的新方法[J].电子学报，1998，26 (6) 5-8.]；3)最小脉组误差法。如文献[刘峥，张守宏.步进频率雷达目标的运动参数估计 [J]电子学报，2000，28 (3) =43-45.]；4)脉组相位差分法。如文献[牛涛，陈卫东.脉冲步进频率雷达的一种运动补偿新方法[J].中国科学技术大学学报，2005，35 (2) :161-166.]。在以上方法中，时域相关法虽然测速范围较大，但其测速精度较低，虽然可以通过补零IFFT加以改善，但一般仍不能满足一次相位项所要求的补偿精度；频域相关法虽然测速精度较高，但不模糊速度范围很小，只能用于低速目标测速；最小熵法的本质是以最小熵来优化补偿相位的代估参数，但其计算量较大，实时性较差；最小脉组误差法和脉组相位差分法都是通过搜索得到最优的速度值，而搜索的速度具有周期性，因此，在速度范围已知的条件下可以准确搜索出目标速度，但当速度范围未知或范围很大时，有可能陷入局部极小值，从而不能准确的估计目标径向速度。

发明内容
本发明的目的在于克服上述已有方法的缺点，提出了一种调频步进雷达复合测速运动补偿方法，以增大不模糊速度范围，避免最小脉组误差法和脉组相位差分法的局部极小值问题，降低计算量，提高测速精度。本发明的技术方案是这样实现的一.技术原理
调频步进雷达发射的信号是一串载频线性跳变的线性调频子脉冲，其时域表达式为
权利要求
一种调频步进雷达复合测速运动补偿方法，包括如下步骤(1)雷达发射由脉冲多普勒PD信号u1(t)和调频步进信号u2(t)组成的复合信号u3(t) <mrow><msub> <mi>u</mi> <mn>3</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>u</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>u</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mrow><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></munderover><mi>rect</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>m</mi> <msubsup><mi>T</mi><mi>r</mi><mo>′</mo> </msubsup></mrow><msubsup> <mi>T</mi> <mn>1</mn> <mo>′</mo></msubsup> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><msup> <mi>e</mi> <mrow><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>π</mi><msub> <mi>f</mi> <mn>0</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>m</mi> <msubsup><mi>T</mi><mi>r</mi><mo>′</mo> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msup><mo>+</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></munderover><mi>rect</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>n</mi> <msub><mi>T</mi><mi>r</mi> </msub> <mo>-</mo> <mi>M</mi> <msubsup><mi>T</mi><mi>r</mi><mo>′</mo> </msubsup></mrow><msub> <mi>T</mi> <mn>1</mn></msub> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><msup> <mi>e</mi> <mrow><mi>jπk</mi><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>-</mo><mi>n</mi><msub> <mi>T</mi> <mi>r</mi></msub><mo>-</mo><mi>M</mi><msubsup> <mi>T</mi> <mi>r</mi> <mo>′</mo></msubsup><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow></msup><msup> <mi>e</mi> <mrow><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>πnΔf</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>n</mi> <msub><mi>T</mi><mi>r</mi> </msub> <mo>-</mo> <mi>M</mi> <msubsup><mi>T</mi><mi>r</mi><mo>′</mo> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msup><msup> <mi>e</mi> <mrow><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>π</mi><msub> <mi>f</mi> <mn>0</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>n</mi> <msub><mi>T</mi><mi>r</mi> </msub> <mo>-</mo> <mi>M</mi> <msubsup><mi>T</mi><mi>r</mi><mo>′</mo> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msup> </mrow>其中M为PD信号的脉冲个数，M≥2NTr/T′r，N为频率步进数，N≥c/(2ΔfΔr)，c为光速，Δf为频率步进值，Δf≤c/(2E)，E为目标径向最大长度，Δr为雷达的距离分辨率，Tr为调频步进信号的脉冲重复周期，Tr≥2Rmax/c，Rmax为雷达最大作用距离，T′r为PD信号的脉冲重复周期，T′r≤c/(2f0vmax)，f0为发射信号载频，vmax为目标的最大不模糊速度，m＝0，1，2，L，M 1为第m个PD信号，t为时间变量，T′1为PD信号的子脉冲时宽，n＝0，1，2，L，N 1为第n个调频步进chirp子脉冲信号，T1为调频步进信号的子脉冲时宽，k＝B1/T1为调频率，B1为线性调频chirp子脉冲带宽，αΔf＜B1＜αc/(2E)，α为加海明窗进行脉冲压缩时的主瓣覆盖宽度展宽系数，α＝1.47；(2)对u1(t)的回波信号做快速傅里叶变换FFT，并利用恒虚警检测方法获得目标的多普勒频率fd，计算出目标速度其中λ为发射信号波长；(3)利用快速傅里叶变换FFT对调频步进信号u2(t)的线性调频chirp子脉冲回波数据进行脉冲压缩；(4)对脉冲压缩后的调频步进子脉冲信号乘以实现调频步进雷达的运动补偿，其中fn为第n个线性调频chirp子脉冲的载频，c为光速，Tr为调频步进信号的脉冲重复周期，v为目标速度。FDA0000028250600000013.tif,FDA0000028250600000014.tif,FDA0000028250600000015.tif,FDA0000028250600000016.tif
2.根据权利要求1所述的调频步进雷达复合测速运动补偿方法，其中步骤(1)所述的雷达发射复合信号U3 (t)，是雷达交替发射脉冲多普勒PD信号U1 (t)和调频步进信号U2 (t)。全文摘要
本发明公开了一种调频步进雷达复合测速运动补偿方法，主要解决传统方法测速精度低、不模糊速度范围小及计算量大的问题。其过程是(1)雷达交替发射脉冲多普勒PD信号和调频步进信号；(2)对PD回波信号做快速傅立叶变换FFT，并利用恒虚警检测方法获得目标的多普勒频率，进而计算出目标速度；(3)对调频步进信号的线性调频chirp子脉冲回波数据进行脉冲压缩；(4)利用PD信号测得的目标速度对脉冲压缩后的调频步进信号进行运动补偿。本发明与传统的测速方法相比，能够避免出现距离模糊和速度模糊，并且测速精度能够满足一次相位速度补偿精度要求，而且在整个处理过程中仅涉及到FFT运算，计算时间快，易于工程实现，可用于目标成像与雷达精确制导。
文档编号G01S7/41GK101980046SQ20101050744
公开日2011年2月23日申请日期2010年10月14日优先权日2010年10月14日
发明者刘俊, 刘峥, 刘钦, 刘韵佛, 孙慧霞申请人:西安电子科技大学