基於調變脈衝序列的高精度測距雷達的模糊處理方法

2023-05-29 01:21:26

專利名稱：基於調變脈衝序列的高精度測距雷達的模糊處理方法
技術領域：
本發明涉及通信領域，尤其涉及一種基於調變脈沖序列的高精度 測距雷達的模糊處理方法。
背景技術：
雷達是一種利用無線電波來測定物體位置的無線電設備，電磁波 同聲波一樣，根據遇到障礙物的回波信號，在雷達的接收機確定目標 的大小、運動特徵等，利用電磁波反射特性實現距離目標的測量等工 作。工作波長越短的電磁波，其粒子性越明顯，傳播的直線性越好， 反射性能越強。反之，雷達的工作波長越長，其波動性則越明顯，衍 射效應則更加明顯。通常雷達用的是微波波段的無線電波，今年來也 有雷射雷達的出現，採用光頻率波段實現雷達的功能。奮達通過測量 發射脈沖與回波脈衝之間的時間差來確定實際距離，電》茲波以光速傳 播，具有較高的定位精度。目標的方位確定可以利用'夫錢的尖銳方位 波束測量,根據仰角和距離確定目標高度。根據都卜勒效應，雷達還 能夠測量目標和測量雷達之間的相對運動來完成目標的速度測量，對 於運動的物體其反射的回撥信號的頻率與雷達發射頻率不同，兩者的 差值稱為都卜勒頻率，運動速度越高的物體，其都卜勒頻率偏移越明 顯。從都卜勒頻率中可提取的主要信息之一是雷達與目標之間的距離 變化率。當目標與幹擾雜波同時存在於雷達的同一空間分辨單元內時，雷達利用它們之間都卜勒頻率的不同能從幹擾'雜波中檢測和跟龍
目標。利用雷達可以探測飛機、艦艇、飛彈以及其他軍事目標，除了軍事用途外，雷達在交通運輸上可以用來為飛機、艦船導航，在天文學上可以用來研究星體，在氣象上可以用來探測颱風，囊雨，烏雲。雷達在選擇使用的波形時，通常會根據需要完成的任務不同而不
雷達系統可以採用CW( Continuous Waveforms,連續)波參者脈衝波，其中CW可以是調製後也可以是未調製的波形，而真體的調製方法可以採用模擬的方式也可以採用數字的方式。無論採用何種波形以及調製方式，都需要能夠了解該波形的功率譜密度，才能夠確定距離和多
普勒偏差的測量解析度。在測量遠距離物體時，可以通遽探測序列刊
曰
號的回波信號來確定，但是在測量時，會面臨針對某一頻率的電磁幹擾，因此可以採用多種頻率通過跳頻的方式完成雷達的目標測量工作。但是，步進式頻率調變測量方法會產生一段範圍內的模糊距離，該距離的大小和具體的頻率調變步長相關。而且，該調史距離也會影響到目標定位的解析度，二者形成了一對兒矛盾，類似於測不準原理。由於模糊的原因，該方法不能夠得到較好的定位精度。本發明通過多次脈衝掃描的方式，通過頻率和脈寬的綜合調節，完成貝標的快速、精準的定位。
綜上所述，通過對於可調脈寬序列的高精度測距雷達中的模糊問題的處理，能夠同時提高常規雷達的抗幹擾性，在不影響該抗幹擾性能的前提下能夠提高測量雷達的精度，通過雷達的發射'信號調整和雷達回波信號的處理即可實現本發明所述方法，對現有的設備改動較 小。考慮到前述情況，存在克服相關技術中不足的需要。

發明內容
本發明實施例要解決的技術問題是提供一種基於調變脈衝序列的 高精度測距雷達的模糊處理方法，通過線性頻率調節步長的動態調 整，實現長距離的高精度定位，並將速度變化和都卜勒頻移相關，利 用譜分析的方法確定相應的頻率分辨圖樣。可以解決才莫糊距離長短和 分辨能力高低之間的矛盾，同時給出了調變脈衝序列測量的完整實現 流程。
本發明所給出的基於調變脈衝序列的高精度測距雷達的模糊處理 方法，可以應用於基於高精度探測的各種場景。利用成熟的信號處理
方法，對回波信號進行解析和分析，從而快速完成定位。具體包括 可變脈寬的變頻探測序列解析度確定方法，針對雷逸回波信號的 相鄰脈衝疊加區域進行分析，確定所能分辨的最小目標夂寸差異，通 過傅立葉變換實現頻率漂移量的測定。
雷達脈衝序列中的模糊問題處理方法，給出了基乎脈沖寬度、脈 衝頻率以及時間三維跳躍式實現方案，對目標運動所形成的回波信號 的頻率譜進行分析，提取相關的信息量。藉助於本原根的概念，實現 脈衝序列在信號空間的均勻分布。針對多徑信號的特有場景，結合對 於方向圖與目標運動相關特性的分析，在雷達接收機進行相位偏差消除。
本發明還給出了完成的調變脈衝序列探測的高精度定位流程，針對都卜勒效應下進行信號的譜分析，首先通過微小步長的長距掃描定
位遠距離的目標，再逐漸倍頻調節頻率步長逼近最小;f莫糊距離，最後
完成非模糊的高精度定位。其中，對於非勻速物體的速度矢量進行分解，實現針對目標位置估計的相位消除。所用超外差接收系統中引入自適應低通濾波器窗口調整裝置，實現動態回波數據採集和濾除功能。
從以上技術方案中可以看出，本發明通過對於雷達信號的探測序列調整和雷達接收機的信號處理軟體升級，能夠完成長旌離非模糊的高精度定位，在現有的系統中易於升級，具有較好的擴展性且成本相對較低。
本發明的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解，本發明的目的和其它優點可通過在縮寫的說明書、權利要求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。


結合描述了本發明的各種實施例的附圖，根據以下對本發明的各
發明的詳細描述，將更易於理解本發明的這些和其它特徵，其中圖1示意性示出了超外差接收機雷達系統的簡化框圖；圖2描述了脈衝序列測量的最小解析度確定方法；圖3描述了調頻雷達脈沖序列的定位的模糊處理; 圖4描述了雷達測量時的多徑幹擾對於距離測量的幹擾； 圖5描述了都卜勒效應對於脈沖序列雷達測量的影響； 圖6描述了調變步進頻率實現非模糊高精度定位的鴻程圖； 圖7描述了步進式線性跳頻的時域波形對應關係； 圖8示出雷達回波信號在不同距離和步進頻率重建的輪廓曲線； 圖9示出雷達回波信號反傅立葉變換後的時域波形和脈沖序列對 應關係；
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明的實施方式進行詳細描述。, 圖1示意性示出了超外差接收機雷達系統的簡化框圖。發射機產 生的重複窄脈沖雷達信號序列，由雷達發射天線輻射到空間，收發開 關在發射天線和接收天線之間通過時分復用的方式完成發射和接收。 空間的反射物目標截獲會對輻射在其上的一部分蕾達信號進行散射， 少量信號沿著雷達的方向返回形成雷達回波信號，並由接收機加以放 大。在接收系統中，如圖所示，101為信號分路器，用於將信號一分 二 ，同時輸入兩個之i 各進4亍處理，分別為I (In the phase*簡稱同相) 支路和Q (Quadrature,簡稱正交)支路，在兩個支路均需要數字信 號處理部件和I信號與Q信號的相位校正過程。102為混頻器，用於 將本振產生的信號作為解碼信號，103為移相器，用於產生兩個支路 不同的混頻信號，104為本振信號源，產生穩定的餘弦波，頻率固定為fD， 105為低通濾波器，可以將產生的窗外雜擾濾除，106為所用低通濾波器的濾波窗口控制器，通過接收端末端處理的反饋信號，實時對低通濾波器進行調整。放大器用於解調後信號的恢復，108加法器將兩個支路的信號進行合併，並經檢波器進行判斷，確定當前信號幅度，如果接收機輸出的信號幅度足夠大，則目標祐j企測，否則，丟失目標。雷達通常測定目標的方位和距離，但回波信號也包含目標特性的信息，109都卜勒處理即用於高速移動物體所產生的都卜勒頻移的偏移量提取，通過該偏移量控制低通濾波窗的窗口大小，從而實現ADT ( Automatic Tracking with Surveillance Radars',簡稱監一見雷達自動跟蹤)功能。
對於窄帶帶通信號可以表示為x(,) = K,) Re(exp(2;r/。/ +州》)，其中
W)為信號幅度，叉為載波頻率，-W為相位。帶通信號也可以通過信號的同相和正交分量表示，x(0-x,(0cos2;r/j-jce(0sin27r/j ，其中A《)為信號的同相分量，；c。(0為信號的正交分量。該信號的復包絡可以表示為W(,)w(,)e滿VW ,於是;cORe化We，V2"0，復包絡的單邊頻譜為= 2"o)xo),其中t/(w)為頻率域的階躍函lt， IO)為信號x(t)的傅立葉變換，將進行逆傅立葉變化可以得到y(0 = W) +雄)，雄)為x(t)的希爾伯特變換。因此該等效系統可以通過原始接收信號和該信號的希爾伯特變換求和計算出。對於能量有限的信號可以用其ESD (Energy Spectrum Density,簡稱能量i普密度)函數表示；而對於功率有限信號可以用其PSD ( Power Spectrum Density,簡稱功率譜密度)函數表示。ESD定義為信號的傅立葉變換的模值的平方，即
9formula see original document page 10 PSD定義為信號的時間自相關函數的傅立葉變 換，即屍formula see original document page 10。才艮據相關的i普分析理^侖，可以 得到接收信號的譜密度分布，從而對與系統中接收信號的.頻率差進行 分析，得到相應的都卜勒偏移量。
圖2描述了脈衝序列測量的最小解析度確定方法。.其中201表示入 射脈衝序列，其脈衝寬度為r ，脈衝周期用PRI ( Pulse Repetition Interval,簡稱脈沖重複周期)表示，f嚴PRT1。 202表示雷達的回波脈 衝序列，203為距離測量過程中遇到的最小間隙差，其中R1和R2分別 表示測量物體的前沿和後沿與脈衝源的距離。204為入射雷達單個脈 沖的放大顯示圖，205為反射後的回波信號脈衝，206為,發生信號混疊 時的脈沖回波部分。最小解析度為Ad = i 2-《=c"-"/2 = cW2,經過 R1和R2反射後兩個邊沿的回波時間差為2Ad/c , ，I定.At/ = /xr ，其中 為常數係數表示該間隙的最小距離。當0</ <1/2時，回波的信號會發 生重疊，此時對於該目標距離無法進行判斷，重疊部分為(l-2/ )r。 因此最小的分辨能力為^ = 1/2的物體，為了使雷達檢測系統能夠檢測 更為微小的目標，應儘量使雷達的脈衝序列波的脈衝寬度減小。
對於舉行脈沖序列信號formula see original document page 10，其中對0 =^R6 / r)為矩
形脈沖信號，脈沖寬度為r，為了處理方便將信號f(t)轉換為傅立葉級
數的表示方式formula see original document page 10,根據周期性信號的傅立葉變化可知，formula see original document page 10於是信號的幅度譜可以計算為，屍@)= g ^!sinc(Z!E^(w—^！)，其頻域包絡為sinc函數的離散鐠。
/) = —00 r
通常雷達發出的信號不可能為無限長序列，因此常用的方法是對於信 號序列採用加窗的方式進行序列截斷。用六,)和#( )分別表示加窗後
的信號和對應的頻率域譜，於是對於窗大小為N的截斷序列的頻域譜 為戶(w卜2;r^VTsincO且;r5;sinc(，)50y-^)，包絡和加窗前完
全一致，由於非無限長截斷特性，所形成的譜分布為以抽樣函數為取 樣點所形成的離散譜，通過對於接收回波信號的譜分析，可以測量出 返回波形的4壬4可頻移。
圖3描述了調頻雷達脈沖序列的定位的模糊處理。圖中給出了 3 所用脈衝序列的三維調變曲線，301, 302和303分別表示時間軸、 脈衝頻率軸和脈沖寬度軸。在tl t8的時間段內共有7+狀態，分別 為",/"r》，(,2,/5,r2)，(』/2,r3), (,4,/3,r2)，(』/5,r2) ， 06,/7,^)和(,7,/2 j3)。 也即在每一時刻，所用的頻率和脈衝寬度可以不同，因為對於雷達發 射信號而言，採用同一頻率可能會發生衰落或者來自某i特定頻率的 幹擾，因此採用不同的頻率實際上能夠實現一種變相的分集來抵抗衰 落，更為重要的是，通過不同的頻率來控制發射脈衝序列能夠獲得較 高的解析度。為了簡化系統的實現，可以採用線性頻率步進的方式來 實現調頻處理，假定對於一個N載波系統，第i不載波;頻率fi為
其中0&、iV。在[iT,iT+T]內，所發射的脈衝序列信號為 S, (0 = 4 cos(2tt乂, +《)，目標反射信號(0 = 4 ' cos(2tt乂 (卜2(i 。 _ W) / c) +《) 其中v為目標運動速度，目標向探測雷達運動時速度符號為正，反之，目標遠離雷達時符號為負。於是通過圖1系統，進而可以計算出同相 分量和正交分量分別為，
x,(/)二4."cos(4;r/(y-i o)/c) ， xe0) = 4'"sin(47ryXw-"o)7c) 其復包絡可以表示為x, =4'v4"("-《'^ ，通過對於復包絡的逆傅裡
葉變化可以推算出時域信號，x(")-丄g;^exp(i^)為1/Q支路信號 的傅立葉變化，根據雷達測距基本原理可知，
對於靜態的物體，其速度v為零，於是所形成的譜信號逆變換可
以簡化為卓)=sin兀("2《攀—"。 sin(&" i _ 2wi 。A/(c") i)
圖3所示序列可以採用本原根序列完成，f^ — mod^q-ly.^N-l )， 如此可以將頻率或者脈沖的分布變換在完全均勻的一維玄間內。
圖4描述了雷達測量時的多徑幹擾對於距離測量的幹擾。其中， 401為發射天線，402為天線的仰角，當仰角為正時，直射電波通過 水平方向之上位置發射，當仰角為負時，直射電波通過水平方向之下 位置發射，403為天線水平線和測量地點的地表切線之間的夾角，404 為地球表面反射點，405為探測目標，406-408為根據探測區域的不 同位置的區域分類。當雷達天線俯視鏡面反射的表面時，會產生多路 徑幹涉現象。在鏡面反射體上的電波反射服從反射定律。
儘管在地球表面上同時存在多條反射路徑，但通常都只討論單條 反射路徑。垂直面天線方向圖較寬且最大值指向水平面的雷達，對低 仰角目標而言，方向圖傳播因子的影響可以忽略不計。而且在反射表
12面反射後會引起附加相位差，還有部分相位差是由天線在直射方向和反射方向上傳播因子的相位差引起的。由於相位差，直射波和反射波在目標處要麼幹涉相加要麼幹涉相消。直射信號和反射信號兩個回波
信號在接收天線也發生類似的幹涉。406為接收端所謂的幹涉區，當
相位差為^"弧度的整數倍時，會發生等效幹涉，此時信號為兩路信號的疊加組成，幹涉合成信號的方向圖可以表示為,=|4 + ",-'"|，其
中4為直射信號幅度，4為反射信號幅度，r為反射係數，a為直射波和反射波在疊加點處的總相位差。當動目標405以恆定高度接近雷達時，仰角會不斷增加，其方向圖傳播因子將在最大值和最小值之間周期地變化。目標距離和高度遠大於天線的高度時，方向圖僅是目標仰角的函數，而與目標距離和高度無關。當目標接近雷達地平線，其位置低於地平面，此時沒有多徑效應，檢測信號處於繞射區408,在此區域內的直射線和反射線不再明顯區分開來，因而不能再用射線光學原理進行分析，需要從波動光學理論進行分析,根樣Maxwell方程組能夠給出解析的近似解形式。在幹涉區406和繞射區408之間存在一個過度區域部分407，在此區域，不僅不能利用射線光學假設，而且此區域的電磁波理論求解非常複雜，通常通過兩個區域內插的方法來獲得相關的場形。對於粗糙反射面，通常可以利用經驗公式r = exp[-2(2^si輝)2]來計算，其中H為反射表面的欺負高度的標準偏
義
差，^為入射餘角。而多徑信號傳輸所經過反射點的確定可以通過下面的Fishback的經典三次方程模型來確定，2《-3GG, + [G2 - 2ae+ & + 2a^G = 0其中G為發射天線距離目標的地表弧度，Gi和《分另'i為發射天線 和目標距離反射點的地表弧度，Ee-ka為地球的有效半徑，k為修正 常數，通常取值為4/3, a為地球半徑(6370km)， hl和h2為發射天 線和目標所處位置的海拔高度。
圖5描述了都卜勒效應對於脈衝序列雷達測量的影響。其中501, 502為探測序列在到達目標之前的脈衝，周期為l//f，脈衝寬度為r, 實際距離為"，507為目標，以速度v向探測雷達運動。當脈衝502
二裡Fl 士二 /Ar' 4" 立4" v^rr 、、rh 乂士旦山工n，々、4r 乂/* 二it 士 A ^ Fl
jJii-g fj小j、/口久工及"y , 乂 工q 7 ， ^ j /"J々、'T 口V a曙j *^々i口j^7 pj個j、口、j
運動方向相反，會引發脈衝壓縮，脈衝502和目標507石並撞後反射， 形成脈沖503 ，其寬度為ct'，其中r'〈:r。在目標和脈衝504接觸時，
目標運動距離為d，可以計算出此時目標的運動距離為"=^^,由
c + v
距離守恆原理可知c / X ' = cA, — c《-1 /(v + c),於是，回波序列的脈衝重 復頻率為(c + v),/( c-v), 同樣可知，回波序歹'J的脈衝寬度為 (c-v)W(c + v),於是根據接收到的回波信號，發射探測序列的雷達可
以確定目標運動的徑向速度，而在垂直方向上運動的速度則需要通過 藉助跟蹤系統來完成。對於發射球面探測波的全向雷達，會收到來自 不同方向角的回波信號，根據目標在徑向上的速度方向變化可以確定 目標的大致運動方向。對於非勻速運動的目標則需要對於回波信號的
高階信號處理和分析來獲得。從圖中也可以看出，回波信號505和 506的脈沖寬度變窄，而脈衝重複周期同樣縮短。對於和探測雷達序 列相反方向運動的目標，則會產生比探測信號脈寬更寬，重複周期更 長的回波信號。
14圖6描述了調變步進頻率實現非模糊高精度定佐的流程圖。通常距離的解析度和系統的帶寬相關，但是測量的距離在限鬼的範圍內會發生距離模糊，因為相位所在的指數項以2;r為周期，通過減小步進頻率可以增加模糊距離的上限，但是會降低定位的精度，在定位精度和模糊距離之間存在一對兒矛盾。解析度和模糊距離之間的關係為
Ai 二一，其中A/為頻率調變步長，增大步長可&提高史位精度。n
為脈衝數，顯而易見，增加定位脈衝序列可以提高定位精度，但無疑會增加系統實現的複雜度。由於復包絡的相位p為4;ry;(W-i 。)/c,於
是l，卜4;r(v/-i 。)/c，目標距離i 。 =|^|丄+v,,但是由於^=一一"，△/ △/ 4;r
於是^^丄+ W，即^(^)丄化+ w丄，和該距離相距.整數倍的目標都會出現在探測信號範圍之內，無法確定實際的距
2A/
離，引發距離模糊問題。增大步長在提高定位精度的同時，也會縮小模糊距離，在相同距離範圍內的模糊點增多，增加了進一步確定目標的複雜度。本發明採用脈衝頻率步長的調變的方式，首趟利用微調脈衝步長獲得目標的大致位置，再利用寬頻步長調節探測脈衝，完成精確定位。
對於運動的目標，其逆傅立葉變換後的序列為formula see original document page 15其'申相位項會對
接收頻譜造成幹擾，需要在接受時能夠將該項幹擾消除。
在步驟S601，對於接收系統初始化，系統上電，準備發射探測脈衝序列；
在步驟S602,選擇初始的線性脈衝調變頻率的步長為a乂，此時的
A/;應當具有較小的值，來完成大範圍的目標初始佐置磯定；
在步驟S603，增大線性步長，使得4/;+1=104/;,此時的測試精度會 增大，但是模糊距離會變小；
在步驟S604，確定增大線性調頻步長後的脈沖回波序列探測的信 號是否發生距離變化，如果S604的結果為是，則進入步驟S605，否 則返回步驟S603,繼續擴大線性調頻的步長。注意，此處的10倍頻 只是擴大調頻步長的一個常數倍數，也可以選擇不同'的倍頻方法，如 增大不同的倍數或者在增大頻率時採用非線性步長的方式，具體的倍 頻的方式不構成對於本發明的限制。
在步驟S605,由於此時已經達到模糊距離的下限，再進一步調整 會引發定位距離的重複變化，由於模糊距離為確定的倍數，繼續探測 已經沒有必要，於是停止倍頻操作。此時可以定位的目標距離屬於一
個較大的範圍，為l[i-丄,i +丄]之內。
在步驟S606，可以完成目標的精確定位，此時選拷r較大的頻率變 化步長，使其解析度麼/ = ~^~在限定範圍之內，a/2~^~，其中iU
為目標定位需要滿足的解析度。根據都卜勒信號的脈衝展開因子，計 算出相應的都卜勒頻移，進而完成目標速度的估計。於是運動目標的 相位模糊項通過乘法器的作用後，可以完全消除。
圖7描述了步進式線性跳頻的時域波形對應關係。其中701表示時間軸，702表示頻率軸，703為變頻曲線的過零'點，704為時域波
形。對於歸一化的發送信號的復包絡可以表示為，^>) = e''2"^+〃'2/2)。其回波信號可以表示為&(/) = ^,"'('-"2/2)，其中r^2i /c。在經過接收機的低通濾波器後，將高頻的成分濾除，可以得到回波信號的相位為，0(,) = 2"(-/Qr + f r)2)，於是，回波信號的瞬時頻率可以通過
相位的微分項計算出，/;(0 =丄1州)=//(,-小從而獲得信號經過？？丁(Fast Fourier Transform,簡稱快速傅立葉變換)計算後的頻率解析度，進而提高對於目標的脈衝展寬和波形變化分析的精度。由於頻率的升高，所形成的波形逐漸密集，在發射信號的帶寬之內形成線性變頻的調頻波。
對於常用的調幅和調相方式，通常將幅度和相位與調製信號相關，如波形的有無、振幅為正或為負，相位為+ ;r或者-;r表示。而在調頻
方式下，通常採用不同的頻率表示調製信號的高低電平，調製頻率可以用相位的微分來表示/ (/)=丄^^(,)，於是，所形成的調頻信號為
= cos(2;r# + 厶(0刮。可以利用調製信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，控制決定載波振蕩器振蕩頻率的元件或電路參數的數值。實際設備中，通常採用諧振迴路來實現振蕩頻率的改變，對於LC振
蕩器，主要通過振蕩器中的電容和電感改變振蕩頻率；^對於RC振
蕩器，則主要通過電阻和電容改變諧振頻率。用調製信號去控制電感電容或電阻即可實現，常用的可控電容元件有電抗管電路和變容二極
管；常用的可控電感元件是具有鐵氧體磁芯的電感線圈或電抗管電路；可控電阻元件有二極體和場效應管。將可控參'數ife/f牛或電路代替
17振蕩迴路的某一元件直接並接在振蕩迴路兩端，振蕩頻率依賴於可控 參數元件的參數，通過調製信號控制元件的參數值,乂人.萄動態地調整 載波振蕩器的頻率。或者在微波發射機中，利用速調管振蕩器將調製 信號加至反射極，使其振蕩頻率受控於加在管上的反射極電壓，完成 振蕩器和調製信號相關。調頻方式中的頻率和調製信號相關，實際上 在具體實現過程中，調頻可以通過調相間接實現。調頻方式釆用類似 石英晶體振蕩器頻率穩定度較高的載波振蕩器，在其後級進行調相， 所得到的調頻波的中心頻率穩定度比一般的調製方式要高。釆用調頻 方式的調製和解調系統較為複雜，但是通常這種方法具有較高的調製 靈敏度，單位調製電壓所產生的振蕩頻率偏移較其它方式更大，且最 大頻率偏移與調製信號頻率無關。
圖8示出雷達回波信號在不同距離和步進頻率重建的輪廓曲線。
所用的脈衝序列為256方波脈衝串，放大器增益為40dB，目標位置 向量為{996，998, 1000,1002,1004},初始探測頻率間隔為10KHz, FFT 長度為256。脈衝重複周期為O.lms,目標的RCS( Radar Cross Section, 簡稱雷達散射截面)均為lm2。圖中801表示初始粗探測雷達回波所 形成的輪廓圖像，此時模糊距離達到15km，從粗掃描散射回波的分 析可知，目標反射體約處於lkm附近。在頻率調節步長IO倍頻後， 其模糊距離進一步減小為1.5km,此時進一步細化目標位置，見802。 最終定位圖像如803所示，可以清晰的計算出15m範圍內，5個目標 的位置分布，根據模糊距離內各個取樣點的周期性排列規則，可以確 定目標的實際位置。圖9示出雷達回波信號反傅立葉—變換後的時域波形和月永沖序列對應關係。
雖然結合附圖描述了本發明的實施方式，但是本領域內熟練的技術人員可以在所附權利要求的範圍內做出各種變形或修泉。
權利要求
1、一種基於調變脈衝序列的高精度測距雷達的模糊處理方法，其特徵在於包括以下內容可變脈寬的變頻探測序列解析度確定方法；雷達脈衝序列中的模糊問題處理方法；測距雷達接收機中的多徑幹擾消除方法；可調變脈衝序列的非模糊高精度定位流程；高精度定位消除模糊的超外差接收系統。
2、 根據權利要求1所述的基於調變脈衝序列的高精度測距雷達的模 糊處理方法，其特徵在於所述可變脈寬的變頻探測序列解析度確定方 法，具體包括雷達回波信號的相鄰脈衝疊加區域確定方法；測量目標的最小間隙差確定；基於Fourier變換的離散譜頻率定位。
3、 根據權利要求1所述的基於調變脈衝序列的高精度測距雷達的模 糊處理方法，其特徵在於所述雷達脈沖序列中的模糊問題處理方法， 具體包括基於脈衝寬度、脈沖頻率以及時間三維跳躍式探測.方，法； 目標運動速度及其譜分析方法； 基於本原根的序列確定方法。
4、 根據權利要求1所述的基於調變脈沖序列的高精度測距雷達的模 糊處理方法，其特徵在於所述測距雷達接收機中的多徑幹擾消除方法，具體包括地球形狀的橢球模型修正；多徑信號的地表反射點確定方法；方向圖與目標運動相關特性分析方法；粗糙表面的信號反射相位差確定方法。
5、 根據權利要求1所述的基於調變脈衝序列的高精度測距雷達的模 糊處理方法，其特徵在於所述可調變脈衝序列的非模糊高精度定位流 程，具體包括都卜勒效應下的譜分析方法；微小步長的長距掃描定位遠距離的方法；倍頻調節頻率步長逼近最小模糊距離的方法；擴大步長後的高精度定位方式；非勻速運動的目標運動速度和距離的粗略估計方法。
6、 根據權利要求1所述的基於調變脈沖序列的高精度測距雷達的模 糊處理方法，其特徵在於所述高精度定位消除模糊的超外差接收系 統，具體包括基於I/Q支路的分離處理方式； 都卜勒頻移的相位提取裝置； 基於譜分析的相位估計誤差對消； 自適應低通濾波器窗口調節裝置。
全文摘要
本發明涉及通信領域，本發明實施例公開了一種基於調變脈衝序列的高精度測距雷達的模糊處理方法。本發明實施例方法包括可變脈寬的變頻探測序列解析度確定方法；雷達脈衝序列中的模糊問題處理方法；測距雷達接收機中的多徑幹擾消除方法；可調變脈衝序列的非模糊高精度定位流程；高精度定位消除模糊的超外差接收系統。根據本發明的方法，通過對於雷達信號的探測序列調整和雷達接收機的信號處理軟體升級，能夠完成長距離非模糊的高精度定位，在現有的系統中易於升級，具有較好的擴展性且成本相對較低。本發明可以解決雷達測量的模糊距離遠近和目標探測分辨能力高低之間的矛盾，同時給出了調變脈衝序列測量的完整實現流程。
文檔編號G01S7/28GK101666873SQ20091007912
公開日2010年3月10日 申請日期2009年3月4日 優先權日2009年3月4日
發明者彬 李, 沛 羅, 譚代煒, 郭秉禮, 顧畹儀, 黃善國 申請人:北京郵電大學