基于参考阵元的雷达运动目标相位修正方法技术

技术编号:19743248 阅读:34 留言:0更新日期:2018-12-12 04:24
本发明专利技术提供一种基于参考阵元的雷达运动目标相位修正方法。技术方案是:单通道调频连续波雷达切换选通时序为:首先切换选通接收天线阵列的第1阵元,接收N个调频周期的信号作为每轮接收信号的第一时间段;然后,由第1阵元开始依次切换选通接收天线阵列的所有阵元,接收N个调频周期的信号,作为每轮接收信号的第二时间段。在信号处理过程中,将每轮接收天线阵列的第二时间段接收信号的相位减去第一时间段接收信号的相位,消除目标运动引入的相位项,修正接收天线阵列的接收信号相位。本发明专利技术无需计算目标速度,适用于单发射多接收的单通道调频连续波雷达。

【技术实现步骤摘要】
基于参考阵元的雷达运动目标相位修正方法
本专利技术属于雷达信号处理
,涉及一种基于参考阵元的雷达运动目标相位修正方法。
技术介绍
目前,雷达已经广泛应用于不同行业领域,其中,调频连续波雷达因具有结构简单、成本低的优点而受到了学术界及工业界的关注,现有的调频连续波雷达通常是多通道调频连续波雷达,即每个天线都需要一个单独的接收通道接收信号,随着天线阵列规模的增大,系统的体积和成本也会随之增加。为了减小多通道调频连续波雷达的成本及其系统复杂度,学者提出一种单通道调频连续波雷达[L.YangandF.Zhenghe,“SwitchantennaarraywithsinglereceivingchannelforFMCWradar,”inProc.Int.Symp.AntennasPropagation,Fukuoka,Japan,2000,pp.1629–1632.],在该雷达中,天线阵列共用一个接收通道,通过射频开关对阵列天线进行切换选通,实现空间信号的采集。但是,这种单通道调频连续波雷达的缺点在于:天线阵列接收信号的相位不仅由目标的角度决定,还与目标速度有关,通常情况下,目标运动引入的相位项是一个固定的常数,在计算运动目标角度的过程中,如果不对运动目标的回波信号进行相位修正,将会导致目标角度计算错误。国内外机构开展了相关的雷达运动目标相位修正方法研究,主要有以下几种方法:1、利用单个天线的接收信号探测目标,并计算目标速度,从而计算目标运动引入的相位项,最后对天线阵列接收的目标回波信号进行相位修正[Z.Dominik,andA.Ziroff."PhasemigrationeffectsinmovingtargetlocalizationusingswitchedMIMOarrays."europeanradarconference(2015):85-88.]。这种方法的缺点在于:需要精确计算目标速度,否则将会导致目标回波信号的相位修正结果不准确。2、通过设计重叠阵元,利用重叠阵元接收的目标回波信号计算目标运动引入的相位项,从而对天线阵列接收的目标回波信号进行相位修正[C.M.Schmid,R.Feger,C.Pfeffer,A.Stelzer."MotioncompensationandefficientarraydesignforTDMAFMCWMIMOradarsystems."EuropeanConferenceonAntennasandPropagationIEEE,2012:1746-1750.]。但是,这种方法只适用于多输入多输出天线阵列的调频连续波雷达,无法应用于单发射多接收的单通道调频连续波雷达。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于参考阵元的雷达运动目标相位修正方法,应用于单通道调频连续波雷达,修正接收天线阵列的接收信号相位,能够避免现有技术中存在的问题,在此过程中,不需要计算目标的速度,同时,该方法适用于单发射多接收的单通道调频连续波雷达。为了实现上述目的,本专利技术提供一种基于参考阵元的雷达运动目标相位修正方法,应用于单通道调频连续波雷达,其特征在于,将接收天线阵列的第1阵元设为参考阵元,单通道调频连续波雷达按照下述特定的切换选通时序进行每轮信号的接收:首先,切换选通接收天线阵列的第1阵元,即参考阵元,接收N个调频周期的信号(N是接收天线阵列的阵元数),作为每轮接收信号的第一时间段;然后,由第1阵元开始依次切换选通接收天线阵列的所有阵元,接收N个调频周期的信号,作为每轮接收信号的第二时间段。在信号处理过程中,将每轮接收天线阵列的第二时间段接收信号的相位减去第一时间段接收信号的相位,消除目标运动引入的相位项,修正接收天线阵列的接收信号相位。本专利技术的有益效果:本专利技术提出的一种基于参考阵元的雷达运动目标相位修正方法,将接收天线阵列的第1阵元设为参考阵元,对接收天线阵列进行2N次切换选通,通过对接收天线阵列的接收信号进行运算处理,直接消除目标运动引入的相位项。本专利技术无需计算目标速度,适用于单发射多接收的单通道调频连续波雷达。附图说明图1是本专利技术应用于单通道调频连续波雷达的原理示意图;图2是本专利技术的接收天线阵列切换选通时序示意图;图3是利用本专利技术得到的接收天线阵列相位仿真结果;图4是利用本专利技术得到的结果计算目标角度的仿真结果;图5是本专利技术的原理流程示意图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明。图1是本专利技术应用于单通道调频连续波雷达(以下简称雷达)的原理示意图,如图所示,雷达的发射端包括了调频连续波信号产生模块及发射天线,雷达的接收端包括了接收天线阵列、射频开关模块、单通道接收模块、相位修正模块及雷达信号处理模块,其中,接收天线阵列是一个N元均匀直线天线阵列。图2是本专利技术的接收天线阵列切换选通时序示意图,首先,切换选通接收天线阵列的第1阵元,即参考阵元,接收N个调频周期的信号,作为一轮接收信号的第一时间段;由第1阵元开始依次切换选通接收天线阵列的所有阵元,接收N个调频周期的信号,作为本轮接收信号的第二时间段,以上述切换选通时序循环接收目标的回波信号。其中,阵元间的切换选通周期等于调频连续波信号的调频周期T,则一轮接收信号的周期为2NT。射频开关模块用于控制和实现切换选通时序;单通道接收模块用于接收并采集接收天线阵列的信号;相位修正模块用于修正接收天线阵列的接收信号;雷达信号处理模块用于计算目标的距离、速度及角度。依据本专利技术的切换选通时序,假设在某一轮接收信号周期内雷达接收到的信号Scycle(i)是:Scycle(i)=[s1_1(i)s1_1(i)Ls1_1(i)s2_1(i)s2_2(i)Ls2_N(i)]其中,s1_1(i)=[s1_1(1)s1_1(2)…s1_1(i)…s1_1(I)]H表示切换选通接收天线阵列的第1阵元时,即参考阵元时,接收的N个调频周期信号,[]H表示转置,i=1,2,…,I,I表示在一个切换选通周期T内的采样点数,以此类推,可以表示其余阵元接收的信号。为了表示方便,定义Scycle_1(i)=[s1_1(i)s1_1(i)Ls1_1(i)]为接收天线阵列的参考阵元接收的N个调频周期的信号,即一轮接收信号周期内第一时间段内接收的信号;Scycle_2(i)=[s2_1(i)s2_2(i)Ls2_N(i)]为接收天线阵列的第1至第N阵元接收的N个调频周期的信号,即一轮接收信号周期内第二时间段内接收的信号。利用快速傅里叶变换方法分别对信号Scycle_1(i)、Scycle_2(i)进行处理,得到距离为r的距离向信号Scycle_1(r)、Scycle_2(r),表示为:Scycle_1(r)=[s1_1(r)s1_1(r)Ls1_1(r)]Scycle_2(r)=[s2_1(r)s2_2(r)Ls2_N(r)]其中,r∈[0,R],R表示雷达探测的最远距离,提取这两个距离向信号的相位ψcycle_1(r)、ψcycle_2(r),表示为:将ψcycle_2(r)减去ψcycle_1(r)得到修正后的接收天线阵列距离向信号的相位ψre(r),表示为:修正后的接收天线阵列的距离向信号Sarray(r)表示为:其中,“.×”表示矩阵对应元素相乘本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于参考阵元的雷达运动目标相位修正方法,应用于单通道调频连续波雷达,其特征在于,单通道调频连续波雷达按照下述特定的切换选通时序进行每轮信号的接收:首先,切换选通接收天线阵列的第1阵元,接收N个调频周期的信号,作为每轮接收信号的第一时间段,N是接收天线阵列的阵元数;然后,由第1阵元开始依次切换选通接收天线阵列的所有阵元,接收N个调频周期的信号,作为每轮接收信号的第二时间段。在信号处理过程中,将每轮接收天线阵列的第二时间段接收信号的相位减去第一时间段接收信号的相位,消除目标运动引入的相位项,修正接收天线阵列的接收信号相位。

【技术特征摘要】
1.一种基于参考阵元的雷达运动目标相位修正方法,应用于单通道调频连续波雷达,其特征在于,单通道调频连续波雷达按照下述特定的切换选通时序进行每轮信号的接收:首先,切换选通接收天线阵列的第1阵元,接收N个调频周期的信号,作为每轮接收信号的第一时间段,N是接收天线阵列的阵...

【专利技术属性】
技术研发人员:林沂付云起杨凯
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科技大学
类型:发明
国别省市:湖南,43

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