基于雷达大脉宽信号的目标测速测距方法技术

本发明专利技术公开了一种基于雷达大脉宽信号的目标测速测距方法，其主要思路为：雷达发射端发射N个大脉宽的脉冲信号s(t)，根据N个大脉宽的脉冲信号s(t)，计算雷达接收端接收的回波信号y(t)，所述雷达接收端接收的回波信号y(t)包含M个目标的信息，每一个目标的信息包含目标的斜距和目标的径向速度；根据雷达接收端接收的回波信号y(t)，计算回波信号y(t)的相关矩阵R；根据回波信号y(t)的相关矩阵R，计算得到M个目标各自的多普勒频率和M个目标各自的目标径向速度；根据所述M个目标各自的目标径向速度，对雷达接收端接收的回波信号y(t)进行多普勒频率补偿，计算多普勒频率补偿后M个目标的回波信号，然后对多普勒频率补偿后M个目标的回波信号进行脉冲压缩处理，计算M个目标各自的斜距。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达发射信号中测量目标距离和目标速度的
，特别涉及一种基于雷达大脉宽信号的目标测速测距方法，通过雷达大脉宽信号实现目标速度和目标距离的准确测量，适用于高分辨雷达观测远距离高速的空中飞行目标的距离及速度的准确测量。
技术介绍
随着空警戒雷达以及各种飞行器技术的发展，使得雷达的作用距离、分辨能力和测量精度等性能指标必须得到相应提高；空基雷达或者天基雷达对空中高速目标和低空远距离飞行目标的探测分别也变得越来越重要，而且准确检测出目标速度和目标距离对后期的目标跟踪也至关重要。传统的脉冲雷达为了提高距离分辨率以及减少脉冲遮挡问题，多发射窄脉宽信号，且窄脉宽信号的脉宽为微秒级别，发射窄脉宽信号能量低；为了检测空中远距离目标时需要长时间的积累检测，导致高速运动目标在长时间的积累检测时产生了不同程度的距离走动，影响相参积累的效果；并且，根据脉冲重复频率(PRF)的高低，现代雷达有低重频(LPRF)、中重频(MPRF)和高重频(HPRF)三种工作模式，传统的雷达测量多普勒时利用多个脉冲做快速傅里叶变换(FFT)处理，且传统的雷达能够测量的无模糊多普勒的范围为fr为脉冲重复频率。当雷达工作在低重频、目标运动速度较快、且雷达多普勒频率大于雷达的脉冲重复频率时目标会出现速度模糊；而雷达测量的最大不模糊的距离计算为C为光速；当雷达工作在高重频时，由于脉冲的周期较短，容易造成目标距离模糊；传统的脉冲雷达对于检测空中远距离高速运行目标时会同时存在测速与测距模糊问题，因此传统测量目标速度与目标距离的方法多采用测量出目标的模糊距离和目标的模糊速度后再采用多重频或者多载频的方法分别解除目标速度和目标距离中的模糊，从而求得目标的真实速度和目标的真实距离；而传统的方法测量距离和速度的方法比较复杂，并且误差大精度不高。
技术实现思路
针对以上现有技术适用条件的不足，以及大脉宽信号对检测空中高速远距离目标的优势，本专利技术的目的在于提出一种基于雷达大脉宽信号的目标测速测距方法，该种基于雷达大脉宽信号的目标测速测距方法能够实现空中远距离高速飞行的目标距离和目标速度的准确测量。本专利技术的主要思路是：考虑到目标的多普勒频率在脉冲内可以体现，所以选择雷达的发射脉冲为大脉宽的脉冲信号，并获取雷达接收端接收的回波信号，然后对雷达接收端接收的回波信号采用迭代自适应算法(IAA)估计出雷达接收端接收的回波信号的相关矩阵R，再结合多信号分类(Multiple Signal Classification，MUSIC)算法，对相关矩阵R进行特征值分解，进而计算得到目标的多普勒频率，从而实现目标多普勒频率的高分辨处理，得到目标的径向速度；最后利用目标的径向速度对雷达接收端接收的回波信号进行多普勒频率补偿后再做脉冲压缩处理，获得目标斜距，进而达到检测出目标径向速度和目标斜距的目的。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种基于雷达大脉宽信号的目标测速测距方法，包括以下步骤：步骤1，雷达发射端发射N个大脉宽的脉冲信号s(t)，脉冲信号s(t)的脉冲重复周期为Tr，脉冲信号s(t)的脉冲重复频率为脉冲信号s(t)的脉冲宽度为τ，脉冲宽度τ为毫米级时对应的脉冲为大脉宽，脉冲信号s(t)波长为λ0，f0为脉冲信号s(t)的中心频率，C为光速，N为自然数；步骤2，根据N个大脉宽的脉冲信号s(t)，计算得到雷达接收端接收的回波信号y(t)，所述雷达接收端接收的回波信号y(t)包含M个目标的信息，每一个目标的信息包含目标的斜距和目标的径向速度；步骤3，根据雷达接收端接收的回波信号y(t)，估计得到回波信号y(t)的相关矩阵R；步骤4，根据回波信号y(t)的相关矩阵R，依次计算得到M个目标各自的多普勒频率和M个目标各自的径向速度；步骤5，根据所述M个目标各自的多普勒频率，对雷达接收端接收的回波信号y(t)进行多普勒频率补偿，计算得到多普勒频率补偿后M个目标的回波信号，然后对多普勒频率补偿后M个目标的回波信号进行脉冲压缩处理，计算得到M个目标各自的斜距。本专利技术有益效果：第一，本专利技术中的雷达采用脉冲发射方式发射大脉宽毫秒级的脉冲信号，该脉冲信号能量大，能够观测远距离目标，并且大脉宽信号能够保证远距离空中的目标距离不存在模糊，且多普勒频率在单个脉冲内就能够体现出来，使得直接采用单个脉冲就能够实现目标测距和目标测速；另外大脉宽信号能量大，探测目标距离远；当主要探测空中远距离目标时，忽略近距离中脉冲遮挡问题；第二，传统的对单脉冲的回波信号做快速傅里叶变换(FFT)处理的方法进行目标测速时多普勒分辨率很低，即多普勒分辨率为脉宽的倒数；而本专利技术采用迭代自适应算法(IAA)结合多信号分类(Multiple Signal Classification，MUSIC)算法的高分辨处理法，能够使得单脉冲回波信号的多普勒分辨率约为快速傅里叶变换(FFT)方法分辨率的5～10倍，提高目标测速的精度；第三，传统的目标测速方法中多普勒频率的不模糊区间为fr为脉冲重复频率；但本专利技术中测速方法，多普勒频率的不模糊区间大为Fs为采样频率，Fs＞＞fr，采用本专利技术方法不用考虑目标距离和目标速度的模糊问题。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术的一种基于雷达大脉宽信号的目标测速测距方法流程图；图2为本专利技术中雷达发射的大脉宽脉冲信号的示意图，其中，Tr为脉冲信号的脉冲重复周期，τ为脉冲信号的脉冲宽度，N为雷达发射的大脉宽脉冲信号包含的脉冲个数；图3为脉冲信号的多普勒频率分别为4000Hz和0Hz时进行脉冲压缩处理后的对比示意图；图4为雷达发射端发射的脉冲信号进行快速傅里叶变换(FFT)后的频谱示意图；图5(a)为两个目标的多普勒频率分别为2000Hz和4000Hz时，采用快速傅里叶变换(FFT)方法测得的目标的多普勒频率示意图，图5(b)为两个目标的多普勒频率分别为3000Hz和4000Hz时，采用快速傅里叶变换(FFT)方法测得的目标的多普勒频率示意图；图6(a)为设置两个目标的多普勒频率分别为[3000Hz 4000Hz]时采用IAA算法结合MUSIC算法分别估计两个目标的多普勒频率示意图，图6(b)为两个目标的多普勒频率分别为[3500Hz 4000Hz]时采用IAA算法结合MUSIC算法分别估计两个目标的多普勒频率示意图，图6(c)为两个目标的多普勒频率分别为[3800Hz 4000Hz]时采用IAA算法结合MUSIC算法分别估计两个目标的多普勒频率示意图，图6(d)为两个目标的多普勒频率分别为[3850Hz 4000Hz]时采用IAA算法结合MUSIC算法分别估计两个目标的多普勒频率示意图，图6(e)为两个目标的多普勒频率分别为[3900Hz 4000Hz]时采用IAA算法结合MUSIC算法分别估计两个目标的多普勒频率示意图；图7(a)为目标存在多普勒频率，且雷达接收端接收的回波信号没有经过速度补偿，直接经过脉冲压缩处理得到的结果示意图，图7(b)为1000Hz的目标多普勒频率补偿掉后再经过脉压处理后得到的结果示意图，图7(c)为4000Hz的目标多普勒频率补偿掉后再经过脉压处理后得到的结果示意图。具体实施方式参照图1，为本专利技术的一种基于雷达大脉宽信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于雷达大脉宽信号的目标测速测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，雷达发射端发射N个大脉宽的脉冲信号s(t)，脉冲信号s(t)的脉冲重复周期为Tr，脉冲信号s(t)的脉冲重复频率为脉冲信号s(t)的脉冲宽度为τ，脉冲宽度τ为毫米级时对应的脉冲为大脉宽，脉冲信号s(t)波长为λ0，C为光速，f0为脉冲信号s(t)的中心频率，N为自然数；步骤2，根据N个大脉宽的脉冲信号s(t)，计算得到雷达接收端接收的回波信号y(t)，所述雷达接收端接收的回波信号y(t)包含M个目标的信息，每一个目标的信息包含目标的斜距和目标的径向速度；步骤3，根据雷达接收端接收的回波信号y(t)，计算得到回波信号y(t)的相关矩阵R；步骤4，根据回波信号y(t)的相关矩阵R，依次计算得到M个目标各自的多普勒频率和M个目标各自的径向速度；步骤5，根据所述M个目标各自的多普勒频率，对雷达接收端接收的回波信号y(t)进行多普勒频率补偿，计算得到多普勒频率补偿后M个目标的回波信号，然后对多普勒频率补偿后M个目标的回波信号进行脉冲压缩处理，计算得到M个目标各自的斜距。

【技术特征摘要】
1.一种基于雷达大脉宽信号的目标测速测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，雷达发射端发射N个大脉宽的脉冲信号s(t)，脉冲信号s(t)的脉冲重复周期为Tr，脉冲信号s(t)的脉冲重复频率为脉冲信号s(t)的脉冲宽度为τ，脉冲宽度τ为毫米级时对应的脉冲为大脉宽，脉冲信号s(t)波长为λ0，C为光速，f0为脉冲信号s(t)的中心频率，N为自然数；步骤2，根据N个大脉宽的脉冲信号s(t)，计算得到雷达接收端接收的回波信号y(t)，所述雷达接收端接收的回波信号y(t)包含M个目标的信息，每一个目标的信息包含目标的斜距和目标的径向速度；步骤3，根据雷达接收端接收的回波信号y(t)，计算得到回波信号y(t)的相关矩阵R；步骤4，根据回波信号y(t)的相关矩阵R，依次计算得到M个目标各自的多普勒频率和M个目标各自的径向速度；步骤5，根据所述M个目标各自的多普勒频率，对雷达接收端接收的回波信号y(t)进行多普勒频率补偿，计算得到多普勒频率补偿后M个目标的回波信号，然后对多普勒频率补偿后M个目标的回波信号进行脉冲压缩处理，计算得到M个目标各自的斜距。2.如权利要求1所述的一种基于雷达大脉宽信号的目标测速测距方法，其特征在于，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖桂生，王英，杨志伟，黄鹏辉，刘永军，许华健，徐雪菲，郭学敏，袁赛，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61