一种基于反卷积的冲激脉冲式穿墙雷达天线振铃抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于反卷积的冲激脉冲式穿墙雷达天线振铃抑制方法，其步骤包括：步骤S1：得到天线冲激响应函数，并转换为频域形式，预存至雷达处理器中；步骤S2：如若是多通道雷达，则对回波中各通道误差进行通道校正；如若是单通道雷达，则该步骤省略；步骤S3：将通道校正后的回波FFT变换到频域；步骤S4：频域内回波信号与天线冲激响应函数反函数相乘实现反卷积振铃抑制；步骤S5：将信号转化到时间域，此时信号中振铃效应已经消除。本发明专利技术具有适用范围广、可实现天线端信号振铃抑制、提高雷达距离向分辨率等优点。

A method of suppressing antenna ringing of impulse through wall radar based on deconvolution

【技术实现步骤摘要】
一种基于反卷积的冲激脉冲式穿墙雷达天线振铃抑制方法
本专利技术主要涉及到
，特指一种基于反卷积的冲激脉冲式穿墙雷达天线振铃抑制方法。
技术介绍
微功率超宽带冲激脉冲雷达凭借强穿透性、高分辨率和全天候工作特性可广泛用于反恐安检、城市巷战等军民搜救领域。天线作为雷达的主要组成部分，在传统雷达系统中通常占总体体积和重量的绝大部分。考虑到微功率超宽带冲激脉冲雷达实际探测需求和便携使用要求，多采用平面蝶形或平面锥形天线，这类平面天线具有全向性辐射和小体积特点，这也使得微功率超宽带雷达更加适用于近距离低小慢目标的检测。但目前这类平面天线也有自身的种种缺陷：冲激脉冲信号在这类天线上会出现不同程度的信号振铃拖尾，这种效应会降低雷达的分辨率，影响探测能力。尽管可以使用各种各样的硬件加载来抑制振铃效应，但硬件加载时以牺牲辐射能量作为代价的。由于穿墙雷达探测目标是电磁波两次穿透介质墙体，信号衰减较大，这类硬件加载将造成雷达探测距离的进一步降低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种适用范围广、可实现天线端信号振铃抑制、提高雷达距离向分辨率的基于反卷积的冲激脉冲式穿墙雷达天线振铃抑制方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种基于反卷积的冲激脉冲式穿墙雷达天线振铃抑制方法，其步骤包括：步骤S1：得到天线冲激响应函数，并转换为频域形式，预存至雷达处理器中；步骤S2：如若是多通道雷达，则对回波中各通道误差进行通道校正；如若是单通道雷达，则该步骤省略；步骤S3：将通道校正后的回波FFT变换到频域；步骤S4：频域内回波信号与天线冲激响应函数反函数相乘实现反卷积振铃抑制；步骤S5：将信号转化到时间域，此时信号中振铃效应已经消除。作为本专利技术的进一步改进：在所述步骤S1中，根据天线几何形状、基板材质及介电特性计算得到天线冲激响应函数。作为本专利技术的进一步改进：在所述步骤S3中，将信号转到频域进行相乘操作。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的基于反卷积的冲激脉冲式穿墙雷达天线振铃抑制方法，结合天线振铃产生机理，仅通过基于反卷积信号处理的方法实现振铃抑制，避免了硬件加载的弊端。本专利技术对于进一步提高穿墙雷达、以及同类型微功率超宽带雷达的探测性能具有重要推动作用。2、本专利技术的基于反卷积的冲激脉冲式穿墙雷达天线振铃抑制方法，在仿真和实测情况下，均证明可实现天线端信号振铃抑制，提高雷达距离向分辨率。且由于这种抑制方法不需要硬件加载，可以提高雷达的探测距离。本专利技术是普遍适用的，不仅可用于冲激脉冲式穿墙雷达，也可用于雷达生命探测仪、复合型搜救雷达等多种微功率超宽带冲激脉冲雷达，抑制平面天线端信号振铃，提高雷达分辨率。附图说明图1是本专利技术方法的流程示意图。图2是本专利技术在具体应用实例中穿墙雷达的实物示意图。图3是本专利技术在具体应用实例中平面蝶形天线示意图。图4是本专利技术在具体应用实例中穿墙雷达发射机产生脉冲实测示意图。图5是本专利技术在具体应用实例中平面天线辐射信号示意图。图6是本专利技术在具体应用实例中天线延时滤波网络示意图。图7是本专利技术在具体应用实例中使用振铃抑制算法辐射信号波形对比示意图。图8是本专利技术在具体应用实例中单目标实测回波对比示意图。图9是本专利技术在具体应用实例中多目标实测回波对比示意图。图例说明：1、第一接收天线；2、发射天线；3、第二接收天线；4、金属腔体。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。由于冲激脉冲雷达距离分辨率取决于脉冲宽度，振铃拖尾相当于拓宽了脉冲宽度，降低了雷达分辨率。天线振铃产生的根本原因是阻抗不连续，在不连续时就会出现信号反射，多次的反射叠加作用，在时域波形上表现出来就是振铃拖尾。通过将天线系统响应近似看作一种延迟滤波网络，确定出系统响应函数，通过反卷积的方法就可以抑制回波中振铃拖尾。如图1所示，本专利技术的基于反卷积的冲激脉冲式穿墙雷达天线振铃抑制方法，其步骤包括：步骤S1：根据天线几何形状、基板材质及介电特性计算得到天线冲激响应函数模型。根据传输线定理，可计算图3所示天线馈电点反射系数和远端反射系数：式中，Z0表示馈电线阻抗，为50Ω，Zair表示空气阻抗，为377Ω，Zf和Zt分别表示天线馈电点处阻抗和远端阻抗，经软件仿真可获得具体值。ρf和ρt分别表示馈电点处和远端的反射系数。根据天线尺寸，可计算出信号在天线上传播的时延：式中，le为信号在天线上传输距离，λc为脉冲信号中心频率对应的波长，c为电磁波在真空中传播速度，为3×108m/s，εe为相对介电常数，ve为信号在天线上传播的等效速度，td为信号传输单程时延。信号会在馈电点和远端发生反射，多次反射会相互叠加，最终信号形式为：式中，s0(t)为理想发射脉冲信号，由于天线振铃效应导致对理想冲击信号有延时叠加的卷积操作，该效应用h(t)表示，si(t)为第i次反射后信号，f(t)即为最终天线上辐射的信号，由理想信号和多次反射叠加信号组成。式(3)即为天线阵列效应产生的数学模型；步骤S2：在雷达使用时，对回波中各通道误差进行通道校正；如若是单通道雷达，则该步骤可以省略；步骤S3：将通道校正后的回波FFT变换到频域，考虑到时域反卷积运算复杂，将信号转到频域进行相乘操作；步骤S4：频域内回波信号与天线冲激响应函数反函数相乘实现反卷积振铃抑制；式(3)时域卷积可写为频域相乘形式：F(jω)＝S0(jω)H(jω)(4)式中，F(jω)、S0(jω)和H(jω)分别为f(t)、s0(t)和h(t)的频域表示。天线的系统响应函数频域具体表达式为：则在频域乘以H(jω)的反函数即可实现反卷积操作，同时从信号中回复原始理想冲击脉冲信号。可表示为：F(jω)H-1(jω)＝S0(jω)H(jω)H-1(jω)＝S0(jω)(6)步骤S5：将信号转化到时间域，此时信号中振铃效应已经消除，可进行后续操作。本专利技术的上述方法不需要任何形式的硬件加载，仅通过后端信号处理的方法抑制冲激脉冲信号在平面蝴蝶结天线上的信号振铃效应，恢复信号窄脉冲特性，有利于提高雷达目标分辨率和最大作用距离。该方法不仅可以用于冲激脉冲穿墙雷达中，抑制未加载平面天线上的振铃效应，也可用于抑制其他射频设备天线端振铃效应，恢复信号原始特征，该方法具有高效性和普遍使用性。本专利技术的方法具有普适性，可用于穿墙雷达、雷达生命探测仪、多模复合生命探测仪等多种微功率超宽带冲激脉冲体制雷达生命搜救装备中，有效抑制天线振铃效应。本专利技术在具体应用实例中，参见图1为主要应用和实验的穿墙雷达实物图。该图为雷达探测正面图，有三个平面蝶形天线：第一接收天线1、发射天本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反卷积的冲激脉冲式穿墙雷达天线振铃抑制方法，其特征在于，其步骤包括：/n步骤S1：得到天线冲激响应函数，并转换为频域形式，预存至雷达处理器中；/n步骤S2：如若是多通道雷达，则对回波中各通道误差进行通道校正；如若是单通道雷达，则该步骤省略；/n步骤S3：将通道校正后的回波FFT变换到频域；/n步骤S4：频域内回波信号与天线冲激响应函数反函数相乘实现反卷积振铃抑制；/n步骤S5：将信号转化到时间域，此时信号中振铃效应已经消除。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于反卷积的冲激脉冲式穿墙雷达天线振铃抑制方法，其特征在于，其步骤包括：
步骤S1：得到天线冲激响应函数，并转换为频域形式，预存至雷达处理器中；
步骤S2：如若是多通道雷达，则对回波中各通道误差进行通道校正；如若是单通道雷达，则该步骤省略；
步骤S3：将通道校正后的回波FFT变换到频域；
步骤S4：频域内回波信号与天线冲激响应函数反函数相乘实现反卷积振铃抑制；
步骤S5：将信号转化到时间域，此时信号中振铃效应已经消除。

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【专利技术属性】
技术研发人员：金养昊，梁步阁，陈溅来，赵锐，朱政亮，王亚夫，彭新智，李奉民，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43