减轻脉冲多普勒雷达中距离一多普勒模糊的设备和方法技术

一种用于消除脉冲多普勒雷达系统中多普勒频移模糊的方法和设备，提供用周期性波形（１３）调制的辐射信号（１１），所述波形的一个周期中具有多个脉冲，脉冲间的间隔不相等。把雷达目标回波用多个延迟时间进行自相关（３１）。展开（３５）算得的（３３）自相关函数的辐角θ↓［ｃｉ］。对于每个ｋ值展开的相位角和点（０，０）是相位角对延迟时间的直线的平均最小二乘拟合。确定偏离每条直线的相位角均方根误差（３９），选中具最小ＲＭＳ误差的直线的斜率作为从中提取目标速度的多普勒频移。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及脉冲多普勒雷达系统，尤其涉及消除这些雷达系统中的距离和多普勒模糊。
技术介绍
脉冲多普勒雷达系统有一严重的性能缺陷，该缺陷叫做脉冲多普勒困境(plusepoppler dilemma)，它是由脉冲重复频率与可测不模糊距离和多普勒频率之间的关系引起的。此缺陷限制了用脉冲多普勒雷达系统获得的气象参数测量的数据质量。众所周知，脉冲雷达系统通过测量雷达脉冲的发射和后续的该脉冲目标后散射的接收之间经过的时间来确定目标的距离，该经过时间是t＝(2R)/C，这里R是目标的距离，而C是光速，对于气象雷达系统该距离是大气容积(atmosphericvolume)。因为接收机不能区别来自最近发射脉冲目标的回波和来自更早发射脉冲的另一个目标的回波，所以由不模糊接收机接收获得的最大不模糊时间是相继脉冲发射之间的时间。这样，最大不模糊距离是Rmax＝(CT)/2，T是脉冲间发射的间隔。众所周知，脉冲多普勒雷达系统通过测量接收到的后散射脉冲序列辐射频谱的谱线的多普勒频移来确定目标的相对速度。通过以给定的重复频率发射一脉冲序列来建立该系统中的谱线。这些谱线之间的频率间隔等于脉冲序列的重复频率，即等于(1/T)。当目标(后散射物)沿引起目标和发射机之间径向距离减小(接近目标，(closing target))的方向移动时，谱线的频率增加为fDC＝(2Vc)/λ，λ是辐射波的波长。相反，当目标沿引起目标和发射机增加径向距离增加(远离目标opening target)的方向移动时，谱线频率减小fDO＝-(2Vo)/λ。在此脉冲多普勒雷达系统中，选取第n条谱线作为基准，并测量在频带中该谱线和相邻两条谱线(n-1和n＝1)之间的多普勒频移，以获得目标的速度。如接着的详细说明，谱线的1/T间隔限制多普勒频移谱线fn不模糊测量到频带fn±1/(2T)。结果，可测得的最大不模糊速度Vmax为Vmax＝±λ/(4T)也可应用公知的抽样理论获得该结果，如抽样理论所述，必须以不大于1/(2fD)的抽样时间间隔来测量连续检测到的雷达信号，以不模糊地测量fD。如果fD是最大的不模糊可检测到的目标速度，则可得出对T＝1/fD的脉冲间间隔可测得的最大不模糊可测目标速度Vmax为Vmax＝±λ/(4T)。这样，很明显可用脉冲多普勒雷达系统测得的最大不模糊距离随脉冲间间隔的增加而增加，而可测得的最大不模糊速度随脉冲间间隔的减小而减小。在许多例子中，将用脉冲多普勒雷达系统测量的不模糊速度所需的脉冲间间隔太短，从而不能提供所需的最大不模糊距离测量。把最大距离表达式Rmax乘以最大速度表达式Vmax，得到公知的“脉冲多普勒困境”RmaxVmax＝(Cλ)/8在附图说明图1中示出工作在3GHz的脉冲多普勒雷达的该困境。因为由脉冲发射及其回波接收之间经过的时间来确定目标的距离，所以从超出C/(2T)距离处目标返回的先前发射的脉冲的回波出现在位于最近发射的脉冲距离间隔中的距离位置处。此情形称为是“距离折叠”(range folding)，并在图2和3中示出。在图2中示出一脉冲序列，该脉冲序列具有足够长的脉冲间间隔，以允许在后续脉冲发射前来自所有感兴趣的距离处目标的已发射脉冲的雷达回波。如图所示，在后续脉冲TS2发射前接收到在三个不同距离处目标的已发射脉冲TS1的目标回波RS11、RS12和RS13。同样地，在后续脉冲发射前，也分别接收到在相同的三个不同距离处的脉冲发射TS2和TS3的回波RS21、RS22和RS23，以及RS31、RS32和RS33。这样，可不模糊地确定三个目标的距离。如图3所示，当脉冲重复频率增加时，不能明确地确定相同的三个不同距离处目标的距离。在图中示出以更高脉冲重复频率发射脉冲TFn获得的来自相同的三个不同距离处目标的信号回波(RFn1，RFn2，RFn3；n＝1，2，3，4)。在发射了TF1后，在第二个脉冲TF2发射前接收到从第一距离处的目标的信号回波(RF11)。然而，在脉冲TF2发射前未接收到信号回波RF12和RF13。在脉冲TF2和TF3发射之间的间隔内接收到信号回波RF12，而在脉冲TF3和TF4发射之间的间隔内接收到信号回波RF13。同样地，在脉冲TF2和TF3发射之间的间隔内接收到信号回波RF21，在脉冲发射TF3和TF4之间的间隔内接收到信号回波RF22，而在脉冲发射TF4和TF5之间的间隔内接收到信号回波RF23。这样，在脉冲发射TF2和TF3之间的间隔内接收到两个信号回波，而在TF3和TF4之间的间隔和所有其它脉冲间间隔内接收到三个信号回波。虽然在TF3和TF4之间的间隔和所有的后续脉冲间间隔内出现来自三个目标的回波，但只有一个回波是由开始该间隔的脉冲发射引起的，因而只测量一个不模糊距离。例如，脉冲TF3发射与信号RF31接收之间经过的时间为脉冲从其反射的目标提供了准确的距离，而TF3的发射与信号RF13和RF22(它们不是由已发射脉冲TF3的反射)的接收之间经过的时间提供了模糊的距离。在图4A到4C中示出谱线的多普勒频移的示意图。在图中示出三条谱线fn-1、fn和fn+1(fn+1＝fn+1/T；fn-1＝fn-1/T)，fn是基准。通过以v≤λ/4T的速度接近目标引起的fn的多普勒频移频率在fn+1/(2T)和fn之间的频带内，而通过以同一速度范围远离目标引起的fn的多普勒移频率在fn和fn-1/(2T)之间的频带内。图4A示出以小于λ/(2T)的速度减小径向距离的目标引起的三条谱线的多普勒频移Δfc，以及以小于λ/(2T)的速度增加径向距离的目标引起的三条谱线的多普勒频移Δfo。通过接近目标引起的多普勒频移谱线(fn-1+Δfc)和(fn+1+Δfc，以及通过远离目标引起的多普勒频移谱线fn-1-Δfo和fn+1-Δfo不进入频带fn±1/(2T)，因而对多普勒频移的测量是不模糊的。图4B示出目标通过以大于λ/(4T)的速度径向地向雷达所在位置移动引起的多普勒频移谱线。在此情况中，谱线fn被多普勒频移升到频率fn+Δfc，此频率超出频带fn±1/(2T)，而谱线fn-1的多普勒频移进入频带fn±1/(2T)。因为频率测量被限制在频带fn±1/(2T)内，所以测得的多普勒频移fDC是-，它导致错误的径向距离远离速度示值等于，而不是真正的接近速度λΔfc/2。接近速度应被认为是正的速度，而远离速度被认为是负的。图4C示出目标通过以大于λ/(2T)的速度径向地远离雷达所在位置的移动引起的多普勒频移谱线。在这些情况中，谱线fn被多普勒频移降到频率fn-Δfo，此频率超出频带fn±1/(2T)，而谱线fn+1向下频移到频率fn+1-Δfo，此频率在频带fn±Δfo中。结果，在频带fn±1/(2T)内测量谱线fn的多普勒频移提供的多普勒频率fDO等于1/T-Δfo，而不是真正的多普勒频移Δfo。模糊多普勒频移代表的速度等于λ(1/T-Δfo)/2，而不是真正的速度(-λΔfo/2)。从后散射目标移动引起发射信号的相移来确定多普勒频率。相位是频率与时间的函数，并表示为φ＝2πft。因此，在图4B脉冲间周期内移动目标引起的相移是φDA＝2π(fn+fDA)T。从视在多普勒频移fDC确定的相位是φM＝2π(fn-(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多普勒雷达，具有用于发射脉冲调制信号的稳频发射机以及用于接收雷达回波信号的接收机，其特征在于还包括：耦合到所述发射机的波形发生装置，所述波形发生装置用于提供周期性调制波形，每个周期包括多个其间有不等间隔的脉冲，从而使周期性脉冲调制辐 射信号的每个周期具有多个其间间隔不等的辐射脉冲调制信号；耦合到所述接收机的相关装置，所述相关装置用于对回波的雷达信号进行自相关，用于所述自相关的延迟时间等于所述周期中所述多个脉冲之间的所述不等间隔，所述相关装置也用于提供代表所述自相关的 信号，所述自相关具有一幅度和一相位；以及耦合来接收所述代表自相关信号的多普勒频移装置，所述多普勒频率装置用于提供代表所述回波雷达信号的多普勒频移的信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：WL鲁宾，
申请(专利权)人：洛克系德马丁战术体系股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]