一种水下声波与空中雷达波的时空盲同步方法技术

本发明专利技术公开了一种水下声波与空中雷达波的时空盲同步方法，涉及雷达探测领域，该方法包括：脉冲多普勒雷达在空中产生多个探测脉冲对海面巡航搜索；雷达利用多重相位通道的重频搜索对水面微动信号回波进行采样；雷达的信号处理机根据海浪杂波和水面微动信号相对于脉冲多普勒雷达探测方向的径向速度不同，对采样信号进行处理得到水下声波目标的声波时域波形；根据声波时域波形的最大回波幅度位置控制雷达悬停在强度中心，根据回波幅度调整雷达重频参数，直至声波时域波形与雷达探测脉冲同步，实现水下声波与空中雷达波的时空同步以及时间同步，为跨介质探测实战应用提供技术支撑。撑。撑。

【技术实现步骤摘要】
一种水下声波与空中雷达波的时空盲同步方法


[0001]本专利技术涉及雷达探测领域，尤其是一种水下声波与空中雷达波的时空盲同步方法。

技术介绍

[0002]涉及到时空同步问题的雷达系统主要是双/多基地雷达，双/多基地雷达主要用于反隐身和反干扰，通常以主站、副站搭配方式工作，利用隐身飞机多基地角设置，多基地副站与主站间隔布局。隐身飞机除涂覆吸波材料外，还通过平滑的多面体机身，实现电磁波吸附的同时减少电磁波辐射方向的反射率，使电磁波反射到其它区域，通常反射角大约120
°
，多基地雷达利用这一特点，通过主站发射、副站在120
°
多基地角区域接收，实现反隐身。同时在反辐射导弹攻击时主站发射关机，副站随机交替发射主站接收，实现反导反隐身工作模式。多基地雷达时空同步主要在于主、副站之间的时间
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相位
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波束同步，其中时间
‑
相位同步通过副站同步天线接收系统完成，将主站时钟信号通过同步天线发射到副站实现时间
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相位同步，波束同步在主站控制下按照主站同步搜索和同步跟踪指令实现波束同步。
[0003]跨介质探测雷达时空同步的概念与双/多基地雷达有所不同，是两个未知主体之间基于先验知识的搜索握手盲同步，或者雷达基于先验知识对未知水下目标声波水面微动信号搜索盲同步，而且跨介质探测因为受限于空间到水下的场景变化限制，无法有效实现有线或无线直接同步，因此需要研究一种符合实际需求的时空同步方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种水下声波与空中雷达波的时空盲同步方法，通过探测脉冲扫描、重频扫描，实现静态、动态环境下信号长时间相参积累的高分辨微多普勒频率检测，并根据信号回波的回波幅度控制重频精调，实现水下声波与空中雷达波的波束同步和重频同步。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种水下声波与空中雷达波的时空盲同步方法，包括如下步骤：
[0007]脉冲多普勒雷达通过机载或无人机载方式在空中产生多个探测脉冲对海面巡航搜索；
[0008]当脉冲多普勒雷达接收到由水下声波目标引起的水面微动信号回波时，利用雷达的多重相位通道的重频搜索对水面微动信号回波进行采样；
[0009]雷达的信号处理机根据海浪杂波和水面微动信号相对于脉冲多普勒雷达探测方向的径向速度不同，对采样信号进行处理得到水下声波目标的声波时域波形；
[0010]以巡航扫描过程中声波时域波形的回波幅度最大值对应的探测脉冲为中心，控制脉冲多普勒雷达悬停在强度中心，实现水下声波目标与空中雷达波的空间同步；
[0011]根据声波时域波形的每个相位通道的回波幅度调整雷达重频参数，直至回波幅度最大时确定声波时域波形与雷达探测脉冲同步、产生谐振现象，实现水下声波目标与空中
雷达波的时间同步。
[0012]其进一步的技术方案为，雷达的信号处理机根据海浪杂波和水面微动信号相对于脉冲多普勒雷达探测方向的径向速度不同，包括：
[0013]海浪杂波由无数海浪组成，存在浪峰和浪谷，浪峰和浪谷相对于脉冲多普勒雷达探测方向的径向速度为零、多普勒频率为零；
[0014]由水下声波目标在水面处引起的水面微动信号是高速周期变化的振动信号，水面微动信号的振动频率与水下声波目标的频率一致，水下声波目标的振动频率在10Hz
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300Hz，声源级为140dB
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160dB，声源深度为1
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5米，面向脉冲多普勒雷达探测方向，水面微动信号的径向速度呈周期性高速变化、多普勒频率不为零。
[0015]其进一步的技术方案为，对采样信号进行处理得到水下声波目标的声波时域波形，包括：
[0016]在信号处理机中，对采样信号进行由模拟到数字信号的转换后，对数字信号依次进行数字下变频、傅里叶变换后，按照发射探测脉冲顺序分区存入缓存区中，每一个分区依次进行动目标检测和恒虚警检测，通过长时间相参积累后，最终从采样信号中滤除了多普勒频率为零的海浪杂波，测量得到的不同多普勒频率和雷达探测脉冲分别与信号回波的采样位置对应，因此通过最小二乘法拟合得到了水下声波目标的声波时域波形，从而得到了水下声波目标的高分辨率多普勒频率信息和回波幅度信息。
[0017]其进一步的技术方案为，利用雷达的多重相位通道的重频搜索对水面微动信号回波进行采样，包括：
[0018]在信号处理机中，每间隔45度建立一个信号处理通道，且每间隔45度发射一个探测脉冲，在一个声波振动周期内有效采集水面微动信号回波的八个样本点，八相探测脉冲对应水面微动信号回波的不同部位，并通过每个相位通道反馈的回波幅度精调雷达重频参数，使八个样本点对应的雷达波重复频率与水下声波目标的频率相同，当二者相同时，八重相位通道对应的声波时域波形的回波幅度最大，使微多普勒相参积累的信噪比最大。
[0019]其进一步的技术方案为，水下声波目标的高分辨率多普勒频率信息包括多普勒频率和多普勒速度，按照声波振动周期的不同相位呈现不同的多普勒频率，在声波0
°
～90
°
区间多普勒频率为正，0
°
时多普勒速度最大，90
°
时多普勒速度为零、对应多普勒频率为零；90
°
～180
°
区间多普勒速度极性变负，速度逐渐增大，多普勒频率增大，到180
°
时负速度最大，然后负速度逐渐减小，到270
°
时负速度为零，对应多普勒频率为零，从270
°
开始速度极性变正，多普勒频率变正，并逐渐增大，直到360
°
时正速度最大。
[0020]其进一步的技术方案为，根据声波时域波形的每个相位通道的回波幅度调整雷达重频参数，包括：
[0021]将雷达的统一时钟信号发送至脉宽计数器中得到发射探测脉冲的宽度，将宽度输入至脉冲截止期计数器中，当回波幅度未到达最大值时，通过FPGA粗调脉冲截止期计数器，从而改变雷达探测脉冲的重复频率参数，实现粗略重频搜索闭环跟踪；当需要精调频率时，将数控延迟线芯片与FPGA相连，通过数控延迟线芯片的皮秒级控制精度，从而改变雷达探测脉冲的重复频率参数，实现精细重频搜索闭环跟踪。
[0022]其进一步的技术方案为，若水下声波目标为合作目标，则对海面巡航搜索前时空盲同步方法还包括：
[0023]事先设置脉冲多普勒雷达在海面上的搜索区域，搜索区域覆盖水下声波目标；并且事先约定水下声波目标的频率和雷达波重复频率相同、相位一致；
[0024]则脉冲多普勒雷达通过机载或无人机载方式在空中对搜索区域巡航，巡航时产生多个探测脉冲覆盖搜索区域。
[0025]其进一步的技术方案为，脉冲多普勒雷达的扫描方式为机电复合扫描，横向采用相控阵多波束、纵向利用伺服系统扫描，工作频率为92G
‑
95G，带宽为10MH本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下声波与空中雷达波的时空盲同步方法，其特征在于，所述时空盲同步方法包括：脉冲多普勒雷达通过机载或无人机载方式在空中产生多个探测脉冲对海面巡航搜索；当所述脉冲多普勒雷达接收到由所述水下声波目标引起的水面微动信号回波时，利用雷达的多重相位通道的重频搜索对所述水面微动信号回波进行采样；雷达的信号处理机根据海浪杂波和水面微动信号相对于脉冲多普勒雷达探测方向的径向速度不同，对采样信号进行处理得到水下声波目标的声波时域波形；以巡航扫描过程中声波时域波形的回波幅度最大值对应的探测脉冲为中心，控制所述脉冲多普勒雷达悬停在强度中心，实现所述水下声波目标与空中雷达波的空间同步；根据所述声波时域波形的每个相位通道的回波幅度调整雷达重频参数，直至所述回波幅度最大时确定所述声波时域波形与雷达探测脉冲同步、产生谐振现象，实现所述水下声波目标与空中雷达波的时间同步。2.根据权利要求1所述的时空盲同步方法，其特征在于，所述雷达的信号处理机根据海浪杂波和水面微动信号相对于脉冲多普勒雷达探测方向的径向速度不同，包括：所述海浪杂波由无数海浪组成，存在浪峰和浪谷，所述浪峰和浪谷相对于脉冲多普勒雷达探测方向的径向速度为零、多普勒频率为零；由水下声波目标在水面处引起的水面微动信号是高速周期变化的振动信号，所述水面微动信号的振动频率与所述水下声波目标的频率一致，所述水下声波目标的振动频率在10Hz
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300Hz，声源级为140dB
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160dB，声源深度为1
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5米，面向脉冲多普勒雷达探测方向，所述水面微动信号的径向速度呈周期性高速变化、多普勒频率不为零。3.根据权利要求2所述的时空盲同步方法，其特征在于，所述对采样信号进行处理得到水下声波目标的声波时域波形，包括：在所述信号处理机中，对所述采样信号进行由模拟到数字信号的转换后，对所述数字信号依次进行数字下变频、傅里叶变换后，按照发射探测脉冲顺序分区存入缓存区中，每一个分区依次进行动目标检测和恒虚警检测，通过长时间相参积累后，最终从所述采样信号中滤除了多普勒频率为零的海浪杂波，测量得到的不同多普勒频率和雷达探测脉冲分别与信号回波的采样位置对应，因此通过最小二乘法拟合得到了所述水下声波目标的声波时域波形，从而得到了所述水下声波目标的高分辨率多普勒频率信息和回波幅度信息。4.根据权利要求3所述的时空盲同步方法，其特征在于，所述利用雷达的多重相位通道的重频搜索对所述水面微动信号回波进行采样，包括：在所述信号处理机中，每间隔45度建立一个信号处理通道，且每间隔45度发射一个探测脉冲，在一个声波振动周期内有效采集所述水面微动信号回波的八个样本点，八相探测脉冲对应所述水面微动信号回波的不同部位，并通过每个相位通道反馈的回波幅度精调雷达重频参数，使八个样本点对应的雷达波重复频率与水下声波目标的频率相同，当二者相同时，八重相位通道对应的声波时域波形的回波幅度最大，使微多...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁刚，陈庆作，刘亚非，徐红，陈冰，胡逸文，范江玮，赵明，郑洪浩，陈福良，
申请(专利权)人：武汉探海科技有限责任公司中国船舶工业系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：