一种基于比幅测角模式的锯齿波雷达测速扩展方法技术

本发明专利技术公开了一种基于比幅测角模式的锯齿波雷达测速扩展方法，属于雷达测速技术领域，包括以下步骤：S1：雷达发射机的发射天线分别在扫描位置一和扫描位置二交替发射同一扫频周期为T的线性调频连续波信号；S2：对于位于雷达的方向，距离为R处，速度为v的目标，首先采集M个扫描位置一的数据一，以及M个扫描位置二的数据二；S3：消除数据一和数据二相位上由天线方向指向变化引起的常量相位差；S4：通过二维FFT进行相参处理，使得数据一和数据二合并后充分利用信号提高信噪比；S5：对目标进行CFAR检测；S6：根据数据一和数据二各自的二维FFT后的距离速度频谱上的相位差，进行速度解模糊。度解模糊。度解模糊。

【技术实现步骤摘要】
一种基于比幅测角模式的锯齿波雷达测速扩展方法


[0001]本专利技术属于雷达测速
，具体涉及一种基于比幅测角模式的锯齿波雷达测速扩展方法。

技术介绍

[0002]现有的锯齿波雷达一般通过二维FFT进行距离速度解耦合。根据奈奎斯特采样定理，慢时间维采样速率小于目标运动产生的多普勒频移，会产生速度模糊。为了进行速度模糊分辨雷达通常采用多重频工作方式，选取的多重频以某一频率单位互素，对该频率规整化处理，无模糊多普勒频率范围为其最小公倍数。然而目前多重频工作方式存在时间利用率低，硬件/计算复杂度高，鲁棒性差等问题。
[0003]考虑雷达前方存在一个速度为v的目标，多普勒频移为f
v
＝2v/λ，雷达扫频重复频率为f
T
。当多普勒频移大于雷达扫频重复频率时，根据采样定理可知，多普勒频率测量会存在模糊，可以表示如下：公式中为采样频率f
T
下的视在多普勒频移，m为整数。根据公式v＝fλ/2，对应的速度模糊可表示为：其中v
T
＝f
T
λ/2为采样频率1/T下最大不模糊测速范围，为采样频率1/T下的模糊速度。
[0004]为了进行速度模糊分辨，雷达通常采用多重频工作方式，选取的多重频以某一频率单位互素，对该频率规整化处理，无模糊多普勒频率范围为其最小公倍数：其中lcm(
·
)为取最小公倍数。对实际多普勒频移为f
v
的目标，不同重频对应的视在多普勒频率分别为：则应有：根据速度多普勒频移公式，速度表达可变为：在一定范围内便利寻找满足公式的，即可得到目标不模糊多普勒速度。根据多重PRF解速度模糊原理，锯齿波雷达可发送两个扫频周期不同的锯齿波信号，发送信号时域图如图1所示，发射天线先发射N1个扫频周期为T1的线性调频连续波，然后在发送N2个扫频周期T2的线性调频连续波。假设目标速度保持不变，根据数据1和数据2跟别估计出在采样率1/T1和采样率下1/T2的模糊多普勒频率，并计算目标模糊速度，最后利用公式进行速度解模糊，算法流程图如图2所示。
[0005]传统多重PRF解速度模糊算法存在如下缺点：时间利用率低。传统处理中，会发送相同数目的调频连续波，即N1＝N2使得数据一和数据二经过二维FFT获得相同信号处理增益，同时损失了系统时间的部分利用。计算复杂度高。数据二和数据一进行了相同复杂程度的信号处理过程，并且二维FFT和CFAR检测计算量较大，浪费硬件资源。鲁棒性差。传统多重PRF解速度模糊算法需要在两次CFAR检测中均检测出目标，否则无法进行速度解模糊。CFAR检测门限与多种因素有关，在低信噪比条件下不能保障能准确检测目标。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种在比幅测角的情况下进行速度扩展的信号处理方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种基于比幅测角模式的锯齿波雷达测速扩展方法，包括以下步骤：
[0009]S1：雷达发射机的发射天线分别在扫描位置一和扫描位置二交替发射同一扫频周期为T的线性调频连续波信号；
[0010]S2：对于位于雷达的方向，距离为R处，速度为v的目标，首先采集M个扫描位置一的数据一，以及M个扫描位置二的数据二；
[0011]S3：对每路接收到的回波信号都消除数据一和数据二相位上由天线方向指向变化引起的常量相位差；
[0012]S4：通过二维FFT进行相参积累处理，使得数据一和数据二合并后充分利用信号提高信噪比。
[0013]S5：对目标进行CFAR检测；
[0014]S6：根据数据一和数据二各自的二维FFT后的距离速度频谱上的相位差，进行速度解模糊。
[0015]进一步，对于位于雷达的方向，距离为R处，速度为v的目标，雷达在t时刻接收到的来自扫描位置一的远场包络信号表示为：
[0016][0017]其中，x
k
(t)是天线单元k的输入包络信号，是天线单元k的方向图，是天线单元k的在方向的时延，N天线阵列的数目；
[0018]雷达在经过一个扫频周期后，即t+T时刻接收到的来自扫描位置二的远场包络信号表示为：
[0019][0020]进一步，步骤S3中所述数据一和数据二相位上由天线方向指向变化引起的常量相位差Δ1为：
[0021][0022]其中，Δ(k)为第k个阵元信号的相位，消除常量相位差Δ1后，扫描位置一和扫描位置二的相位差异仅包含速度扩展。
[0023]进一步，最大无模糊速度为λ/2T。
[0024]进一步，步骤S4具体包括以下步骤：首先对接收到的多路回拨信号分别进行两次加窗傅里叶变化，得到数据一和数据二距离多普勒的二维图像。然后对数据一距离多普勒和数据二的距离多普勒进行合并，由于在S3步骤中已经消除了常量相位差，数据一和数据二的所有相位都是相参的，合并后能够充分利用信号的相干性，提高信噪比。前后两步的处
理都是相参积累处理。
[0025]进一步，步骤S5具体包括以下步骤：保证虚警概率不变的情况下，判断该位置是否存在目标的检测手段称为恒虚警(CFAR)检测。具体是通过目标周围的杂波、噪声等背景信号自适应调整判决门限保障虚警概率不变。第一步是通过各种估计方式得到周围噪声功率，根据纽曼皮尔逊准则确定门限，功率超过门限认为该点存在目标，反之该点无目标等。
[0026]进一步，步骤S6具体包括以下步骤：通过CFAR检测明确距离速度频谱上目标的位置，比较数据一和数据二目标所在位置的相位差；
[0027]如果相位差小于
±
π/2，则该目标速度范围没有超过周期为T的信号测速范围，根据下式计算得到速度：
[0028]v＝Δ
θ
λ/4πT
[0029]其中，Δ
θ
表示数据一和数据二目标所在位置的相位差；
[0030]如果相位差大于
±
π/2，则该目标速度超过测速范围需要考虑发生模糊，根据下式计算得到速度：
[0031]v＝Δ
θ
λ/4πT+v
max
[0032]其中v
max
是周期为T的信号最大测速速度。
[0033]本专利技术的有益效果在于：本专利技术可对雷达测速范围进行扩展，可根据实际需求进行合理参数设计，实现速度测量。本方法处理掉扫描引起的相位变化，实现了信号的全利用，充分利用时间积累进行信号增益，与传统解速度模糊算法相比，时间利用率高。本方法将数据一和数据二进行相参处理，无需分别对数据二与数据一分别进行CFAR检测，节约硬件资源。本方法充分利用接收的信号，实现最大的信号增益处理，从而得到最高的信噪比，保障CFAR检测的准确性，保障系统鲁棒性。
[0034]本专利技术的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本专利技术的实践中得到教导。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于比幅测角模式的锯齿波雷达测速扩展方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：雷达发射机的发射天线分别在扫描位置一和扫描位置二交替发射同一扫频周期为T的线性调频连续波信号；S2：对于位于雷达的方向，距离为R处，速度为v的目标，首先采集M个扫描位置一的数据一，以及M个扫描位置二的数据二；S3：对每路接收到的回波信号都消除数据一和数据二相位上由天线方向指向变化引起的常量相位差；S4：通过二维FFT进行相参积累处理；S5：对目标进行恒虚警CFAR检测；S6：根据数据一和数据二各自的二维FFT后的距离速度频谱上的相位差，进行速度解模糊。2.根据权利要求1所述基于比幅测角模式的锯齿波雷达测速扩展方法，其特征在于：对于位于雷达的方向，距离为R处，速度为v的目标，雷达在t时刻接收到的来自扫描位置一的远场包络信号表示为：其中，x
k
(t)是天线单元k的输入包络信号，是天线单元k的方向图，是天线单元k的在方向的时延，N天线阵列的数目；雷达在经过一个扫频周期后，即t+T时刻接收到的来自扫描位置二的远场包络信号表示为：3.根据权利要求2所述基于比幅测角模式的锯齿波雷达测速扩展方法，其特征在于：步骤S3中所述数据一和数据二相位上由天线方向指向变化引起的常量相位差Δ1为：其中，Δ(k)为第k个阵元信号的相位，消除常量相位差Δ1后，扫描位置一和扫描位置二的相位差异仅包含速度扩展。4.根据权利要求1所述基于比幅测角模式的锯齿波雷达测速扩展方法，其特征在于：最大无模糊速度为λ/2T。5.根据权利要求1所述基于比幅测角模式的锯齿波雷达测速扩展方法，其特征在于：步骤S4具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学军，马媛媛，申炎，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：