基于TDR的雷达定位测距方法技术

本发明专利技术涉及雷达测距领域，公开了基于TDR的雷达定位测距方法。该方法通过计算探测信号和反射信号之间的时延实现雷达定位测距；分别计算所述探测信号和所述反射信号的自相关信号，并对所述自相关信号进行采样；通过计算所述探测信号的误差函数Γ(s)和所述反射信号的自相关信号的误差函数E(k)，求解分别满足偏微分方程为0时的拟合向量s和k的大小，以求解雷达定位测距大小。与现有技术相比，本发明专利技术公开的基于TDR的雷达定位测距方法，提高了雷达定位测距精度。位测距精度。

【技术实现步骤摘要】
基于TDR的雷达定位测距方法


[0001]本专利技术涉及雷达测距领域，尤其涉及基于TDR的雷达定位测距方法。

技术介绍

[0002]雷达，全称为无线电探测和测距，顾名思义，雷达是一种通过无线电发射和接受来对观测场景进行探测的工具。由于雷达具备抵抗自然不良天气状况等可以实现全天候观测的优点，因此受到了学术界和工业界的非常重视，经过近几十年的加速发展时期，通过现代雷达体制对场景进行观测可以得到目标的极化、空域位置、方位和高度、距离、径向速度等多种复合信息。雷达不仅广泛装备于军用设备应用，同时在民用领域也得到了广泛使用，发挥着推动经济发展、助力自动驾驶、保障农业生产等广泛作用。
[0003]雷达实现定位测距，通常采用时域反射法（TDR），即通过计算探测信号和反射信号之间的时延来实现雷达定位测距。因此，测量探测信号和反射信号之间的时延，对于雷达定位测距精度来说非常关键。在现有技术中，通常是通过比对探测信号和反射信号的峰值点以计算时延；然而，该方法易受波形畸变、采样时钟抖动、信道干扰等因素的影响，使得所比对的峰值点并不是实际的峰值点，从而造成延时测量误差，导致雷达定位测距产生误差。进一步，在现有技术中，雷达定位测距所发射的探测信号通常是窄带脉冲调制信号或连续载波信号，该体制信号的抗干扰能力较弱，难以适应复杂电磁环境，尤其是随着雷达理论和技术的发展以及现代应用电磁环境条件日益复杂，现有体制雷达探测信号易被干扰、截获，导致探测信号易发生畸变，难以捕获探测信号和反射信号的真正峰值点，使定位测距误差加大，难以满足现代应用要求。
[0004]因此，如何提高雷达的定位测距精度，增强抗干扰能力，是雷达探测领域需要解决的难点问题。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于TDR的雷达定位测距方法，以提高雷达定位测距精度，增强探测信号抗畸变能力。
[0006]技术方案：为实现上述目的，本专利技术公开的一种基于TDR的雷达定位测距方法，包括以下步骤：步骤一：分别计算探测信号的自相关信号和反射信号的自相关信号，并分别对探测信号的自相关信号和反射信号的自相关信号进行采样；用矩阵X表示所述探测信号的自相关信号的样本矩阵，如下公式一所示；用向量Y表示所述探测信号的自相关信号的样本向量，如下公式二所示；用矩阵P表示所述反射信号的自相关信号的样本矩阵，如下公式三所示；用向量Q表示所述反射信号的自相关信号的样本向量，如下公式四所示；
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公式一 公式二
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公式三公式四公式一中，表示所述探测信号的自相关信号的第i个采样数据的采样时间点，表示所述探测信号的自相关信号的第i个采样数据的采样间隔时间；公式二中，表示所述探测信号的自相关信号的第i个幅值；公式三中，表示所述反射信号的自相关信号的第i个采样数据的采样时间点，表示所述反射信号的自相关信号的第i个采样数据的采样间隔时间；公式四中，表示所述反射信号的自相关信号的第i个幅值；N为采样数据的个数。
[0007]步骤二：计算所述探测信号的自相关信号的误差函数，如下公式五所示；计算所述反射信号的自相关信号的误差函数，如下公式六所示，求解使所述误差函数满足时的拟合向量以及使误差函数满足时的拟合向量；
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公式五公式五中，s表示拟合向量且，s0，s1，s2分别表示拟合向量s的第1个元素、第2个元素和第3个元素；
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公式六公式六中，k表示拟合向量且，k0，k1，k2分别表示拟合向量k的第1个元素、第2个元素和第3个元素；步骤三：计算雷达定位测距大小d，如公式七所示，其中v为电磁波的传播速度，τ为时延且τ如公式八所示，其中s0，s1，s2，k0，k1，k2为步骤二中求解得到的值；
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公式七
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公式八优选地，使所述误差函数满足时的拟合向量的计算方法如公式九所示；
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公式九其中，上标T表示矩阵转置，上标
‑
1表示矩阵的逆。
[0008]优选地，使所述误差函数满足时的拟合向量的计算方法如公式十所示；
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公式十其中，上标T表示矩阵转置，上标
‑
1表示矩阵的逆。
[0009]优选地，所述探测信号为宽带探测信号，所述宽带探测信号为：，其中，r(t)为成形脉冲，δ为所述成形脉冲r(t)的时间宽度，c
j
为码片个数为N的伪随机序列的第j个码片幅值，T
s
为宽带探测信号的重复周期时间，i表示第i个重复周期，f
c
表示宽带探测信号的载波频率，f
m
表示宽带探测信号的调制频率，B表示宽带探测信号调制的频偏范围。
[0010]优选地，所述成形脉冲r(t)为高斯脉冲。
[0011]与现有技术相比，本专利技术公开的一种基于TDR的雷达定位测距方法，至少具有以下技术效果：（1）提高了定位测距精度。
[0012]在现有技术中，通常是通过直接比对探测信号和反射信号的峰值点以计算传输时延得到定位距离；然而，该方法易受波形畸变、采样时钟抖动、信道干扰等因素的影响，使得所比对的峰值点并不是真正的峰值点，从而造成延时测量误差，导致雷达定位测距产生误差。而在本专利技术所公开的技术方案中，先通过求解探测信号和反射信号的自相关信号，降低比对信号时峰值捕获的难度；再通过对自相关信号采样、构建误差函数，采用矩阵运算的方式求解当误差函数等于零时的离散拟合等式的拟合向量值；最后再由探测信号的拟合向量值和反射信号的拟合向量值计算得到时延和定位距离。本专利技术所公开的技术方案，采用数值计算的方式，能够准确捕获探测信号和反射信号的自相关信号的峰值点，该方法受采样时钟抖动、波形畸变的影响较小。因此，相对于现有技术来说，本专利技术所公开的技术方案，提高了雷达定位测距的精度。
[0013]（2）提高了波形抗畸变能力。
[0014]在现有技术中，雷达定位测距所发射的探测信号通常是窄带脉冲调制信号或连续载波信号，该体制信号的抗干扰能力较弱，难以适应复杂电磁环境，尤其是随着雷达理论和技术的发展以及现代应用电磁环境条件日益复杂，现有体制雷达探测信号易被干扰、截获，导致探测信号易发生畸变，难以捕获探测信号和反射信号的真正峰值点，使定位测距误差加大。而在本专利技术所公开的技术方案中，雷达所发射的探测信号是正弦波调制宽带探测信号，采用高斯脉冲作为成形脉冲，改变传统矩形成形脉冲能量聚集性差的问题，提高了探测信号的功率效率，降低了因天线滤波等带通器件所带来的波形畸变；进一步，为了提高探测信号在信道传输过程中的可靠性，采用具有良好自相关特性的伪随机序列，将所述宽带探测信号的能量扩展本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TDR的雷达定位测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：分别计算探测信号的自相关信号和反射信号的自相关信号，并分别对探测信号的自相关信号和反射信号的自相关信号进行采样；用矩阵X表示所述探测信号的自相关信号的样本矩阵，如下公式一所示；用向量Y表示所述探测信号的自相关信号的样本向量，如下公式二所示；用矩阵P表示所述反射信号的自相关信号的样本矩阵，如下公式三所示；用向量Q表示所述反射信号的自相关信号的样本向量，如下公式四所示；
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公式一 公式二
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公式三 公式四公式一中，表示所述探测信号的自相关信号的第i个采样数据的采样时间点，表示所述探测信号的自相关信号的第i个采样数据的采样间隔时间；公式二中，表示所述探测信号的自相关信号的第i个幅值；公式三中，表示所述反射信号的自相关信号的第i个采样数据的采样时间点，表示所述反射信号的自相关信号的第i个采样数据的采样间隔时间；公式四中，表示所述反射信号的自相关信号的第i个幅值；N为采样数据的个数；步骤二：计算所述探测信号的自相关信号的误差函数，如下公式五所示；计算所述反射信号的自相关信号的误差函数，如下公式六所示，求解使所述误差函数满足时的拟合向量以及使误差函数满足时的拟合向量；
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公式五公式五中，s表示拟合向量且，s0，s1，s2分别表示拟合向量s的第1个元素、第2个元素和第3个元素；
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公式六公式六中，k表示拟合向量且，k0，k1，k2分别表示拟合向量k的第1个元素、第2个...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈智谋，
申请(专利权)人：烟台初心航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：