伪随机序列在探地雷达应用中回波数据预处理方法技术

本发明专利技术一种伪随机序列在探地雷达应用中回波数据预处理方法，涉及微波探测技术，包括，将长伪随机序列按照探地雷达的作用盲区分组；探地雷达发射时依次发送一个分组的伪随机序列；在每个发射周期内对回波数据进行预处理，融合各发送分组的回波数据，形成可用于成像处理的完整的回波数据。本发明专利技术方法克服了目前处理方法无法实现的超长伪随机序列在探地雷达中的应用，解决了目前处理方法作用盲区大的问题，有效地提高了探地雷达系统动态范围、增大了探地雷达的探测距离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超宽带微波探测
，特别是一种对超长伪随机序列发射、接收以及回波数据预处理的方法。
技术介绍
根据雷达分辨理论，为了提高探地雷达的测距精度和距离分辨力，要求信号具有 大的带宽。为了提高探地雷达的探测深度，要求信号具有大的能量。在系统的发射和馈电 设备峰值功率受限的情况下，大的信号能量只能靠增加信号的时宽来得到。所以，为了提高 探地雷达的探地深度、测量精度和分辨能力，要求信号具有大的带宽、时宽、能量乘积。单载 频脉冲信号的时宽和带宽乘积接近于l，大的时宽和带宽不可兼得，因此需要采用具有大时 宽带宽积的脉冲压縮信号。 伪随机序列是脉冲压縮信号的一种，是将宽度为T的长脉冲分成N个宽度为t的 子脉冲。子脉冲的相位可以有多种调制方法，如果相位的取值只限于取O、 Ji两个数值，则 称此编码信号为二相编码信号。如果相位的取值可以取两个以上的数值。则称多相编码信 号。这种信号的主要特点是模糊函数大多呈近似图钉型，尖峰周围有均匀的非零基台；带 宽为子码元时宽t的倒数，时宽带宽乘积为码长N;当码长N远大于1时，自相关函数的峰值主旁瓣比趋近于# 。所以采用长的伪随机序列，在不降低分辨率的情况下就能得到大的 时宽带宽积的脉冲压縮信号，可以提高发射功率，提高系统动态范围，增大探地雷达的探测 距离。 伪随机序列要调制到一定的载波频率上发射，因为电磁波在地表下传输会有能量 损耗，并且损耗与电磁波的频率成正比。在探地雷达中，为了获得大的探测深度，一般在分 辨率满足要求的情况下，尽可能选择低的工作频率。 探地雷达的工作流程一般是按照脉冲工作的，即发射信号以脉冲形式发射，发射 和接收交替进行，在发射时间Tt内，接收机由于直达波的影响以及出于安全考虑而选择不 接收，因此如果发射Tt持续时间较长，则对应的雷达的作用盲区越大。 由上述阐述可知，为了达到很深的探测距离，需要发射很长的伪随机序列，并且采 用较低的载频，但因此会带来很大的雷达工作盲区，甚至于无法实现。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术人提出一种可以采用超长的伪随机序列，并且不增大探地 雷达的工作盲区的处理方法。本专利技术的主要目的在于提出一种在改变目前探地雷达工作 流程的基础上，对回波数据的预处理方法，将超长伪随机序列应用于探地雷达，扩大探地雷 达的系统动态范围、提高探地雷达的探测深度，并且不以提高雷达的峰值功率和增大雷达 的工作盲区为代价。本专利技术的目的是由以下技术途径实现的 —种，其特征在于，包括 步骤A)序列分组，将长度为N的伪随机序列分成m组长度为n的子序列(N、 m、 n 为整数)，伪随机序列的长度时指伪随机系列所包含的子码个数； 步骤B)分组发射，每个脉冲重复周期发射一组包含n个子码的子序列，m个脉冲 重复周期完成一个长伪随机序列的发射；(因为步骤A)中共有m组子序列，一个脉冲重复 周期只发射一组，所以需要m个脉冲重复周期，此处m与步骤A)中的m相同，表示同样大小 的一个数) 步骤C)回波数据预处理，对回波数据进行预处理，获得用于成像处理的完整的回 波数据。 所述的处理方法，其所述步骤A)序列分组，包括 步骤Al :根据雷达系统对工作盲区的要求，确定最大发射脉冲宽度Tt ; 步骤A2 :最大发射脉冲宽度Tt除以每个子码调制的载波周期数nl与载波周期t c的积，获得最大发射脉冲宽度包含的子码个数n ; 步骤A3 :长伪随机序列长度N除以每个子序列长度n，获得发射完一个长度为N的 伪随机序列需要的脉冲重复周期个数m。 所述的处理方法，其所述步骤B)分组发射，是在雷达控制单元控制下，从第一组 子码序列开始依次发射长度为n的子码序列，m个脉冲重复周期之后，再从第一组子码序列 开始循环发射。 所述的处理方法，其所述步骤C)回波数据预处理，包括 步骤CI :对每个脉冲重复周期A/D采样后的回波数据在数据形成过程增加脉冲标 识，脉冲标识从1至m重复标记；(因为共需要m个脉冲重复周期发射，所有共有m个脉冲 重复周期的回波数据，此处m与步骤A)中的m相同，表示同样大小的一个数) 步骤C2 :按照数据位数和所需要的数据积累次数，确定每个脉冲重复周期以及最 终输出回波数据的缓存宽度和深度； 步骤C3 :每个脉冲重复周期的回波数据滤除系统当前的噪声电平； 步骤C4:每个脉冲重复周期的回波数据向后移位与前一个脉冲重复周期的回波 数据融合；完成m-l次数据融合后，获得用于成像处理的完整的一帧回波数据。(此处m与 步骤A)中的m相同，表示同样大小的一个数) 步骤C5 :对经过上述预处理的一帧回波数据增加帧标识； 所述的处理方法，其所述增加脉冲标识，是对每一个脉冲重复周期的回波数据增 加脉冲标识，用于后续数据的积累。 所述的处理方法，其所述回波数据的缓存宽度和深度，是为了防止积累过程中数据溢出，并且尽量减少占用的资源而合理地扩大每个数据的位宽及深度。 所述的处理方法，其所述每个脉冲重复周期的回波数据向后移位的个数L为子序列的长度n、每个子码调制的载波周期数nl、载波周期t 。以及雷达系统采样率fs的乘积，即L = nXnlX t cXfs。 所述的处理方法，其所述回波数据滤除系统噪声电平，包含雷达系统热噪声、量化 噪声以及当前环境噪声的噪声电平的综合结果，滤除系统噪声电平的过程为回波数据减去 噪声数据电平。 所述的处理方法，其所述帧标识，用于成像处理过程，对于预处理后可用于成像处理的一帧回波数据增加帧标识，帧标识具有明显不同与回波数据的特点。 所述的处理方法，其系统当前噪声电平的求解，包括 步骤D1 :在探地雷达系统零输入的情况下录取系统噪声数据，包含系统热噪声、 量化噪声以及当前环境噪声的噪声来源； 步骤D2 :对噪声数据进行频谱分析，滤除突发性的干扰噪声； 步骤D3 :求取噪声数据的幅度和幅度均值，并转化为噪声数据电平。 本专利技术的有益效果是在采用了一种分组发射、分组接收的雷达工作流程的基础上，对接收的回波数据采用了预处理算法，得到了可用于成像处理的完整的回波数据，如果采用目前探地雷达完全发射接收的工作流程，将由于工作盲区太大而无法应用超长伪随机序列，即使采用了分组发射、分组接收的雷达工作方法，如果不采用本专利技术中的回波信号预处理方法，也不能得到正确的结果。本专利技术使得超长伪随机序列应用在探地雷达中成为可能，可以克服采用目前处理方法无法实现以及作用盲区大的问题，有效地扩大了探地雷达的动态范围，可以在相同的发射功率下比目前探地雷达获得更大的探测距离，并且没有引起雷达工作盲区的增加。附图说明 图1. 1是目前探地雷达工作流程图。 图1. 2是本专利技术超长伪随机序列探地雷达工作流程图。 图2是本专利技术中回波数据预处理算法的示意图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便 于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。 图1. 1为目前探地雷达工作流程图，图1. 2为本专利技术超长伪随机序列探地雷达工 作流程图，其中，实线框表示相同处理方式，虚线框表示不同处理方式。 如图1. l和图1. 2所示对于伪随机序列，尤其是超长伪随机序列应用到探地雷达 时，雷达工作流程区别于目前探地雷达的工作流程，本专利技术采用将伪随机序列，特别是超长 伪随机序列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种伪随机序列在探地雷达应用中回波数据预处理方法，其特征在于，包括：步骤Ａ）序列分组，将长度为Ｎ的伪随机序列分成ｍ组长度为ｎ的子序列，伪随机序列的长度是指伪随机序列所包含的子码个数，其中，Ｎ、ｍ、ｎ为自然数整数；步骤Ｂ）分组发射，每个脉冲重复周期发射一组包含ｎ个子码的子序列，ｍ个脉冲重复周期完成一个长伪随机序列的发射；步骤Ｃ）回波数据预处理，对回波数据进行预处理，获得用于成像处理的完整的回波数据。

【技术特征摘要】
一种伪随机序列在探地雷达应用中回波数据预处理方法，其特征在于，包括步骤A)序列分组，将长度为N的伪随机序列分成m组长度为n的子序列，伪随机序列的长度是指伪随机序列所包含的子码个数，其中，N、m、n为自然数整数；步骤B)分组发射，每个脉冲重复周期发射一组包含n个子码的子序列，m个脉冲重复周期完成一个长伪随机序列的发射；步骤C)回波数据预处理，对回波数据进行预处理，获得用于成像处理的完整的回波数据。2. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于所述步骤A)序列分组，包括步骤A1 :根据雷达系统对工作盲区的要求，确定最大发射脉冲宽度Tt ;步骤A2 :最大发射脉冲宽度Tt除以每个子码调制的载波周期数nl与载波周期t 。的 积，获得最大发射脉冲宽度包含的子码个数n ;步骤A3 :长伪随机序列长度N除以每个子序列长度n，获得发射完一个长度为N的伪随 机序列需要的脉冲重复周期个数m。3. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于所述步骤B)分组发射，是在雷达控 制单元控制下，从第一组子码序列开始依次发射长度为n的子码序列，m个脉冲重复周期之 后，再从第一组子码序列开始循环发射。4. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于所述步骤C)回波数据预处理，包括 步骤CI :对每个脉冲重复周期A/D采样后的回波数据在数据形成过程增加脉冲标识，脉冲标识从1至m重复标记；步骤C2 :按照数据位数和所需要的数据积累次数，确定每个脉冲重复周期以及最终输 出回波数据的缓存宽度和深度；步骤C3 :每个脉冲重复周期的回波数据滤除系统当前的噪声电平；步骤C4:每个脉冲重...

【专利技术属性】
技术研发人员：张群英，方广有，尹肖飞，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]