本发明专利技术公开一种适合于高速运动目标线性调频回波信号的多通道扩展脉冲压缩方案，所述线性调频信号通常具有较大的时宽带宽积。本发明专利技术首先对回波信号做快速Fourier变换(FFT)，得到回波频谱；接着，根据不同的目标径向速度构造多速度通道参考谱，该参考谱可预先存储，也可通过实时计算生成；然后，在各速度通道中对回波基带谱做Doppler平移，将平移谱同参考谱相乘后进行快速Fourier逆(IFFT)变换，得到相应的脉压结果，从而进行相应的目标检测处理。本处理方案的通道数可根据容许的脉压损失进行灵活设置，对于长程雷达以及声呐应用而言，可在非常小的脉压损失下，以较小的运算量实现对高速运动的匀速或匀加速目标回波的有效脉冲压缩。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水声及雷达技术应用领域，更具体地，本专利技术涉及一种适用于对高速运动目标观测的大时宽带宽积线性调频信号的脉冲压缩技术。
技术介绍
在声呐和雷达应用中，通常可通过处理发射信号的回波时延和Doppler偏移来获取目标相对于雷达的距离和径向速度信息。一般说来，发射信号的时宽越小，测距精度越高。但是，要得到较高的测速精度，需要信号的时宽较大。另外，对于长程观测应用而言，需要采用长脉冲来获取足够的发射能量，以检测远距离上的小目标。为解决上述矛盾，一般采用调频或调相的波形。这样，一方面可通过增加长脉冲的频谱宽度，获得短脉冲所能达到的测距分辨率；另一方面，长脉冲可望带来较高的多普勒测量精度，并保证观测的作用距离。 而要达到上述目的，对长脉冲信号回波能量进行积累的脉冲压缩技术成为关键。声呐和雷达观测中经常遇到的是非合作的运动目标，目标的回波信号不仅包含目标距离带来的延迟信息，还包含目标径向运动对回波的调制作用。对于一般应用而言，目标径向运动对回波的调制作用体现在回波信号中的多普勒频率偏移，对发射波形相位结构的影响通常忽略；然而，对于高速运动目标而言，则需要考虑回波的尺度效应带来的波形相位结构特征变化，如果不能克服这样的相位调制的影响，则会带来脉压能量的损耗，不利于对目标的检测。已有的研究表明，若发射信号时宽为τρ，调制带宽为B，则若目标径向速度ν,远远小于cA2BTp)时(其中c为载波在媒介中传播速度，对雷达应用而言约为300 OOOOOOm/ s，对水声应用而言通常近似为1500m/s)，可忽略目标运动带来的回波尺度效应影响。由于线性调频(Linear Frequency Modulated, LFM)信号具有优良的多普勒容限性能，因而是最常用的脉压波形之一。目前存在很多采用长脉冲线性调频信号的雷达系统， 主要用于卫星或弹道导弹等高速运动目标的搜索和跟踪。如美国的“铺路爪”，发射脉冲可长达16ms，信号带宽达^MHz ；又如美国麻省理工学院的Lincoln实验室开发的远距离成像雷达，可发射脉冲宽度长达50ms，带宽为IOMHz的线性调频信号对空间目标进行检测和跟踪。可见，对于远程雷达观测应用而言，设计的信号时宽带宽积一般可达1.0e5的级别。另一方面，高速运动目标如卫星、弹道导弹等相对于雷达站的径向速度能达到1 7km/s。而对于水声应用而言，发射信号的时宽带宽积通常可达几百的数量级，而目标的速度通常也能达到20m/s左右的数量级。显然，如果此时还忽略回波尺度效应的影响，必将带来脉压幅度的损失，影响后续的目标检测性能。对高速运动目标的LFM回波信号处理问题，S Kramer分析了 LFM对高速运动目标速度和加速度的多普勒容限能力，L G Weiss提出采用小波和宽带相关处理的方法处理回波的尺度效应。另外，Qu Jin等研究了采用宽带模糊函数来同时估计回波延迟和多普勒尺度因子的Cramer-Rao下界等问题，但该方法运算量太大，不适于实际应用。另外，叶春茂等提出过一种扩展脉压处理的方案，但是该方法不能应对回波尺度效应对基带信号的影响。有鉴于此，本专利提出一种多通道扩展的LFM回波脉压技术。相对于传统的LFM回4波脉压技术，该方法能有效缓解多普勒脉压损失。同时，该方法不仅可用于勻速运动目标， 而且可用于勻加速运动目标的回波处理。更重要的是，该方法的计算量较小，非常适合实际应用的需要。
技术实现思路
当传感器采用具有大时宽带宽积的LFM信号时，本专利技术提出一种基于多通道扩展处理的脉冲压缩方案，从而可有效克服目标径向运动带来的脉压损失，并给定通道数的确定方法。本专利技术提出的一种针对LFM信号高速运动目标回波脉冲压缩的多通道处理方案包含如下方面步骤10)、对相参接收的回波信号进行I/Q双通道采样，得到基带数字化回波信号；步骤20)、对基带回波信号进行快速Rmrier变换(FFT)，获得基带信号的频谱；步骤30)、根据不同的目标径向速度生成参考频谱修正函数，并根据脉压旁瓣要求进行频域加窗。通道参考谱可预先生成存储，也可以通过实时计算产生；步骤40)、在不同速度通道中对回波谱进行Doppler搬移，然后同该通道的参考谱相乘，并进行快速Rnirier逆变换，得到各个速度通道的脉压结果；步骤50)、在各速度通道中检测目标，并对目标检测点迹结果做综合。其中，步骤10)中，假设雷达发射线性调频信号，可表示为S (t) = g (t) exp (j2 π fct)其中，f。为载波频率，g(t)= rect(t/Tp)exp(jJi y t2)为基带信号，rect ()为单位门信号，Tp为脉冲宽度，、为信号调频率。在步骤10)中，假设在脉冲宽度内目标为勻加速运动，目标的初始距离、速度和恒定加速度分别为r。，^及α，则经过相参接收之后的高速运动目标的回波表示为sr (t) = g ( δ cm (t- τ o) - η a (t- τ o)2) exp (-j2 ^ fc τ o) · exp (-j2 π fd (t- τ o)) exp (-j2 3ifcna(t-xo)2)表达式中，τ。= 2r0/c为目标的初始距离对应的时延，δ rm = 2vr/c为目标的相对速度因子，δ。ω= 1-δ。ω为回波的尺度压缩因子，Ila= 0/(；为加速度因子，4 = 151111 = 2νΓ/λ为目标的多普勒偏移，c为载波在媒介中传播速度。在步骤20)中，对于采用的LFM信号，根据驻留相位原理，在忽略恒定幅度项和相位项之后，可以得到基带回波信号的频谱为 &(/) rect{^-γΑexp 一作(/ + Λ) exp{-jln(fc+f)r0)\yf^m >其中，4=之-2/几/,。可见，回波信号谱包络相对参考信号的谱包络有一个偏移，其偏移量为目标的多普勒频率fd。另外还可以看出，尽管接收信号依然可视作线性调频信号，但是调频率已经发生变化，该变化量由目标径向速度和加速度决定。如果采用传统线性调频信号的脉压方式进行脉压，则相位失配也会带来脉压损失。权利要求1.一种针对大时宽带宽积线性调频信号回波的多速度通道扩展脉冲压缩方法，包括 步骤10)、对接收数据进行相参接收，得到基带回波信号，并通过正交双通道(I/Q)采样得到基带数字信号，步骤20)、对基带回波信号进行快速Rmrier变换，得到目标的基带回波谱， 步骤30)、设置多速度通道进行脉冲压缩，根据不同的通道速度构造相应的脉压参考谱。步骤40)、对各通道回波基带谱做Doppler平移，并与参考谱相乘，然后通过快速 Fourier逆变换，得到相应的脉压结果，步骤50)、在各通道中进行目标的检测处理。2.权利要求1的方法，其中，步骤20)中，所针对的目标为相对雷达存在勻加速径向运动的目标，在发射脉冲的中心时刻，目标初始距离、速度和加速度分别为r。，、和α。3.权利要求1的方法，其中步骤20)中，对于发射的线性调频信号，所述的目标回波为4.权利要求1的方法，其中，步骤20)中，经过快速Rmrier变换后得到的目标基带回波信号频谱为(忽略恒定幅度和相位项)5.权利要求1的方法，其中，步骤30)中，对速度通道vm，相应的脉压参考谱为6.权利要求1的方法，其中步骤30)中，对于速度通道m，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：叶春茂，
申请(专利权)人：叶春茂，
类型：发明
国别省市：
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