阅读说明：本技术 基于波形捷变天基雷达目标及杂波距离解模糊方法及系统 (Based on waveform agile space based radar target and clutter range ambiguity resolving method and system ) 是由 王伟伟 杨晓超 朱江 段崇棣 李渝 黎薇萍 范一飞 李奇 于 2019-07-23 设计创作，主要内容包括：基于波形捷变天基雷达目标及杂波距离解模糊方法及系统,属于雷达技术领域。本发明针对高速目标探测的距离杂波模糊和目标测距模糊问题,提出波形捷变的天基雷达目标及杂波距离解模糊方法,雷达通过发射脉间正交波形信号,在接收回波利用发射的正交波形按照特定的次序进行逐次匹配滤波,实现不同模糊区的雷达回波分离,在有效提升信杂比的同时,完成目标的距离解模糊。(Based on waveform agile space based radar target and clutter range ambiguity resolving method and system, belong to Radar Technology field.The present invention is for high-speed target detection apart from clutterambiguity and object ranging fuzzy problem, it is proposed the space based radar target and clutter range ambiguity resolving method of waveform agile, radar passes through orthogonal waveforms signal between transmitting arteries and veins, gradually matched filtering is carried out according to specific order in the orthogonal waveforms for being received back Pohle transmitting, realize the radar return separation of different confusion regions, while effectively promoting signal to noise ratio, the range ambiguity resolving of target is completed.)

基于波形捷变天基雷达目标及杂波距离解模糊方法及系统

技术领域

本发明涉及基于波形捷变天基雷达目标及杂波距离解模糊方法及系统，属于雷达技术领域。

背景技术

目前尚无在轨运行的天基预警雷达，公开文献资料中的天基预警雷达相关资料主要集中在天基预警雷达概念体制研究、杂波分析及抑制等几个方面，尚无天基雷达目标和杂波距离解模糊的专门研究和报道。

对于目前机载/地基雷达而言，目前的目标距离解模糊方法主要采用多重频组设计，雷达发射多个不同重频的脉冲串，利用“重合法”或者“中国余数定理”方法进行距离解模糊。对于杂波模糊，主要基于俯仰波束形成的方式进行解模糊处理，或者完全依赖于良好的杂波抑制性能进行模糊杂波抑制。

对于天基雷达采用多重频组进行距离解模糊，当目标速度范围较大或者卫星轨道较高时，一次波束驻留需要设计数目较多的重频组，会影响雷达大范围搜索扫描的效率。而对于杂波距离模糊，利用俯仰波束形成的方式进行解模糊处理需要极大的俯仰维天线尺寸(几十米以上)，在工程上难以实现，此时由于输入杂波强度的增大会极大影响雷达目标检测性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了基于波形捷变天基雷达目标及杂波距离解模糊方法及系统，针对现有天基预警雷达系统杂波距离模糊和目标测距模糊问题，有效实现杂波距离解模糊，提高系统输入信杂比；同时无需多重频组设计就可实现目标距离解模糊，极大提高了雷达搜索效率，具有良好的实用性。

本发明的技术解决方案是：基于波形捷变天基雷达目标及杂波距离解模糊方法，包括如下步骤：

计算雷达波束覆盖区域的最近距离Rmin和最远距离Rmax；

根据所述最近距离Rmin和最远距离Rmax计算主瓣模糊次数N；

控制雷达发射N个带宽相同，波形相互正交的雷达信号S_i(t)，i＝1,2,…,N；

接收雷达脉冲的回波，根据匹配滤波器次序对每个回波分别进行匹配滤波脉冲压缩处理，得到由近到远N个不同模糊区的回波数据；

分别对N个模糊区的回波数据进行杂波抑制、恒虚警检测，完成目标及杂波距离解模糊；若目标在第m个模糊区被检测到，则目标就处于第m个模糊区，m＝1,2,…,N。

进一步地，所述雷达波束覆盖区域的最近距离Rmin和最远距离Rmax分别为： 其中，R为天基雷达轨道高度，H为地球半径，θ为雷达俯仰波束宽度，α为雷达波束中心下视角。

进一步地，所述主瓣模糊次数N为大于的最小整数，PRF为天基雷达的脉冲重复频率。

进一步地，所述雷达信号S_i(t)满足：∫S_i(t)^*S_j(t)^*dt＝0,i≠j，i和j均为正整数。

进一步地，所述匹配滤波器次序为：

第1模糊区：S₁(t),S₂(t),…,S_N-1(t),S_N(t),S₁(t),S₂(t),…,S_N-1(t),S_N(t),…

第2模糊区：S₂(t),S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),S₂(t),S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),…

第3模糊区：S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),S₂(t),S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),S₂(t),…

…

第N模糊区：S_N(t),S₁(t)…,S_N-2(t),S_N-1(t),S_N(t),S₁(t)…,S_N-2(t),S_N-1(t),…。

基于波形捷变天基雷达目标及杂波距离解模糊系统，包括

第一模块，计算雷达波束覆盖区域的最近距离Rmin和最远距离Rmax；

第二模块，根据所述最近距离Rmin和最远距离Rmax计算主瓣模糊次数N；

第三模块，控制雷达发射N个带宽相同，波形相互正交的雷达信号S_i(t)，i＝1,2,…,N；

第四模块，接收雷达脉冲的回波，根据匹配滤波器次序对每个回波分别进行匹配滤波脉冲压缩处理，得到由近到远N个不同模糊区的回波数据；

第五模块，分别对N个模糊区的回波数据进行杂波抑制、恒虚警检测，完成目标及杂波距离解模糊；若目标在第m个模糊区被检测到，则目标就处于第m个模糊区，m＝1,2,…,N。

进一步地，所述雷达波束覆盖区域的最近距离Rmin和最远距离Rmax分别为： 其中，R为天基雷达轨道高度，H为地球半径，θ为雷达俯仰波束宽度，α为雷达波束中心下视角。

进一步地，所述主瓣模糊次数N为大于的最小整数，PRF为天基雷达的脉冲重复频率。

进一步地，所述雷达信号S_i(t)满足：∫S_i(t)^*S_j(t)^*dt＝0,i≠j，i和j均为正整数。

进一步地，所述匹配滤波器次序为：

第1模糊区：S₁(t),S₂(t),…,S_N-1(t),S_N(t),S₁(t),S₂(t),…,S_N-1(t),S_N(t),…

第2模糊区：S₂(t),S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),S₂(t),S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),…

第3模糊区：S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),S₂(t),S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),S₂(t),…

…

第N模糊区：S_N(t),S₁(t)…,S_N-2(t),S_N-1(t),S_N(t),S₁(t)…,S_N-2(t),S_N-1(t),…。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明克服现有方法距离杂波模糊的问题，实现了对距离模糊杂波的分离，极大降低了输入杂波的强度，从而提升了系统杂波抑制性能；

(2)本发明克服传统多重频组设计方法重频设计复杂，填充时间长，搜索效率低，通过单重频直接实现了距离解模糊，实用性强。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

具体实施方式

基于波形捷变天基雷达目标及杂波距离解模糊方法，如图1。

步骤1根据轨道高度H、地球半径为R，雷达俯仰波束宽度θ、雷达波束中心下视角为α，计算雷达波束覆盖区域的最近距离Rmin和最远距离Rmax：

步骤2假设雷达系统拟采用脉冲重复频率为PRF，计算主瓣模糊次数N，易知，N为大于的最小整数，此时雷达距离向存在N个模糊区。。

步骤3雷达发射N个带宽相同，波形相互正交的雷达信号S_i(t)，i＝1,2,…,N，

其中∫S_i(t)^*S_j(t)^*dt＝0,i≠j。

步骤4假设雷达一次相参积累时间内共发射M个脉冲，则接收M次回波数据，则对M次回波分别采用以下匹配滤波器次序进行匹配滤波脉冲压缩处理，可以获得由近到远N个不同模糊区的目标和杂波数据，匹配滤波器次序如下：

第1模糊区：S₁(t),S₂(t),…,S_N-1(t),S_N(t),S₁(t),S₂(t),…,S_N-1(t),S_N(t),…

第2模糊区：S₂(t),S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),S₂(t),S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),…

第3模糊区：S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),S₂(t),S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),S₂(t),…

…

第N模糊区：S_N(t),S₁(t)…,S_N-2(t),S_N-1(t),S_N(t),S₁(t)…,S_N-2(t),S_N-1(t),…

由上面可以看出，实际上第i，i＝1,2,…,N个模糊区的匹配滤波器次序是第一个模糊区次序逆时针循环移位i次的结果。

步骤5通过步骤4已经完成不同模糊区的目标和杂波信号的分离，然后分别对N个模糊区的回波数据进行杂波抑制、恒虚警检测等后续信号处理，假设目标在第m，m＝1,2,…,N个模糊区被检测到，则目标就处于第m个模糊区。

基于波形捷变天基雷达目标及杂波距离解模糊系统，包括

第一模块，计算雷达波束覆盖区域的最近距离Rmin和最远距离Rmax；

第二模块，根据所述最近距离Rmin和最远距离Rmax计算主瓣模糊次数N；

第三模块，控制雷达发射N个带宽相同，波形相互正交的雷达信号S_i(t)，i＝1,2,…,N；

第四模块，接收雷达脉冲的回波，根据匹配滤波器次序对每个回波分别进行匹配滤波脉冲压缩处理，得到由近到远N个不同模糊区的回波数据；

第五模块，分别对N个模糊区的回波数据进行杂波抑制、恒虚警检测，完成目标及杂波距离解模糊；若目标在第m个模糊区被检测到，则目标就处于第m个模糊区，m＝1,2,…,N。

所述雷达波束覆盖区域的最近距离Rmin和最远距离Rmax分别为： 其中，R为天基雷达轨道高度，H为地球半径，θ为雷达俯仰波束宽度，α为雷达波束中心下视角。

所述主瓣模糊次数N为大于的最小整数，PRF为天基雷达的脉冲重复频率。

所述雷达信号S_i(t)满足：∫S_i(t)^*S_j(t)^*dt＝0,i≠j，i和j均为正整数。

所述匹配滤波器次序为：

第1模糊区：S₁(t),S₂(t),…,S_N-1(t),S_N(t),S₁(t),S₂(t),…,S_N-1(t),S_N(t),…

第2模糊区：S₂(t),S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),S₂(t),S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),…

第3模糊区：S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),S₂(t),S₃(t),…,S_N(t),S₁(t),S₂(t),…

…

第N模糊区：S_N(t),S₁(t)…,S_N-2(t),S_N-1(t),S_N(t),S₁(t)…,S_N-2(t),S_N-1(t),…。

下面对本发明的实施方案及效果作进一步的详细描述。

本发明的使用场景为：天基雷达假设针对高速目标进行探测，卫星高度为1000km，雷达波束中心下视角度为55°，雷达波束宽度为5°，目标所处位置对应的波束下视角度为55.2°。提出基于波形捷变的天基雷达目标和杂波距离解模糊方法步骤如下。

步骤1根据轨道高度1000km、地球半径为R，雷达俯仰波束宽度5°、雷达波束中心下视角为55°，计算雷达波束覆盖区域的最近距离Rmin和最远距离Rmax：

可以计算Rmin＝1959km，Rmax＝2566km。

步骤2假设雷达系统拟采用脉冲重复频率为PRF＝4000Hz，计算主瓣模糊次数N为大于的最小整数，可以计算N取值为9，此时雷达距离向主瓣存在9个模糊区。

步骤3雷达发射9个带宽相同，波形相互正交的雷达信号S_i(t)，i＝1,2,…,N，

其中∫S_i(t)^*S_j(t)^*dt＝0,i≠j。

步骤4假设雷达一次相参积累时间内共发射64个脉冲，则接收64次回波数据，则对64次回波分别采用以下匹配滤波器次序进行匹配滤波脉冲压缩处理，可以获得由近到远N个不同模糊区的目标和杂波数据，匹配滤波器次序如下：

第1模糊区：S₁(t),S₂(t),…,S_N-1(t),S₉(t),S₁(t),S₂(t),…,S_N-1(t),S₉(t),…

第2模糊区：S₂(t),S₃(t),…,S₉(t),S₁(t),S₂(t),S₃(t),…,S₉(t),S₁(t),…

第3模糊区：S₃(t),…,S₉(t),S₁(t),S₂(t),S₃(t),…,S₉(t),S₁(t),S₂(t),…

…

第N模糊区：S₉(t),S₁(t)…,S₇(t),S₈(t),S₉(t),S₁(t)…,S₇(t),S₈(t),…

步骤5通过步骤4已经完成不同模糊区的目标和杂波信号的分离，易知此时主瓣杂波强度与未进行杂波分离相比，减弱为原来的1/9，因此极大降低了杂波强度。然后分别对9个模糊区的回波数据进行杂波抑制、恒虚警检测等后续信号处理。此时目标在第1个模糊区被检测到，易知目标就处于第1个模糊区。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。