阅读说明：本技术 室内场雷达脉冲编码间歇收发设计与回波对消处理方法 (Indoor field radar pulse coding intermittent transceiving design and echo cancellation processing method ) 是由 刘晓斌 赵锋 艾小锋 吴其华 谢艾伦 潘小义 顾赵宇 肖顺平 杨建华 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种室内场雷达脉冲编码间歇收发设计与回波对消处理方法,第一步,编码间歇收发序列设计；第二步,脉冲信号多次编码间歇收发；第三步,编码间歇收发目标回波分段去斜处理；第四步,编码间歇收发回波对消与距离像获取。本发明在解决收发互耦的前提下,为抑制和消除间歇收发导致的距离像高旁瓣提供基础。构建了雷达脉冲编码间歇收发回波信号模型。实现了编码间歇收发目标回波分段去斜处理。通过编码间歇收发目标回波对消实现了距离像旁瓣的有效抑制,得到精确的目标距离像。(The invention discloses an indoor field radar pulse coding intermittent receiving and transmitting design and an echo cancellation processing method, wherein in the first step, a coding intermittent receiving and transmitting sequence is designed; secondly, pulse signals are coded and intermittently transmitted and received for multiple times; thirdly, encoding the intermittent receiving and sending target echo and performing segmented deskew processing; and fourthly, coding intermittent transceiving echo cancellation and range profile acquisition. The invention provides a basis for inhibiting and eliminating range image high side lobe caused by intermittent transceiving on the premise of solving transceiving mutual coupling. A radar pulse coding intermittent transceiving echo signal model is constructed. The segmented deskewing processing of the encoding intermittent receiving and transmitting target echo is realized. The side lobe of the range profile is effectively inhibited by encoding the intermittent transceiving target echo cancellation, and the accurate target range profile is obtained.)

室内场雷达脉冲编码间歇收发设计与回波对消处理方法

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技术领域

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本发明涉及室内场雷达脉冲编码间歇收发设计与回波对消处理方法，属于雷达辐射式仿真领域，具体涉及室内场雷达脉冲信号目标探测与处理方法，特别是利用幅度编码对雷达脉冲间歇收发进行设计实现目标高分辨一维距离像特征精确获取的方法。

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背景技术

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雷达脉冲间歇收发处理通过将脉冲信号分成多个短脉冲进行收发，解决室内场收发信号互耦问题，为室内场脉冲雷达目标探测与特性测量提供了有效手段。然而，间歇收发使得目标回波损失了部分信息，文献[1]Xiaobin Liu,Jin Liu,Feng Zhao,Xiaofeng Aiand Guoyu Wang.An Equivalent Simulation Method for Pulse Radar Measurement inAnechoic Chamber[J].IEEE Geoscience&Remote Sensing Letters,2017,14(7):1081-1085.刘晓斌,刘进,赵锋,艾小锋,王国玉.一种微波暗室中脉冲雷达测量等效模拟方法[J].IEEE地球科学与遥感通讯,2017,14(7):1081-1085.文献[2]Xiaobin Liu,Jin Liu,Feng Zhao,Xiaofeng Ai and Guoyu Wang.A Novel Strategy for Pulse Radar HRRPReconstruction Based on Randomly Interrupted Transmitting and Receiving inRadio Frequency Simulation[J].IEEE Transactions on Antennas&Propagation,2018,66(5):2569-2580.刘晓斌,刘进,赵锋,艾小锋,王国玉.射频辐射式仿真中基于随机间歇收发的脉冲雷达高分辨距离像重构新方法[J].IEEE天线传播学报,2018,66(5):2569–2580.分别通过时频域滤波、稀疏重构等方法消除了由间歇收发导致的回波频谱混叠，实现了目标高分辨距离像的获取。但是，上述方法受到室内场尺寸、目标尺寸、信号参数等的约束，随着实验环境与参数的改变，所得目标距离像难以达到最优。

利用编码调制的多样性优势，对雷达脉冲进行不同编码序列的间歇收发处理，进而对多个间歇收发回波对消处理，能够有效降低并消除目标一维距离像旁瓣的幅度。本方法通过对间歇收发方式进行编码调制设计，结合收发占空比对多个雷达脉冲信号进行收发处理，在接收端完成分段去斜及对消，实现目标距离像旁瓣的抑制，得到目标高分辨一维距离像信息。

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发明内容

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本发明要解决的技术问题是：现有通过时频域滤波、稀疏重构等消除由间歇收发导致的回波频谱混叠获取目标高分辨距离像的方法中，受到室内场尺寸、目标尺寸、信号参数等的约束，随着实验环境与参数的改变，所得目标距离像难以达到最优的问题。本发明方法对雷达脉冲进行编码间歇收发处理，根据脉冲编码调制幅度及收发占空比，设计后续脉冲编码调制序列，对多个编码间歇收发回波分别进行去斜处理，最后通过回波对消获得目标高分辨一维距离像。

本发明室内场雷达脉冲编码间歇收发设计与回波对消处理方法，采取的技术方案如下：

第一步，编码间歇收发序列设计。

通过对雷达脉冲进行间歇收发，能够解决室内场中信号收发互耦问题。假设编码间歇收发控制信号的占空比为D，收发控制信号的幅度为0～1。根据占空比可以得到个编码间歇收发控制信号，其中表示向上取整运算。编码间歇收发控制信号可分别表示为p_m(t)，其中m＝1,2,...,M。

第二步，脉冲信号多次编码间歇收发。

若雷达发射脉冲为s₀(t)，则经过编码间歇收发后第m个发射信号可表示为s_m(t)＝s₀(t)·p_m(t)。因此，脉冲信号编码间歇收发个数为M个，由占空比决定。

第三步，编码间歇收发目标回波分段去斜处理。

室内场所得编码间歇收发回波相当于将发射信号与目标响应卷积。若目标的冲激响应为h(t)，则第m个编码间歇收发控制信号对应的目标回波可表示为s_r,m(t)＝h(t)*(s₀(t)·p_m(t))。线性调频信号去斜处理的参考信号为s_ref(t)，第m个编码间歇收发目标回波去斜后的输出可表示为

第四步，编码间歇收发回波对消与距离像获取。

对每个编码间歇收发目标回波进行组合之后再对消，即可得到精确的目标一维距离像。具体过程如下：

对每个编码间歇收发回波进行去斜处理后，能够得到编码间歇收发回波的目标高分辨一维距离像。将所有编码间歇收发回波所得目标距离像组合，得到S_out(f)＝(1-λ)S_o,1(f)-…-λS_o,m(f)-…-λS_o,M(f)，λ为幅度系数。当λ＝D时，将一段编码间歇收发回波的高分辨一维距离像减去组合回波的高分辨一维距离像，得到S_cancel(f)＝S_o,1(f)-S_out(f)，能够对消间歇收发导致的距离像高旁瓣，从而得到精确的目标一维距离像。

其中，所述第一步中第m段编码间歇收发控制信号表达式为

可得第m段编码调制序列的频谱为

其中，所述第二步，对每个脉冲根据占空比采用M个编码间歇收发控制信号，顺序收发即可得到目标回波。

本发明的有益效果主要包括：

第一，结合间歇收发占空比建立了多个连续脉冲编码间歇收发信号设计方案。对多个脉冲分别采用不同的收发控制信号，实现对雷达脉冲的间歇收发处理，在解决收发互耦的前提下，为抑制和消除间歇收发导致的距离像高旁瓣提供基础。

第二，构建了雷达脉冲编码间歇收发回波信号模型。利用多个不同编码序列设计间歇收发方式，结合典型雷达信号样式，建立了编码间歇收发回波模型。

第三，实现了编码间歇收发目标回波去斜处理。采用完整雷达脉冲的去斜参考信号对多个编码间歇收发回波处理，得到相应的目标一维距离像。

第四，通过编码间歇收发目标回波对消实现了距离像旁瓣的有效抑制。用第一个编码间歇收发回波对应的目标一维距离像减去组合间歇收发回波对应的目标一维距离像，实现距离像高旁瓣的有效抑制，得到精确的目标距离像。

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附图说明

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图1是占空比为1/3时的编码间歇收发控制信号示意图。

图2是编码间歇收发设计与回波对消处理流程。

图3(a)、(b)是目标散射点分布和编码间歇收发控制信号。

图4(a)、(b)、(c)、(d)是3个均匀编码间歇收发回波波形、第一段间歇收发回波距离像、组合后编码间歇收发回波距离像和回波对消处理后的目标距离像。

图5(a)、(b)、(c)、(d)是3个伪随机编码间歇收发回波波形、第一段间歇收发回波距离像、组合后编码间歇收发回波距离像和回波对消处理后的目标距离像。

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具体实施方式

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下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明一种雷达脉冲编码调制信号设计与对消处理方法，步骤如下：

第一步，编码间歇收发序列设计。

第一段编码间歇收发控制信号

其中，δ(·)是冲激函数；n是调制数；T_s是每个调制的周期；τ是单个调制周期信号持续长度，令D＝τ/T_s，表示编码调制序列的占空比；*表示卷积运算；rect(·)是矩形函数

因此，公式一对应的频谱为

其中，f_s＝1/T_s，sinc(x)＝sin(πx)/(πx)

根据占空比，设计M个编码间歇收发控制信号，其中从而第m段编码间歇收发控制信号表达式为

可得第m段编码调制序列的频谱为

第二步，脉冲信号多次编码间歇收发。

雷达发射信号为线性调频信号

其中，T_p为脉宽，f_c为载频，μ＝B/T_p为调制斜率，B为信号带宽。

第m个编码间歇收发后的信号可表示为

s_m(t)＝s₀(t)·p_m(t) (公式七)

对每个脉冲，根据占空比采用M个编码间歇收发控制信号，顺序收发即可得到目标回波。

第三步，编码间歇收发目标回波分段去斜处理。

若目标包含K个散射点，假设第k个目标散射点时域冲激响应函数为h_k(t)。多个编码间歇收发得到的目标回波是连续的，将回波分为M段，每段则对应为一个编码间歇收发后的回波，从而第m个编码间歇收发信号的回波为

对分段后的回波进行去斜处理，参考信号为

从而，第m段回波去斜结果为c为电磁波速度。

进行傅里叶变换，可得第一段间歇收发目标回波的一维距离像为

第m段间歇收发目标回波的一维距离像为

其中，α_k为对应散射点的强度，R_k为该点与雷达的距离。

第四步，编码间歇收发回波对消与距离像获取。

对M段间歇收发回波组合，得到

S_out(f)＝(1-λ)S_o,1(f)-…-λS_o,m(f)-…-λS_o,M(f) (公式十二)

其中，λ为幅度系数。

当λ＝D时，上式中零频(f＝0)对应输出为零，而非零频处与公式十相同。因此，将公式十与公式十二相减，可以使得高分辨一维距离像中虚假旁瓣对应抵消，从而得到精确的目标高分一维距离像

S_cancel(f)＝S_o,1(f)-S_out(f) (公式十九)

其中，S_cancel(f)为对消处理后的结果，表示目标高分辨一维距离像。

以占空比D＝1/3为例，编码间歇收发控制序列如图1所示，根据图2中的处理流程进行仿真。雷达脉冲信号脉宽为T_p＝20us，LFM信号带宽为B＝500MHz，雷达与目标距离为45m。目标包含K＝5个散射点为，散射强度[0.8 0.15 1 0.6 0.35]，散射点坐标为[-4.2；-2.1；0；2.7；5.1]，如图3(a)所示。采用均匀编码间歇收发，收发周期为T_s＝0.5us。编码间歇收发控制信号如图3(b)所示。对三个间歇收发回波(图4(a))分别进行去斜处理，经回波组合后，得到距离像如图4(b)和(c)所示。显然，第一个间歇收发回波距离像中的虚假旁瓣与组合处理后的距离像虚假旁瓣一一对应。因此，经过对消处理后，可以得到目标距离像，与完整脉冲距离像相比，结果一致，如图4(d)所示。

对于伪随机编码间歇收发，令编码调制周期T_s在[0.5us,0.7us]内随机变化，占空比D不变，得到间歇收发回波如图5(a)所示。同样的，经过去斜和回波组合处理，得到第一段间歇收发回波距离像及组合回波距离像如图5(b)和(c)所示。利用对消处理，能够将图5(b)中一维距离像的高旁瓣有效抑制，得到目标距离像如图5(d)所示。