一种基于正交频分信号的雷达解模糊及遮挡的方法
阅读说明：本技术 一种基于正交频分信号的雷达解模糊及遮挡的方法 (Radar ambiguity-resolving and shielding method based on orthogonal frequency division signals ) 是由 严济鸿 李聪 董海洋 张欢 翟鉴枢 倪伟涵 杨礼 王顺祥 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于正交频分信号的雷达解模糊及遮挡的方法,涉及雷达领域,解决了现有技术中距离模糊和遮挡、速度模糊的问题。本发明包括根据雷达最远探测距离所对应的最大时长和脉冲重复时间间隔PRI,确定在最大探测距离所对应的时间内,采用高重频模式发射正交LFM脉冲信号的个数；对得到的回波矩阵R配合发射脉冲LFM信号进行频域脉冲压缩处理得到处理后的新回波矩阵,并对回波矩阵做MTD处理。本发明同时解决距离遮挡、距离模糊、速度模糊问题。(The invention discloses a radar ambiguity resolution and occlusion method based on orthogonal frequency division signals, relates to the field of radars, and solves the problems of range ambiguity, occlusion and speed ambiguity in the prior art. Determining the number of orthogonal LFM pulse signals transmitted by adopting a high repetition frequency mode within the time corresponding to the maximum detection distance according to the maximum duration corresponding to the farthest detection distance of the radar and the pulse repetition time interval PRI; and carrying out frequency domain pulse compression processing on the obtained echo matrix R in cooperation with the transmitting pulse LFM signal to obtain a new processed echo matrix, and carrying out MTD processing on the echo matrix. The invention simultaneously solves the problems of distance shielding, distance blurring and speed blurring.)
技术领域
本发明涉及雷达领域，具体涉及一种基于正交频分信号的雷达解模糊及遮挡的方法。
背景技术
数字化的阵列雷达，有众多优势，已经成为目前雷达领域的主流。在数字阵列雷达的搜索阶段，没有先验信息，目标距离、速度、角度等信息未知，为探测较远距离的目标，常采用脉冲多普勒(PD)雷达体制，发射、接收共用天线(或者发射、接收不共用天线，本专利针对发射、接收共用天线的场景)，发射和接收状态相互切换，发射泄露不会影响雷达对目标回波的接收。
脉冲体制的雷达，在目标回波的延迟时间大于发射脉冲的重复周期时，会产生距离模糊。当目标运动引起的多普勒频率大于发射脉冲的重复频率的一半时，会产生速度模糊。
为解决速度模糊问题，可采用高脉冲重复频率(HPRF)工作方式，但同时也带来了距离模糊和距离遮挡的问题。为解决距离模糊问题，传统的方法是采用几种不同的脉冲重复间隔(PRI)，PRI的选择通常根据余数定理、一维集算法、查找表法等，但以上方法均有各自的不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：距离模糊和遮挡、速度模糊，本发明提供了解决上述问题的一种基于正交频分信号的雷达解模糊及遮挡的方法。
传统的雷达信号方法，是对两个脉冲之间回波进行脉冲压缩处理，所以就会出现距离模糊的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
步骤1、根据雷达系统的距离盲区、距离分辨率，确定发射LFM脉冲的时宽，以确保目标回波信号不会和发射脉冲重叠；
根据目标最大的径向速度，确定在一个雷达周期内采用的最小发射脉冲重复频率(PRF)，以确保不会产生速度模糊；
步骤2、根据雷达最远探测距离所对应的最大时长和脉冲重复时间间隔PRI，确定在最大探测距离所对应的时间内，采用高重频模式发射正交LFM脉冲信号的个数，其中，采用高重频模式是为了避免雷达出现速度模糊；
所述正交LFM脉冲信号为具有自相关、互相关性能的正交LFM信号；
即多个正交LFM发射信号分别为a1,a2,…,am，发射信号相互正交，各脉冲之间满足
其中，E表示信号能量；
其中，发射脉冲重复频率PRF的倒数，PRI为两个相邻发射脉冲的时间间隔，确定在最大探测距离所对应的时间Tmax内，发射正交的LFM脉冲信号的个数(即有m个脉冲信号a1,a2,…,am)这些LFM脉冲信号两两正交，有良好的自相关、互相关性能(即自相关旁瓣、互相关旁瓣较低)；
步骤3、在一个雷达周期CPI内多次发射正交LFM脉冲信号积累雷达系统检测的回波信号；
进一步地，步骤3中的一个雷达周期CPI包括最大探测距离所对应的时间Tmax的个数根据目标所在的应用场景进行自适应选择。
在步骤3中，还包括对回波信号的预处理过程，预处理过程：对雷达系统的接收机在Tmax内采集到的回波信号下变频到数字基带信号；
包括多个脉冲之间的回波，将Tmax内发射脉冲的部分置零，重构一个时间序列，这个序列在Tmax内包含了m个与发射脉冲等宽的零序列，以及m个回波序列。
采用上述方法构造的矩阵R中，第一行时间长度为Tmax(以a1信号开始发射时刻为起始后的时长)，第二行时间长度也为Tmax(以a2信号开始发射时刻为起始后的时长)，后续的行以此类推。
若一个雷达周期CPI内包含有多个Tmax，对一个CPI内的后续回波也做同样的处理，得到回波矩阵R，如下式所示。
步骤4中，得到步骤3构建的回波矩阵R，对回波矩阵R配合发射脉冲LFM信号进行频域脉冲压缩处理得到处理后的新回波矩阵，并对回波矩阵做MTD处理；
频域脉冲压缩的详细处理方法如下：
矩阵R第一行的回波R1，与A1做频域脉冲压缩，A1是在发射脉冲LFM信号a1的后面置0，得到等长的时间序列的A1与R1，代入下式处理
X1＝IFFT(FFT(R1)·CONJ(FFT(A1)))
其中，CONJ是共轭运算；
矩阵R第二行的回波R2，与A2做频域脉冲压缩，A2是在发射脉冲LFM信号a2的后面置0，得到等长的时间序列的A2与R2；
对矩阵R的每行做上述处理，处理完的数据放入新矩阵X的相应行中，对新矩阵X的每一列进行FFT，即做MTD处理，矩阵内的峰值用于表示目标的距离和速度。
在传统PD雷达中，不同脉冲对不同距离目标的回波，可能会发生重叠，传统方法MTD结果的峰值是距离模糊的，不足以从重叠回波中区分出不同的目标。经过上述处理后，即使回波是多个目标回波的重叠，MTD结果中的峰值，可体现出不同的目标处在不同的距离处，这样就解决了回波重叠的距离模糊问题。
雷达采用收发切换模式，难免会产生距离遮挡问题。为避免收发切换造成的距离遮挡，在某些雷达周期，发射信号可采用另外一种脉冲重复频率，该重复频率略大于最小脉冲重复频率，此时的正交LFM脉冲信号(如图中的b1,b2,…,bn，这些正交LFM信号两两正交，有良好的自相关、互相关性能，n略大于m)。通过两种不同脉冲重复频率的发射、后续雷达信号处理，解决距离遮挡问题。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明同时解决距离遮挡、距离模糊、速度模糊问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的一个雷达周期内发射正交LFM脉冲信号示意图。
图2为传统PD雷达发射相同LFM脉冲信号的MTD图。
图3为本发明的发射正交LFM脉冲信号的MTD图。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
线性调频(LFM)信号，是广泛使用的脉压雷达信号，本发明为减小LFM脉冲雷达的工作盲区，尽量减小发射脉冲的宽度，即LFM信号的码片长度；为解决速度模糊问题，采用高脉冲重复频率(HPRF)工作方式，采用本发明的接收信号处理方法即频域脉冲压缩方法，就能解决距离模糊的问题；
具体实施例如下：
PD雷达接收机采样率为100MHz，单个LFM脉冲信号带宽B为10MHz(4个LFM脉冲信号频率分别为0-10MHz、10-20MHz、20-30MHz、30-40MHz)，脉冲宽度τ为1.28μs，脉冲重复周期(PRI)为64μs，一个雷达周期Tmax里包含4个PRI，一个相参积累周期(CPI)里包含16个Tmax，射频频率f为3GHz，c为光速。则此时的距离分辨率为
距离盲区为
最大不模糊距离为
最大不模糊速度为
设置目标的距离为20km，目标的速度为270m/s，设置信噪比为-15dB。如果发射信号采用相同的信号，其MTD结果如图2所示，此时无法区分回波是哪个发射脉冲信号的回波，产生了距离模糊。
采用本专利所述方法，发射相互正交的LFM脉冲信号，其MTD结果如图3所示，目标的距离和速度能被准确测出，图中只有一个峰值，即不存在距离模糊的问题。
为避免收发切换造成的距离遮挡(当前发射脉冲信号的目标回波延时，与其后某个发射脉冲重叠，回波信号不被接收处理，不能得到目标信息)，本例采用另外一种脉冲重复频率，一个雷达周期Tmax里包含5个PRI。通过两种不同脉冲重复频率的发射、后续雷达信号处理，可解决PD雷达的距离遮挡问题。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。