[发明专利]一种步进频率脉冲雷达信号微动检测的解模糊方法

摘要

本发明公开了一种步进频率脉冲雷达信号微动检测的解模糊方法，若采用舍弃法，直接取相应采样点的细化距离拼接便可得完整一维距离像，若采用取大法，则通过判断采样点所代表距离与最大不模糊距离的关系，来选择相应的细化距离范围，物理意义明确，简单易行。同时针对微波干涉测量微动时，须分别取出时刻一和时刻二回波峰值的相位，再计算微动所带来微动测量的模糊，本发明提出了一种共轭相乘测微动，有效解决了原来方案中测微动模糊问题。原测量方案中须计算时刻二回波中的所有点的IFFT结果，计算量较大，本方案从时刻一回波信号的IFFT变换结果中找出目标所在点的索引，对时刻二回波，只对目标相应索引值进行IFFT变换，大大减少了计算量。

主权项

一种步进频率脉冲雷达信号微动检测的解模糊方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，雷达在时刻一发射第一发射信号，在时刻二发射第二发射信号，第一发射信号和第二发射信号有相同的发射频率及振幅；步骤2，第一发射信号和第二发射信号到达远距离多目标物体；步骤3，多目标物体反射时刻一回波信号和时刻二回波信号；步骤4，雷达接收到时刻一回波信号和时刻二回波信号；时刻一回波信号和时刻二回波信号分别包括多目标物体的距离信息和多目标物体的距离位移信息；步骤5，解调时刻一回波信号和时刻二回波信号；步骤6，提取一维距离像；步骤7，计算远目标的位移变化量；步骤6中采用舍弃法提取一维距离像的具体步骤如下：对时刻一回波解调信号和时刻二回波解调信号进行时域采样，采样频率为1/τ的整数倍，设为k；设采样时间为Ts，Ts＝τ/k，k为正整数，时刻一回波解调信号采样以后为由上式可知，目标距离R必须满足(nTs‑2R/c)∈[0,τ]，才能被采样时刻nTs采中，即0≤nTs‑2R/c≤τ，则即nR_s‑R_τ≤R≤nR_s当时，第n个采样点的能代表的距离范围为0≤R≤nR_s   (18)当时，第n个采样点的能代表的距离范围为nR_s‑Rτ≤R≤nR_s   (19)综上，每个采样点所代表的距离范围可表示为max(0,nR_s‑R_τ)≤R≤nR_s；又因为Ts＝τ/k，所以最大不模糊距离R_τ为距离新息R_s的整数倍，即 R_s＝kR_τ；由(18)和(19)式可知，当采样点m为k的1,2,3......M倍时，M＝ceil(R_max/R_τ),ceil(x)为大于x的最小整数，每个采样点所代表的距离依次[0,R_τ],[R_τ,2R_τ],[2R_τ,3R_τ]......[(M‑1)R_τ,MR_τ]，这M个采样点所代表的距离依次拼接就可得到完整的一维距离像；步骤6中采用采用取大法提取一维距离像的具体步骤如下：判断采样点n所代表最大距离nR_s与R_u的关系，若小于R_u，则直接取其细化距离范围为[0,R_u]，若大于则继续判断该采样点所代表的最小距离与R_u的关系，若小于R_u，将其IFFT结果周期延拓一次，取[(nR_s‑R_τ)/Δr,(nR_s‑R_τ+R_u)/Δr‑1]范围内的点，相应的细化距离范围为[(nR_s‑R_τ),(nR_s‑R_τ+R_u)]，若该采样点所代表的最小距离大于R_u，直接取其IFFT结果，细化距离范围为[R_u,2R_u]；对于满足nR_s＜R_u的采样点的细化结果直接比较，取大作为抽取点，其余采样点的细化结果进行同距离比大，取较大值作为抽取点，将所有抽取点拼接即得完整一维距离像；位移变化量提取过程包含分析及步骤如下：由于实际输出的相位在[‑π,π]之间，且微动距离d可正可负，设式(12)的输出相位为φ1，目标微动的输出相位为φ2，和分别是回波一和回波二的相位，按式计算所得微动距离为下面分析d′和d的关系①当‑π＜φ1‑j4πf₀d/c＜π时，φ2＝φ1‑j4πf₀d/c，此时②当φ1‑j4πf₀d/c＜‑π时，φ2＝φ1‑j4πf₀d/c+2π，此时③当π＜φ1‑j4πf₀d/c时，φ2＝φ1‑j4πf₀d/c‑2π，此时由以上推断可知所以如果直接提取φ1，φ2，并根据式(16)计算微动距离，将会产生一个的距离模糊；因为分别提取时刻一和时刻二的相位造成相位模糊而带来微动模糊；可以将时刻一和时刻二所得的回波信号进行共轭相乘z(k)＝y(k)*conj(y'(k))   (22) conj(y'(k))表示取y'(k)的共轭，取z(k)相位θ因为桥梁微动距离比较小，小于所以不会产生相位模糊问题，θ即为实际取出的相位，可得又因为桥梁微动距离d比较小，远小于最小距离分辨率Δr＝c/(2NΔf)，所以对时刻二回波解调信号进行IFFT变换得最大索引值与时刻一回波解调信号进行IFFT变换的最大索引值相等，因此只需对时刻一回波解调信号进行IFFT变换的求得时刻一回波解调信号的最大索引值，对时刻二回波解调信号只需在时刻一回波解调信号的最大索引值处计算相应的IFFT值即可；其中，R₀为目标静止时与雷达距离；τ为步进频率脉冲雷达信号脉冲宽度；Ts采样时间间隔；T_r为步进频率脉冲雷达信号脉冲重复周期；Δf为步进频率脉冲雷达信号子脉冲频率间隔，简称频率步进量；f₀为中心频率；N为步进频率脉冲雷达信号子脉冲个数，也称每组脉冲个数；c为光速；R_s为采样点间的距离新息；R_u为IFFT细化以后最大不模糊距离；R_τ最大不模糊距离；Np表示N*p，其中p代表任意正整数，R为目标与雷达的实时距离，简称目标距离；R_max为雷达的最大作用距离；y(k)为时刻一回波信号采样值；y'(k)为时刻二回波信号采样值；位移变化量提取过程步骤如下：701.通过时刻一回波解调信号的细化结果确定对应目标点的距离信息，及目标点所对应变换后的索引；702.计算时刻二回波解调信号在步骤701所确定索引处的IFFT结果；703.将时刻一回波解调波信号在目标点处的IFFT结果与时刻二回波解调波信号在相应索引处的共轭值相乘；704.提取步骤703中结果的相位；根据式(23)，便可得微动距离。