CN102298141A - 机载脉冲多普勒雷达迭代解距离模糊法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机载脉冲多普勒雷达迭代解距离模糊法，属于雷达数据处理领域。首先对两两不互质的距离单元数所对应的周期根据两两公约数最大准则进行周期分组，然后对各组周期得到的模糊量测运用中国余数定理进行解距离模糊，并且针对测量误差和计算误差，通过设置搜索半径，在一定区域进行搜索，得到各组的解模糊数据和对应的等效周期，重复上面的过程，进行迭代解模糊，最终得到多个脉冲重复频率的不模糊数据。本发明具有结构简单，计算快速，易于硬件实现，同时克服了基于中国余数定理解距离模糊方法的应用局限性，并且可以避免实际应用中测量误差对基于中国余数定理解距离模糊方法正确解模糊的影响，具有较强的工程应用价值和推广前景。

Description

机载脉冲多普勒雷达迭代解距离模糊法

技术领域

本发明属于雷达数据处理领域，适用于高/中脉冲重复频率雷达(如机载脉冲多普勒雷达等)在多重复频率两两不互质情况下的解距离模糊。

背景技术

机载脉冲多普勒(PD)雷达为了无模糊地测量目标速度，通常采用高、中脉冲重复频率，从而造成测量的目标距离是模糊的，导致无法对目标正确稳定地跟踪，甚至出现目标丢失现象，贻误战机。因此，解决PD雷达在高、中脉冲重复频率条件下的距离模糊问题对提高其作战效能具有重要意义。为了解距离模糊，机载PD雷达通常采用多个脉冲重复频率工作方式，根据多个脉冲的回波数据进行解算，得到真实的距离信息，同时也兼顾消除由盲区、遮挡而产生的目标丢失现象。目前，工程中经常采用基于中国余数定理的解距离模糊方法。该方法主要通过以下步骤实现：

(1)将雷达接收机输出的目标回波信号进行A/D变换，送雷达数据处理计算机执行以下步骤；

(2)求取N个重复周期T₁，T₂，...，T_N的距离量化数为m₁，m₂，...，m_N，且它们的量化单元均为T_G；

(3)判断m₁，m₂，...，m_N是否满足两两互质条件，如果满足，执行(4)；否则算法失败；

(4)利用中国余数定理对各重复频率对应的目标数据解距离模糊。

中国余数定理解距离模糊方法具有以下两个缺陷：(1)各重频对应的距离量化数m₁，m₂，...，m_N必须满足两两互质关系，当距离量化数之比不满足两两互质条件时，就不能有效求得目标真实距离，而实际应用中雷达各重频对应的距离量化数可能不满足两两互质条件，因此应用局限性较大；(2)在实际应用中，解模糊的精度受量测误差影响较大，甚至会出现解模糊错误。

发明内容

本发明的目的是提出一种机载脉冲多普勒雷达迭代解距离模糊法，解决基于中国余数定理的解距离模糊方法无法对各脉冲重复频率对应的距离量化数两两不互质情况下无法解模糊以及解模糊精度受测量误差影响较大的问题。

本发明提出的机载脉冲多普勒雷达迭代解距离模糊法的技术方案包括以下步骤：

步骤1：将雷达多个脉冲重复频率接收到的信号进行A/D变换，得到目标的模糊距离，将其送雷达数据处理计算机执行以下步骤；

步骤2：初始化

N是雷达发射脉冲重复频率个数；

T₁，T₂，...，T_N是脉冲重复周期；

T_G是量化单元；

m₁，m₂，...，m_N分别为T₁，T₂，...，T_N的距离量化数(距离门数)；

R₁，R₂，...，R_N是各脉冲重复频率测量的最大不模糊距离；

A₁，A₂，...，A_N是各脉冲重复频率测量的模糊距离；

步骤3：根据两两公约数最大准则进行周期分类

(1)如果m₁，m₂，...，m_N两两互质，执行(2)～(9)；否则执行(10)～(13)；

(2)令b_i＝1；

(3)如果b_i满足等式

则跳转执行(5)；否则执行(4)，

其中，AmodB表示A关于B取余；

(4)b_i＝b_i+1，转到(3)；

(5)利用

求C_i；

(6)利用式(1)实现对目标的真实距离R_e的求解

R_e＝(A₁C₁+A₂C₂+...+A_NC_N)mod(m₁m₂...m_N)    (1)

(7)根据实际量测误差大小以及计算复杂度，搜索半径l取满足l≥1的整数，通常设置为2～3，则搜索区域为

(8)求出满足式(2)的

其中min|□|表示取满足绝对值最小的值；

(9)根据上面计算得到由式(3)计算周期m₁，m₂，...，m_N测量得到的数据解模糊后的目标距离

$R_e^{\′\′\′}=R_e^{\′\′}{T}_G+A_1---\left(3\right)$

(10)将所有脉冲重复周期两两组合，得到N(N-1)/2组数据；

(11)求出各组数据的公约数；

(12)依次取出公约数最大的组，并删除含有该组元素的其他各组；

(13)将具有相同公约数的组中的元素合并为一组，可以得到M组两两互质的脉冲重复周期，分别表示为c₁，c₂，...，c_M(M＜N)，并且将各组的公约数记为τ₁，τ₂，...，τ_M；

步骤4：对M组两两互质的数据解模糊

(1)第k组周期c_k中包括n_k个周期，分别为

由式(4)可得到该组中各元素的既约比

$m_i^{c_k}={\mathrm{\τ}}_k{m}_i^{{c_k}^{\′}}---\left(4\right)$

(2)

对应的原始重复周期的公约数为T_Gτ_k，满足互质条件；

(3)对应的目标模糊距离为

(4)用

对

进行归一化，得到

和

分别如下

$X_1^{c_k}=\left[\frac{A_1^{c_k}}{d}\right],$ $X_2^{c_k}=\left[\frac{A_2^{c_k}}{d}\right],$ $...,X_{n_k}^{c_k}=\left[\frac{A_{n_k}^{c_k}}{d}\right]---\left(5\right)$

$X^{{c_k}^{\′}}=X_1^{c_k}\mathrm{mod}\left(d\right)=X_2^{c_k}\mathrm{mod}\left(d\right)=...=X_{n_k}^{c_k}\mathrm{mod}\left(d\right)---\left(6\right)$

其中，[□]表示四舍五入求整，

表示同余数；

(5)令b_i＝1；

(6)如果b_i满足等式

则执行(8)；否则执行(7)；

(7)b_i＝b_i+1，执行(6)条；

(8) $C_i=b_i\underset{j=1,j\≠i}{\overset{n_k}{\mathrm{\Π}}}{m}_j^{{c_k}^{\′}};$

(9)令

N＝i，利用式(1)求取

(10)令

T_G＝d，

按步骤3的(7)～

(9)，得到第k组周期对应的解模糊后的目标距离

(11)

周期所对应的最大不模糊距离为

$R_{C_k\max }=\left(\underset{j=1}{\overset{n_k}{\mathrm{\Π}}}{m}_j^{{c_k}^{\′}}\right)d=\left(b_i\underset{j=1,j\≠i}{\overset{n_k}{\mathrm{\Π}}}{m}_j^{{c_k}^{\′}}\right)\left(\frac{c{T}_G{\mathrm{\τ}}_k}{2}\right)---\left(7\right)$

$=\frac{c}{2}\left(b_i\underset{j=1,j\≠i}{\overset{n_k}{\mathrm{\Π}}}{m}_j^{{c_k}^{\′}}{T}_G{\mathrm{\τ}}_k\right)$

(12)

周期解模糊后的数据等效周期

为

$T_{C_k}=\underset{j=1}{\overset{n_k}{\mathrm{\Π}}}{m}_j^{{c_k}^{\′}}{T}_G{\mathrm{\τ}}_k---\left(8\right)$

(13)重复进行步骤4的(1)～(12)，分别得到每个周期分组的等效周期为

(通过这组等效周期，把步骤3所分的各组周期联系起来，进行下一步迭代解模糊)；

步骤5：迭代解模糊

(1)判断步骤4得到的是否两两互质，如果不互质执行(2)，如果互质执行(3)；

(2)令

N＝c_k，执行步骤3和步骤4；

(3)执行步骤3中(2)～(9)，按照中国余数定理对最后一层的等效周期进行解模糊。

和背景技术相比，本发明的有益效果说明：

(1)本发明提出的机载脉冲多普勒雷达迭代解距离模糊法，各重频对应的距离量化数不需满足互质条件，解决了背景技术在多脉冲重复频率对应的距离量化数两两不互质情况下无法解距离模糊的问题，扩展了多脉冲重复频率解距离模糊的应用范围；

(2)本发明提出通过设置搜索半径，在一定区域进行搜索，从而避免了测量误差对基于中国余数定理的解距离模糊方法正确解模糊的影响，而且实际中搜索半径一般取2～3，不会增加算法复杂度。

附图说明

附图1是本发明的机载脉冲多普勒雷达迭代解距离模糊法的整体流程图；

附图2是本发明实施例中在不存在量测误差的情况下，各重频测得的模糊状态图；

附图3是本发明实施例中在不存在量测误差的情况下，目标真实运动航迹与本发明方法所得航迹比较图；

附图4是本发明实施例中在存在量测误差的情况下，各重频测得的模糊状态图；

附图5是本发明在实施例中存在量测误差的情况下，未进行量测误差修正时，目标真实运动航迹与本发明方法所得航迹比较图；

附图6是本发明实施例中在存在量测误差的情况下，目标真实运动航迹与本发明方法所得航迹比较图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的迭代解模糊方法进行详细描述。

实施例条件：假设单目标在(x，y)平面匀速直线运动，初始位置(100km，100km)，x方向速度780m/s，y方向速度为750m/s。雷达采用四个不同脉冲重复频率，各脉冲重复频率f_r分别为6300Hz、6900Hz、9500Hz和18200Hz，对应脉冲重复周期分别为T₁＝159μs，T₂＝144μs，T₃＝105μs和T₄＝55μs，雷达扫描周期为T＝1s，共仿真70个扫描周期，雷达最大作用距离为150km，发射脉冲波长λ＝0.1m，距离和角度量测误差分别为200m和1。

步骤1：根据上述条件得到仿真数据

(1)各脉冲重复频率最大不模糊距离

由

得各脉冲重复频率最大不模糊距离为：

R₁＝23.85km，R₂＝21.6km，R₃＝15.75km，R₄＝8.25km

(2)目标真实径向距离

由条件可得任意扫描周期j时目标的位置(x_j，y_j)，再由以下公式可得扫描周期j时目标的距离r_j

$r_j=\sqrt{x_j^2+y_j^2}---\left(9\right)$

(3)目标模糊距离

在第i个脉冲重复频率下，第j个扫描周期时各脉冲重复频率测得目标的模糊距离为：

A_ij＝r_j mod R_i                              (10)

因此，A_i＝{A_ij}，j＝1，2，...，70；

将所得仿真量测送入雷达数据处理计算机，在雷达数据处理计算机中执行以下步骤(参照说明书附图1)：

步骤2：根据两两公约数最大准则进行周期分类

量化单元选为T_G＝1km，则由T₁＝159μs，T₂＝144μs，T₃＝105μs和T₄＝55μs可得到距离门数m₁＝159μs，m₂＝144μs，和m₃＝105μs m₄＝55μs。

(1)按发明内容部分步骤3第(1)条所述判断m₁，m₂，m₃，m₄两两不互质，执行发明内容部分步骤3第(10)条；

(2)按发明内容部分步骤3第(10)条所述对所有脉冲重复周期两两组合，获得4×(4-1)/2＝6组数据分别为(159μs，144μs)，(159μs，105μs)，(159μs，55μs)，(144μs，105μs)，(144μs，55μs)和(105μs，55μs)；

(2)按发明内容部分步骤3第(11)条所述得各组数据的公约数分别为3，3，1，3，1，5；

(3)按发明内容部分步骤3的第(12)～(13)条所述可以得到c₁和c₂两组两两互质数据，分别为(105μs，55μs)和(159μs，144μs)，公约数记为τ₁＝5和τ₂＝3；

步骤3：分别对两组两两互质的数据解模糊

(1)第1组周期c₁中包括n₁＝2个周期，分别为

公约数为τ₁＝5，按发明内容部分步骤4第(1)条得到该组各元素的既约比为

(2)按发明内容部分步骤4第(2)条得到

对应的原始重复周期的公约数为T_G*τ₁＝3，满足互质条件；

(3)按发明内容部分步骤4第(3)～(4)条得到由

和对应的目标模糊距离

和

以及同余数

(4)按发明内容部分步骤4第(5)～(10)条，得到第1组周期

测量得到的数据解模糊后的目标距离

(5)按发明内容部分步骤4第(11)～(12)条，得到其最大不模糊距离为

等效周期

重复进行步骤3中第(1)～(5)条，分别得到第2组周期

测量得到的数据解模糊后的目标距离

最大不模糊距离为

等效周期

步骤4：迭代解模糊

(1)对步骤2中得到的和

进行判断，两个周期有公约数3；

(2)利用步骤3中第(2)～(5)条得到最后一层的等效周期为65296以及得到的解模糊后的目标距离R。

实施例条件中，四个重复频率对应的距离门数比值为159∶144∶105∶55，不满足基于中国余数定理的解距离模糊方法中所要求的两两互质条件，所以在这种情况下不能采用基于中国余数定理的解距离模糊方法解距离模糊，而本发明方法不受脉冲重复频率比值互质条件的限制，依然能够很好的实现距离解模糊(见图3)，可见本发明和背景技术相比具有应用范围广的优点；由于本发明提出通过设置搜索半径，在一定区域进行搜索，从而在测量误差存在的情况下(见图4)，仍然能够很好的实现距离解模糊(见图6)，避免了未进行量测误差修正时，解距离模糊所受到量测误差的影响(见图5)；而且实际中搜索半径一般取2～3即可，所以并不会增加算法复杂度，因而更适用于跟踪滤波中解距离模糊。

Claims (1)

1.一种机载脉冲多普勒雷达迭代解距离模糊方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：将雷达多个脉冲重复频率接收到的信号进行A/D变换，得到目标的模糊距离，将其送雷达数据处理计算机执行以下步骤；

步骤2：初始化

N是雷达发射脉冲重复频率个数；

T₁，T₂，...，T_N是脉冲重复周期；

T_G是量化单元；

m₁，m₂，...，m_N分别为T₁，T₂，...，T_N的距离量化数(距离门数)；

R₁，R₂，..，R_N是各脉冲重复频率测量的最大不模糊距离；

A₁，A₂，...，A_N是各脉冲重复频率测量的模糊距离；

步骤3：根据两两公约数最大准则进行周期分类

(1)如果m₁，m₂，...，mN两两互质，执行(2)～(9)；否则执行(10)～(13)；

(2)令b_i＝1；

(3)如果b_i满足等式

则跳转执行(5)；否则执行(4)，

其中，Amod B表示A关于B取余；

(4)b_i＝b_i+1，转到(3)；

(5)利用

求C_i；

(6)利用式(1)实现对目标的真实距离R_e的求解

R_e＝(A₁C₁+A₂C₂+...+A_NC_N)mod(m₁m₂...m_N)           (1)

(7)根据实际量测误差大小以及计算复杂度，搜索半径l取满足l≥1的整数，通常设置为2～3，则搜索区域为

(8)求出满足式(2)的

$\underset{R_e^{\′\′}\∈R_k^{\′}}{\arg \min }|(R_e^{\′\′}{T}_G+A_1\mathrm{mod}{T}_G)\mathrm{mod}{T}_G-A_1|---\left(2\right)$

其中min|·|表示取满足绝对值最小的值；

(9)根据上面计算得到

由式(3)计算周期m₁，m₂，...，m_N测量得到的数据解模糊后的目标距离

$R_e^{\′\′\′}=R_e^{\′\′}{T}_G+A_1---\left(3\right)$

(10)将所有脉冲重复周期两两组合，得到N(N-1)/2组数据；

(11)求出各组数据的公约数；

(12)依次取出公约数最大的组，并删除含有该组元素的其他各组；

(13)将具有相同公约数的组中的元素合并为一组，可以得到M组两两互质的脉冲重复周期，分别表示为c₁，c₂，...，c_M(M＜N)，并且将各组的公约数记为τ₁，τ₂，..，τ_M；

步骤4：对M组两两互质的数据解模糊

(1)第k组周期c_k中包括n_k个周期，分别为

由式(4)可得到该组中各元素的既约比

${m_i}^{c_k}={\mathrm{\τ}}_k{m}_i^{{c_k}^{\′}}---\left(4\right)$

(2)

对应的原始重复周期的公约数为T_Gτ_k，满足互质条件；

(3)

对应的目标模糊距离为

(4)用

对

进行归一化，得到

分别如下

$X_1^{c_k}=\left[\frac{A_1^{c_k}}{d}\right],$ $X_2^{c_k}=\left[\frac{A_2^{c_k}}{d}\right],$ $...,x_{n_k}^{c_k}=\left[\frac{A_{n_k}^{c_k}}{d}\right]---\left(5\right)$

$X^{{c_k}^{\′}}=X_1^{c_k}\mathrm{mod}\left(d\right)=X_2^{c_k}\mathrm{mod}\left(d\right)=...=X_{n_k}^{c_k}\mathrm{mod}\left(d\right)---\left(6\right)$

其中，[·]表示四舍五入求整，

表示同余数；

(5)令b_i＝1；

(6)如果b_i满足等式

则执行(8)；否则执行(7)；

(7)b_i＝b_i+1，执行(6)条；

(8) $C_i=b_i\underset{j=1,j\≠i}{\overset{n_k}{\mathrm{\Π}}}{m}_j^{{c_k}^{\′}};$

(9)令

N＝i，利用式(1)求取

(10)令

T_G＝d，

按步骤3的(7)～(9)，得到第k组周期

对应的解模糊后的目标距离

(11)

周期所对应的最大不模糊距离为

$R_{C_k\max }=\left(\underset{j=1}{\overset{n_k}{\mathrm{\Π}}}{m}_j^{{c_k}^{\′}}\right)d=\left(b_i\underset{j=1,j\≠i}{\overset{n_k}{\mathrm{\Π}}}{m}_j^{{c_k}^{\′}}\right)\left(\frac{c{T}_G{\mathrm{\τ}}_k}{2}\right)---\left(7\right)$

$=\frac{c}{2}\left(b_i\underset{j=1,j\≠i}{\overset{n_k}{\mathrm{\Π}}}{m}_j^{{c_k}^{\′}}{T}_G{\mathrm{\τ}}_k\right)$

(12)

周期解模糊后的数据等效周期

为

$T_{C_k}=\underset{j=1}{\overset{n_k}{\mathrm{\Π}}}{m}_j^{{c_k}^{\′}}{T}_G{\mathrm{\τ}}_k---\left(8\right)$

(13)重复进行步骤4的(1)～(12)，分别得到每个周期分组的等效周期为

(通过这组等效周期，把步骤3所分的各组周期联系起来，进行下一步迭代解模糊)；

步骤5：迭代解模糊

(1)判断步骤4得到的

是否两两互质，如果不互质执行(2)，如果互质执行(3)；

(2)令

N＝c_k，执行步骤3和步骤4；

(3)执行步骤3中(2)～(9)，按照中国余数定理对最后一层的等效周期进行解模糊。

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