CN102841349A - 基于拉盖尔基带信号的距离、速度探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于拉盖尔基带信号的距离、速度探测方法，用于解决现有雷达第二次发送信号需要等待接收到第一次发送信号回波而造成探测速度低的技术问题。技术方案是采用连续发送一串拉盖尔基带信号，通过回波有效认证后再对一串拉盖尔基带信号的回波积分进行信号间的解码，将不同时间发送的基带信号回波分离处理。提高了雷达的探测效率。

Description

基于拉盖尔基带信号的距离、速度探测方法

技术领域

本发明属于雷达跟踪性能领域，特别是涉及一种基于拉盖尔基带信号的距离、速度探测方法。

背景技术

雷达是利用微波波段电磁波探测目标的电子设备，在现代战争作战指挥系统中是获取信息的探测手段，是收集各种军事情报的传感器，它具有发现目标距离远、测定目标坐标和其他参数速度快、能全天候工作等特点；雷达系统装在飞机、舰船、战车、导弹等各类作战平台上时，成为武器装备对目标实施精确打击的保证，是发挥其作战性能的倍增器；雷达在军事上广泛应用于警戒、引导、武器控制、侦察、测量、航行保障、敌我识别和气象观测等方面，是一种重要的军用电子技术装备；雷达的分类有多种方式，按照所在平台划分有地面雷达、机载雷达等；按照工作波长划分有米波雷达、微波雷达等；按照用途划分有对空情报雷达、测量雷达、预警雷达、气象雷达、火控或炮瞄雷达、地炮雷达、制导雷达等；按照测量的目标参数划分有两坐标雷达、三坐标雷达等；按照信号形式划分有脉冲雷达、连续波雷达等；各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括五个基本组成部分：发射机、发射天线、接收机、接收天线以及显示器；还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备、辅助设备等；雷达所起的作用和眼睛相似，其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体碰到电磁波后反射；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息，如目标物体至雷达的距离、距离变化率或径向速度、方位、高度等；  测量距离实际是测量发射信号与回波信号之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离；测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量，测量仰角靠窄仰角波束测量，根据仰角和距离就能计算出目标高度；测量速度是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应原理；雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率；从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率；当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标；雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力；因此，它不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展如气象预报、资源探测、环境监测和科学研究如天体研究、大气物理、电离层结构研究等；星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感领域中十分重要的传感器，以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状，其空间分辨力可达几米到几十米，且与距离无关；雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。然而，在雷达测量距离时通常需要等待接收到当前测量发射信号的回波信号后再发送下一个测量发射信号，由测量发射信号与回波信号之间的时间差计算距离；这种方案探测速度低，严重制约雷达性能的发挥。

发明内容

为了克服现有雷达第二次发送信号需要等待接收到第一次发送信号回波而造成探测速度低的不足，本发明提供一种基于拉盖尔基带信号的距离、速度探测方法。该方法采用连续发送一串拉盖尔基带信号，通过回波有效认证后再对一串拉盖尔基带信号的回波积分进行信号间的解码，将不同时间发送的基带信号回波分离处理，可以提高雷达的探测效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于拉盖尔基带信号的距离、速度探测方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、发送信号为：

$\underset{i=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ξ}}_i\left\{\mathrm{i\ω}\right[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-\underset{j=-n}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})\left]\right\}\left\{u\right[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-\underset{j=-n}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})]-$

$u[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-\underset{j=-n}{\overset{i+1}{\mathrm{\Σ}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})]\}$

式中，

$\left.\begin{array}{c}{\mathrm{\ξ}}_1\left(\mathrm{\ωt}\right)=1-\mathrm{\ωt}\\ {\mathrm{\ξ}}_2\left(\mathrm{\ωt}\right)=1-2\mathrm{\ωt}+0.5{\left(\mathrm{\ωt}\right)}^2\\ .\\ .\\ .\\ (i+1){\mathrm{\ξ}}_{i+1}\left(\mathrm{\ωt}\right)=(1+2i-\mathrm{\ωt}){\mathrm{\ξ}}_i\left(\mathrm{\ωt}\right)-i{\mathrm{\ξ}}_{i-1}\left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right\}$ i=2，3，…，n-1

为拉盖尔正交多项式的递推形式，ω为角频率，t≥0为时间，n为整数，

$u\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<0\\ 0& t\&GreaterEqual;0\end{array}\right.,$

T_inij为ξ_j(jωt)的起始标识符持续时间，T_endj为ξ_j(jωt)的结尾标识符持续时间，T_j为ξ_j(jωt)信号的持续周期；

编码方式为：ξ₁(ωt)的起始标识符、ξ₁(ωt)、ξ₁(ωt)的结尾标识符、…ξ_i(iωt)的起始标识符、ξ_i(iωt)、ξ_i(iωt)的结尾标识符、…、ξ_n(nωt)的起始标识符、ξ_n(nωt)、ξ_n(nωt)的结尾标识符；

步骤二、通过回波信号认证ξ_i(iωt)的起始标识符和结尾标识符及回波时间；

步骤三、根据函数

${\&Integral;}_{t_0}^{t_1}{\mathrm{\&phi;}}^2\left(t\right)\mathrm{dt}={\&Integral;}_{t_0}^{t_1}{\mathrm{\&psi;}}^2\left(t\right)\mathrm{dt}$

对目标运动的速度、回波时间进行估计；

式中，φ(t)为雷达探测的回波函数，

$\mathrm{\&psi;}\left(t\right)=\underset{i=-n}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&xi;}}_i\left\{(1+\mathrm{signr}\frac{{2v}_{\mathrm{ri}}}{c})\mathrm{\&omega;}\right[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-{\mathrm{\&Delta;T}}_j-\underset{j=-n}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})\left]\right\}\&CenterDot;$

$\left\{u\right[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-{\mathrm{\&Delta;T}}_j-\underset{j=-n}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})]-u[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-{\mathrm{\&Delta;T}}_j-\underset{j=-n}{\overset{i+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})\left]\right\}$

ΔT_j为接收到ξ_j(jωt)信号的时间延迟，c为光速，定义雷达视线与目标速度矢量之间的夹角为θ，v_ri=v_i cosθ，v_i是第i次波探测的目标相对雷达速度矢量的幅度，当目标靠近雷达运动时，雷达与目标之间距离减小，其回波频率等于发射频率加上多普勒频移即signr=1，回波频率大于发射信号频率；反之，当目标远离雷达运动时，雷达与目标之间距离增大，其回波频率等于发射频率减去多普勒频移，即signr=-1回波频率小于发射信号频率；当目标静止不动时，不出现多普勒效应，即signr=0。

本发明的有益效果是：由于采用连续发送一串拉盖尔基带信号，通过回波有效认证后再对一串拉盖尔基带信号的回波积分进行信号间的解码，将不同时间发送的基带信号回波分离处理，提高了雷达的探测效率。

下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

具体实施方式

本发明基于拉盖尔基带信号的距离、速度探测方法具体步骤如下：

1、发送信号为：

$\underset{i=-n}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&xi;}}_i\left\{\mathrm{i\&omega;}\right[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-\underset{j=-n}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})\left]\right\}\left\{u\right[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-\underset{j=-n}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})]-$

$u[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-\underset{j=-n}{\overset{i+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})]\}$

其中：

$\left.\begin{array}{c}{\mathrm{\&xi;}}_1\left(\mathrm{\&omega;t}\right)=1-\mathrm{\&omega;t}\\ {\mathrm{\&xi;}}_2\left(\mathrm{\&omega;t}\right)=1-2\mathrm{\&omega;t}+0.5{\left(\mathrm{\&omega;t}\right)}^2\\ .\\ .\\ .\\ (i+1){\mathrm{\&xi;}}_{i+1}\left(\mathrm{\&omega;t}\right)=(1+2i-\mathrm{\&omega;t}){\mathrm{\&xi;}}_i\left(\mathrm{\&omega;t}\right)-i{\mathrm{\&xi;}}_{i-1}\left(\mathrm{\&omega;t}\right)\end{array}\right\}$ i=2，3，…，n-1

为拉盖尔正交多项式的递推形式，ω为角频率，t≥0为时间，

$u\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<0\\ 0& t\&GreaterEqual;0\end{array}\right.,$

T_inij为ξ_j(jωt)的起始标识符持续时间，T_endj为ξ_j(jωt)的结尾标识符持续时间，T_j为ξ_j(jωt)信号的持续周期，全文符号定义相同；

编码方式为：ξ₁(ωt)的起始标识符、ξ₁(ωt)、ξ₁(ωt)的结尾标识符、…ξ_i(iωt)的起始标识符、ξ_i(iωt)、ξ_i(iωt)的结尾标识符、…、ξ_n(nωt)的起始标识符、ξ_n(nωt)、ξ_n(nωt)的结尾标识符；

2、通过回波信号认证ξ_i(iωt)的起始标识符和结尾标识符及回波时间；

3、根据函数

$\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&phi;}}^2\left(t\right)\mathrm{\&Delta;t}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&psi;}}^2\left(t\right)\mathrm{\&Delta;t}$

可以对目标运动的速度、回波时间进行估计；

其中，φ(t)为雷达探测的回波函数，Δt=(t₁-t₀)/M，M为整数；

$\mathrm{\&psi;}\left(t\right)=\underset{i=-n}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&xi;}}_i\left\{(1+\mathrm{signr}\frac{{2v}_{\mathrm{ri}}}{c})\mathrm{\&omega;}\right[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-{\mathrm{\&Delta;T}}_j-\underset{j=-n}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})\left]\right\}\&CenterDot;$

$\left\{u\right[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-{\mathrm{\&Delta;T}}_j-\underset{j=-n}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})]-u[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-{\mathrm{\&Delta;T}}_j-\underset{j=-n}{\overset{i+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})\left]\right\}$

ΔT_j为接收到ξ_j(jωt)信号的时间延迟，c为光速，定义雷达视线与目标速度矢量之间的夹角为θ，v_ri=v_i cosθ，v_i是第i次波探测的目标相对雷达速度矢量的幅度，当目标靠近雷达运动时，雷达与目标之间距离减小，其回波频率等于发射频率加上多普勒频移即signr=1，回波频率大于发射信号频率；反之，当目标远离雷达运动时，雷达与目标之间距离增大，其回波频率等于发射频率减去多普勒频移，即signr=-1回波频率小于发射信号频率；当目标静止不动时，不出现多普勒效应，即signr=0。

Claims (1)

1.一种基于拉盖尔基带信号的距离、速度探测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、发送信号为：

$\underset{i=-n}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&xi;}}_i\left\{\mathrm{i\&omega;}\right[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-\underset{j=-n}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})\left]\right\}\left\{u\right[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-\underset{j=-n}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})]-$

$u[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-\underset{j=-n}{\overset{i+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})]\}$

式中，

$\left.\begin{array}{c}{\mathrm{\&xi;}}_1\left(\mathrm{\&omega;t}\right)=1-\mathrm{\&omega;t}\\ {\mathrm{\&xi;}}_2\left(\mathrm{\&omega;t}\right)=1-2\mathrm{\&omega;t}+0.5{\left(\mathrm{\&omega;t}\right)}^2\\ .\\ .\\ .\\ (i+1){\mathrm{\&xi;}}_{i+1}\left(\mathrm{\&omega;t}\right)=(1+2i-\mathrm{\&omega;t}){\mathrm{\&xi;}}_i\left(\mathrm{\&omega;t}\right)-i{\mathrm{\&xi;}}_{i-1}\left(\mathrm{\&omega;t}\right)\end{array}\right\}$ i=2，3，…，n-1

为拉盖尔正交多项式的递推形式，ω为角频率，t≥0为时间，n为整数，

$u\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t<0\\ 0& t\&GreaterEqual;0\end{array}\right.,$

T_inij为ξ_j(jωt)的起始标识符持续时间，T_endj为ξ_j(jωt)的结尾标识符持续时间，T_j为ξ_j(jωt)信号的持续周期；

编码方式为：ξ₁(ωt)的起始标识符、ξ₁(ωt)、ξ₁(ωt)的结尾标识符、…ξ_i(iωt)的起始标识符、ξ_i(iωt)、ξ_i(iωt)的结尾标识符、…、ξ_n(nωt)的起始标识符、ξ_n(nωt)、ξ_n(nωt)的结尾标识符；

步骤二、通过回波信号认证ξ_i(iωt)的起始标识符和结尾标识符及回波时间；

步骤三、根据函数

${\&Integral;}_{t_0}^{t_1}{\mathrm{\&phi;}}^2\left(t\right)\mathrm{dt}={\&Integral;}_{t_0}^{t_1}{\mathrm{\&psi;}}^2\left(t\right)\mathrm{dt}$

对目标运动的速度、回波时间进行估计；

式中，φ(t)为雷达探测的回波函数，

$\mathrm{\&psi;}\left(t\right)=\underset{i=-n}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&xi;}}_i\left\{(1+\mathrm{signr}\frac{{2v}_{\mathrm{ri}}}{c})\mathrm{\&omega;}\right[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-{\mathrm{\&Delta;T}}_j-\underset{j=-n}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})\left]\right\}\&CenterDot;$

$\left\{u\right[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-{\mathrm{\&Delta;T}}_j-\underset{j=-n}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})]-u[t+(T_{\mathrm{ini}(-n)}+T_{-n})-{\mathrm{\&Delta;T}}_j-\underset{j=-n}{\overset{i+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_{\mathrm{inij}}+T_j+T_{\mathrm{endj}})\left]\right\}$

ΔT_j为接收到ξ_j(jωt)信号的时间延迟，c为光速，定义雷达视线与目标速度矢量之间的夹角为θ，v_ri=v_i cosθ，v_i是第i次波探测的目标相对雷达速度矢量的幅度，当目标靠近雷达运动时，雷达与目标之间距离减小，其回波频率等于发射频率加上多普勒频移即signr=1，回波频率大于发射信号频率；反之，当目标远离雷达运动时，雷达与目标之间距离增大，其回波频率等于发射频率减去多普勒频移，即signr=-1回波频率小于发射信号频率；当目标静止不动时，不出现多普勒效应，即signr=0。