CN103064068A - 一种组间参差重复周期脉间二相编码脉冲串雷达波形 - Google Patents

Abstract

一种组间参差重复周期脉间二相编码脉冲串雷达波形,其特征在于脉冲波形有3种不同的脉冲重复间隔PRI,它包括T_r1a、T_r1b和T_r1c，脉冲波形还有三种不同的序列重复间隔SRI，它包括T_r2a、T_r2b和T_r2c；U_i代表在一个脉冲内的编码，其中i=0,...L-1,L等于编码序列长度；R_j代表接收回波的采样间隔，j=0,…N-1,N等于回波距离门的个数；T_p代表脉宽，t_b代表码宽，脉宽T_p等于L·t_b；R_j等于t_b,所以,脉冲重复间隔PRI的T_r等于t_b，即L+N经过编码的脉冲被等间隔地循环发射，相邻两个脉冲的间隙用于接收；本发明解决了均匀脉间相位编码脉冲串的盲区问题，同时具有均匀脉间相位编码脉冲串高距离分辨率、高多普勒分辨率、低发射功率等所有优点。

Description

一种组间参差重复周期脉间二相编码脉冲串雷达波形

技术领域

本发明涉及一种雷达波形，尤其涉及一种组间参差重复周期脉间二相编码脉冲串雷达波形。 

背景技术

参差脉冲串常常被用在动目标显示雷达(Moving Target Indication (MIT) Radar)和中等脉冲重复频率雷达(Medium Pulse Repetition Frequency (MPRF) Radar)中，前者以脉间参差(pulse-to-pulse PRI staggering)的形式，而后者以组间参差(batch-to-batch PRI diversity)的形式。这些技术都是为了扩大雷达的无模糊探测距离和无模糊多普勒范围，并减小测距和测速盲区。例如，在MPRF雷达中，当存在远距离目标，其回波延时大于脉冲重复间隔PRI时，便会产生测距模糊。常用的解决方法是在一个驻留(Dwell)期间，采用几个不同的PRI探测。PRI的选择采用余数定理、主次PRF选择法、M/N选择法或其它更为高效的方法。但这些方法只能提供有限的多普勒分辨率。例如，一个1秒驻留时间内包含10种不同的PRI,平均到每种PRI只有0.1秒的相干累积时间，对应10Hz的多普勒分辨率。但10Hz的多普勒分辨率在一些应用，如电离层探测中是不够的，至少要1Hz左右。目前的电离层探测雷达常用的脉间相位编码脉冲串具有高距离分辨率、高多普勒分辨率、大无模糊探测距离、高编码增益、低发射功率等优点。由于该波形的脉冲间隔是均匀的，在单站雷达体制下不可避免的存在探测盲区，这些盲区均匀地分布在探测距离门上。这些盲区将影响探测效果。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种组间参差重复周期脉间二相编码脉冲串雷达波形，它解决了均匀间隔脉间相位编码脉冲串的盲区问题。 

本发明是这样来实现的，一种组间参差重复周期脉间二相编码脉冲串雷达波形，其特征在于,脉冲波形有3种不同的脉冲重复间隔(PRI) (T_r1a、T_r1b、T_r1c)和序列重复间隔(SRI) (T_r2a、T_r2b、T_r2c)。U_i(i=0,...L-1, L 等于编码序列长度)代表在一个脉冲内的编码。R_j(j=0,…N-1,N等于回波距离门的个数)代表接收回波的采样间隔。T_p代表脉宽，t_b代表码宽，因此脉宽（PW）T_p等于L·t_b。一般来说，R_j 等于 t_b, 脉冲重复间隔PRI等于T_p ·N，即在每个序列重复间隔SRI内L个经过编码的脉冲被等间隔地循环发射，相邻两个脉冲的间隙用于接收。(波形时序及参数见图1和表一)。 

本发明的技术效果是：本发明解决了均匀脉间相位编码脉冲串的盲区问题，同时具有均匀脉间相位编码脉冲串高距离分辨率、高多普勒分辨率、大无模糊探测距离、高编码增益、低发射功率等所有优点。该波形适合电离层探测雷达中远距离目标的无盲区探测。 

附图说明

图1为本发明雷达波形产生过程原理图。 

图2为本发明波形产生时序控制图。 

图3为本发明组间参差重复周期脉间二相编码脉冲串的时序图。 

图4为：垂测扫频图1（3-9MHz,100KHz步进，63位m序列编码），左半部分：“常规波形”Wave-A1；右半部分：“参差波形”Wave-B1。 

图5为：垂测扫频图2（3-9MHz,100KHz步进，64位WG序列编码），左半部分：“常规波形”Wave-A2；右半部分：“参差波形”Wave-B2。 

具体实施方式

下面结合附图和实施过程对本发明做详细阐述； 

（1）波形产生过程

参看附图1，WIISS采用脉间二相编码间隔收发体制，其探测波形产生过程如图1所示。U(n)为具有良好周期自相关性的序列，如m序列、WG序列等。U(n)的自相关函数记为:

                             

   公式 1

根据公式1中的

是否对序列长度L取模；

依据这些序列构造的间隔收发雷达的发射信号波形为：

                                                       

公式 2

(其中

表示取整运算，   表示对L的求模运算，T_c表示两个码元的间隔，T表示每个码元的维持时间)WIISS系统在3~30MHz频段内对电离层进行探测，采用间隔收发的方法，把特定序列调制到一定频率的载波上发射出去，然后对回波进行接收,每发射一个特定序列码元，就接收一定量的数据，当发射完一个周期后，就得到一单元的可以处理的数据。这里有一个首周期问题，即在每个频率点上把特定序列连续发射2个周期，在第一个发射周期中，天线接收到的信号并未携带层我们需要的码元信息，因而接收到的数据不能用来分析电离层的特性，在第二个发射周期中，接收到的数据有效，相应地就可以得到一组接收码（称一块数据），利用接收到的数据，就可以分析电离层散射函数和P-F曲线等特性；

（2）波形产生方法

WIISS采用VXI总线技术，结合软件无线电思想，设计成为基于VXI总线的全相参软件化电离层探测系统。它主要由PC机、发射通道、接收机、接收和发射天线、频率源，以及一个固态发射机组成。PC机设置好探测参数后，通过PCI-1394总线与VXI机箱零槽主控制器通信，再经VXI内部总线与发射通道相连。发射通道在PC机的控制下，根据探测参数，输出探测信号到固态发射机。固态发射机采用脉冲工作模式，它受发射通道中控制模块的控制，即当来自控制模块的控制发射机状态(TP)的信号为高电平时，发射机发射信号；TP为低电平时，发射机停止发射。经发射机放大后的信号用对数周期天线斜着向电离层发射出去。回波信号被天线接收后，经接收机模拟前端滤波、放大和下变频后，变成中频信号。再通过A/D转换器变换成数字中频，经数字下变频后输出基带I/Q信号。然后，基带I/Q信号被送到DSP做相关等一系列处理，被读进PC机作进一步的处理。最后，在PC机探测界面上显示出探测结果，并在PC机中保存好探测数据。

WIISS系统采用收发共用天线体制，接收机与发射机共用一部天线，发射机和接收机不能同时工作，为了切换天线的工作状态和保护接收机，用一个天线开关来控制接收机和发射机的状态。在发射机开始发射时，使接收机前端处于关断状态；在发射结束后，才能打开接收机进行接收，接收机接收完毕后关断接收机，然后才能打开发射机再次发射探测信号，如此周而复始（见图2）。FSR为系统时序。TR信号和TP信号分别控制接收机和发射机的状态，MA和MP分别是送往调制电路板的调幅信号和调相信号。从接收机关断到发射机打开的时间t_{d_RP}和从发射机关断到接收机打开的时间t_{d_PR}分别是由PC机控制，参看附2。 

 2、波形描述与实施例 

（1）波形描述：

如图3的组间参差重复周期脉间二相编码脉冲串（Bi-phase inter-pulse coded coherent pulse train with batch-to-batch diverse PRI）（在下文中简称“参差波形”）的时序。图中有3种不同的脉冲重复间隔(PRI) (T_r1a、T_r1b、T_r1c)和序列重复间隔(SRI) (T_r2a、T_r2b、T_r2c)。U_i(i=0,...L-1, L 等于编码序列长度)代表在一个脉冲内的编码。R_j(j=0,…N-1,N等于回波距离门的个数)代表接收回波的采样间隔。T_p代表脉宽，t_b代表码宽，因此脉宽（PW）T_p等于L·t_b。一般来说，R_j 等于 t_b, 所以, 脉冲重复间隔PRI等于T_p ·N，即在每个序列重复间隔SRI内L个经过编码的脉冲被等间隔地循环发射，相邻两个脉冲的间隙用于接收 (波形时序及参数见图1和表一)和ATC编码类似，选择尽量接近的3种不同的PRI。这样便于用FFT得到较好的谱估计。

波形参数见表1,同均匀间隔脉间相位编码脉冲串（在下文中简称 “常规波形”）一样，每种SRI的前L-1个回波包含了不完整的距离信息，须丢弃。具有完整距离信息的回波从第2个序列周期开始接收到。因此，太多的PRI会导致雷达能量的浪费。但太少的PRI会使雷达能量在距离门上分配不均。因此，相比“常规波形”，这种“参差波形”基本能实现距离上的无盲区探测（距离盲区仅存在于0距离门，及T_r1a、T_r1b、T_r1c对应电波传播距离的最小公倍数上，但对于实际探测的影响是微不足道的）。和“常规波形”一样，这种“参差波形”必须循环发射以实现编码序列的周期自相关性Periodic Autocorrelation Function (PACF)（在图1中，只显示了每种PRI的第一个SRI,请注意第一个SRI后的省略号）。为了实现高多普勒分辨率，这种“参差波形”必须进行相干探测，即在一个相干累积时间CPI内发射完毕 

 

（2）实施例： 

开环试验在武汉大学电离层实验室最近开发的武汉电离层综合探测系统Wuhan Ionosphere Integrated Sounding System (WIISS)^[51][52]中完成。WIISS是一套多功能的电离层探测监测系统，能完成电离层垂直探测、斜向探测、斜向返回探测及频谱检测等功能。

WIISS主要系统参数如下： 

发射功率                      200W（典型值）；

  工作频率范围                  3-30MHz；

码宽                          25.6μs （最小）；

          接收机带宽                   39.0625 kHz；

          探测距离                     3.84~3000 Km；

          径向距离分辨率               3.84 km （最小）；

              工作模式                    定频探测/扫频探测；

进行电离层雷达垂直扫频探测试验，在本实验中，这四种波形简称Wave-A1、Wave-A2、Wave-B1、Wave-B2，它们的具体波形参数见表1。每种波形轮替测试。一次完整试验（每种波形测完一遍）在10分钟内完成。在大多数情况下，10分钟内中纬电离层变化及其微小。整个实验持续了90分钟。典型测试结果显示在图4和图5中。测试频率范围：3-9MHz，100KHz步进。每频点测试64次（N=64）。彩色滑动条的颜色代表相应SNR(dB)。阈值设为0dB。探测时间为：2010年2月11日，始于13时44分，止于13时54分。探测地点为：武汉大学湖滨。

 在图4中，左半部分为63位m序列编码的“常规波形”，即Wave-A1; 右半部分为63位m序列编码的“参差波形”，即Wave-B1。在图5中，左半部分为64位WG序列编码的“常规波形”，即Wave-A2; 右半部分为64位WG序列编码的“参差波形”，即Wave-B2。这些电离图都是经过脉冲压缩和相干累积得到。在Wave-B1的时序下，

，

，，这些SRI的差别为

，而中高纬地区电离层相干累积时间一般为10s到600s，因此这些SRI差别可近似看作采样时间间隔的抖动。所以，可以用FFT得到较好的谱估计，图4和图5就显示了很好的效果。 

图4，在左半部分，探测盲区对应的“条纹”均匀分布在距离门上，遮蔽了不少有用信息。但是在右半部分，这些“条纹”被去除了。很显然，图中右半部分较左半部分有更好的探测效果，这归因于Wave-A1相对Wave-B1的无盲区探测特性。图5的左右半部分也有类似的探测效果。 

Claims (1)

1.一种组间参差重复周期脉间二相编码脉冲串雷达波形,其特征在于脉冲波形有3种不同的脉冲重复间隔PRI,它包括 T_r1a、T_r1b和T_r1c，脉冲波形还有三种不同的序列重复间隔SRI，它包括T_r2a、T_r2b和T_r2c；U_i代表在一个脉冲内的编码，其中i=0,...L-1, L 等于编码序列长度；R_j代表接收回波的采样间隔，j=0,…N-1,N等于回波距离门的个数；T_p代表脉宽；R_j 等于 t_b，所以，脉冲重复间隔PRI等于T_p ·N，即在每个序列重复间隔SRI内L个经过编码的脉冲被等间隔地循环发射，相邻两个脉冲的间隙用于接收。

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