CN103105606B - 一种脉冲无源双基地雷达接收相干处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲无源双基地雷达接收相干处理方法，涉及无源雷达技术领域。该方法利用非相参雷达辐射源作为非合作照射源，采用频率同步跟踪、独立本振频率源与数字相位校正技术实现频率和相位同步，以获得动目标检测的相参处理性能。首先，直达波样本信号被送往频率同步跟踪分系统进行测频和本振跟踪，输出本振频率码给独立本振频率源，产生相应的第一本振和第二本振作为直达波和目标通道的二次下变频的混频本振，以实现频率同步；然后对中频直达波信号和回波信号进行中频直接采样，然后对采样后的信号进行数字鉴相，并将当前直达波脉冲的参考相位进行存储，并利用此参考相位对目标通道的后续的目标回波逐个进行相位校正，以实现相位同步。

Description

一种脉冲无源双基地雷达接收相干处理方法

一、技术领域

本发明属于无源雷达技术领域，尤其涉及一种利用非相参雷达辐射源作为非合作照射源，并能获得动目标检测的相参处理性能的接收相干处理技术。

二、背景技术

脉冲无源双基地雷达使用一部无源接收机通过来自非合作雷达辐射源的直达波和目标散射信号定位目标。接收机定位目标时本身不发射信号，因此就不会暴露接收机自身的位置。这种利用第三方非合作雷达辐射源信号定位目标的同时不被发现的能力在敌对环境中具有明显的优势。

近年来国内外对非合作式双基地雷达系统的研究在定位原理、系统同步和无源相干检测等核心技术上取得了一定的进展，并在外场试验中利用圆周机械扫描的常规脉冲雷达作为非合作照射源，以简单的非相参处理方式实现了目标的探测与跟踪。然而，如何利用脉冲体制的直达波与目标信号进行相关实现相参处理性能等问题一直是研究的难点。

脉冲无源双基地雷达的性能完全取决于非合作源的辐射信息掌握及利用的程度。目前高性能的数字化接收机等ESM技术及侦察雷达技术的发展已经具备对非合作源信息的准确获取条件，使得从直达脉冲中获取射频信号的频率和相位信息实现频率和相位同步成为可能，从而获得动目标检测的相参处理性能。

三、发明内容

1.要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：利用非相参雷达辐射源作为非合作照射源，从直达脉冲中获取发射信号的频率和相位信息实现频率和相位同步，以获得动目标检测的相参处理性能。

2.技术方案

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术措施：

提供一种脉冲无源双基地雷达接收相干处理方法，利用非相参雷达辐射源作为非合作照射源，采用频率同步跟踪、独立本振频率源与数字相位校正技术，从直达脉冲中获取发射信号的频率和相位信息实现频率和相位同步，以获得动目标检测的相参处理性能。

其中，所述的频率同步跟踪有两种方法：(1)如果辐射源的频率在相当一段时间内保持不变，则接收机的本振便设置在该辐射源的发射频率上；(2)如果该辐射源采用频率捷变技术，接收机就要从辐射源直达波信号中提取发射样品信号，并利用瞬时测频技术来确定辐射源的发射频率。

其中，所述的独立本振频率源是采用独立的、超高稳定度、低相噪的晶振作为本振频率源，而不是直接存储直达波信号作为本振，同时为了减少本振数目，采用了二次混频技术，对应输出第一本振和第二本振。

其中，所述的数字相位校正技术是对发射信号和回波信号分别进行鉴相，并对四路鉴相输出信号实施相位旋转，从而消除来自非相参雷达辐射源的随机初相和本振信号源、基准信号源的抖动相位。

3.有益效果

本发明的有益效果是：利用附近工作的敌方雷达作为无意识的非合作辐射源，只要敌方雷达开机，系统就能正常工作，完成对目标的定位，而不被敌方侦察系统如ESM系统发现。即使非合作雷达辐射源是非相参，如常规磁控管脉冲雷达，利用本发明的脉冲无源双基地雷达接收相干处理方法，仍然可获得动目标检测的相参处理性能。

四、附图说明

图1是本发明的实施原理示意图。

图2是数字相位校正原理示意图。

五、具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供一种脉冲无源双基地雷达接收相干处理方法，利用非相参雷达辐射源作为非合作照射源，采用频率同步跟踪、独立本振频率源与数字相位校正技术，从直达脉冲中获取发射信号的频率和相位信息实现频率和相位同步，以获得动目标检测的相参处理性能，整个方法的处理过程包括如下步骤：

(1)直达波样本信号和目标回波信号馈入接收机前端，经过限幅和低噪声放大之后，直达波样本信号被送往频率同步跟踪分系统进行测频和本振跟踪，输出本振频率码给独立本振频率源；

(2)独立本振频率源产生相应的第一本振和第二本振信号作为直达波通道和目标通道的二次下变频的混频本振；

(3)中频数字接收机对中频直达波样本信号和回波信号进行中频直接采样，然后对采样后的信号进行数字鉴相，得到正交的数字零中频信号，并将当前直达波脉冲的参考相位进行存储，并利用此参考相位对目标通道的后续的目标回波逐个进行相位校正。

频率同步系统的射频稳定度极为重要，因此以下几种射频同步的方法并不适合非合作模式下的频率同步。数字射频存储技术不可取，因为即使从照射源天线旁瓣获取直达波信息时，也需要同步信息。这种情况下，接收信号的信噪比很小，如果存储直达波信号作为本振，那么直达波信号的信噪比大小将限制目标的检测。采用脉冲锁相技术对照射源的直达波锁相后的信号作为本振的方案也不可行，因为低信噪比和多路径效应等因素会导致直达波信号相位紊乱。因为频率同步系统仅是利用现存的非合作照射源作为辐射源，所以也不能使用与主辐射源共用一个原子钟和其他高精度频率源。所以，本发明采用频率同步跟踪、独立本振频率源技术来实现频率同步。

图1中，所述的频率同步跟踪有两种方法：(1)直接从照射源搜索模式的报告中获取信号的射频频率值。如果该辐射源的频率在相当一段时间内保持不变，那么照射搜索模式所得到的射频频率值是有效的。此时，接收机的本振就设置在该辐射源的发射频率上。(2)如果该辐射源采用频率捷变技术，接收机就要从辐射源直达波信号中提取发射样品信号，并利用瞬时测频技术来确定辐射源的发射频率。在非合作工作模式下，将从直达波中提取发射样品信号，由瞬时测频接收机把射频变成二进制数码，再加上一个中频码作为地址码从存储器中取出相应地址的频率码，该数码经D/A变换成控制电压，使VCO产生比发射频率高一个中频值的本振频率信号送给接收机混频器，完成相应带宽范围内一定跟踪精度的频率跟踪。

图1中，所述的独立本振频率源是选择独立的、超高稳定度、低相噪的晶振作为本振频率源，而不是直接存储直达波信号作为本振。虽然非合作辐射源有多少射频工作频点，就需要多少个本振频点，但是接收机采用二次混频技术，可以很大程度地减少需要的本振数目，接收机在第一次变频时将射频波段分成多个子波段，然后对第一中频进行下变频。这种独立频率源技术给系统提供高稳定度且频谱纯净的本振，但是本振的相位，实际上是它的频率，不同于主辐射源。

图1中，所述的数字相位校正技术是将当前直达波脉冲的参考相位进行存储，并利用此参考相位对目标通道的后续的目标回波逐个进行相位校正。通过对发射信号和回波信号分别进行混频、鉴相，并对四路鉴相输出信号实施相位旋转，从而消除来自非相参雷达辐射源的随机初相和本振信号源、基准信号源的抖动相位。利用这种接收相参处理技术来提高接收回波的相干性，以便于对目标通道后续的动目标处理。

如图2所示，为数字相位校正原理示意图。通过对发射信号和回波信号分别进行混频、鉴相，并对四路鉴相输出信号实施相位旋转，实现系统相参。其工作原理如下：

直达波信号与本振源输出信号混频所产生的直达波中频信号，经鉴相器相位检波后，两路直达波视频输出信号为：

I_直达波＝Acos(φ-φ_L+φ₀)＝Acosα     (1)

Q_直达波＝Asin(φ-φ_L+φ₀)＝Asinα     (2)

其中，φ为基准信号源初相，φ_L为本振信号源初相，φ₀为发射信号的随机初相。

目标回波信号与本振源输出信号混频所产生的目标回波中频信号，经鉴相器相位检波后，两路目标回波视频输出信号为：

I_目标回波＝Bcos(φ-φ_L+φ₀-ω_dt_r)＝Bcos(α-ω_dt_r)    (3)

Q_目标回波＝Bsin(φ-φ_L+φ₀-ω_dt_r)＝Bsin(α-ω_dt_r)       (4)

其中：

${\mathrm{\ω}}_d{t}_r={\mathrm{\ω}}_d\·\frac{2R\left(t\right)}{C}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\·2R\left(t\right)=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\·2(R-V_{r}t)---\left(5\right)$

式中，V_r为目标相对于雷达站的径向速度。

对直达波和目标回波视频输出信号进行数字相位校正运算，可获得下式：

I＝Acosα·Bcos(α-ω_dt_r)+Asinα·Bsin(α-ω_dt_r)＝A·Bcosω_dt_r    (6)

Q＝Asinα·Bcos(α-ω_dt_r)-Acosα·Bsin(α-ω_dt_r)＝A·Bsinω_dt_r    (7)

由此可见，对目标回波视频输出信号进行与直达波相关的相位旋转后，来自发射信号的随机初相、本振信号源的抖动相位、基准信号源的抖动相位均完全得到消除，数学合成并用于多卜勒处理的正交I/Q两路信号仅保留反映目标运动特性的相位信息。

因此，相位校正的计算可以采用如下公式：

I_校正＝I_直达波·I_目标回波+Q_直达波·Q_目标回波       (8)

Q_校正＝Q_直达波·I_目标回波-I_直达波·Q_目标回波       (9)

采用数字相位校正技术，有效地实现了回波信号的接收相参处理。在此基础上，就可以采用和相参脉冲雷达一样的相参信号处理方法。

Claims (4)

1.一种脉冲无源双基地雷达接收相干处理方法，其特征在于：利用非相参雷达辐射源作为非合作照射源，采用频率同步跟踪、独立本振频率源与数字相位校正技术，从直达脉冲中获取发射信号的频率和相位信息实现频率和相位同步，以获得动目标检测的相参处理性能，整个方法的处理过程包括如下步骤：

(1)直达波样本信号和目标回波信号馈入接收机前端，经过限幅和低噪声放大之后，直达波样本信号被送往频率同步跟踪分系统进行测频和本振跟踪，输出本振频率码给独立本振频率源；

(2)独立本振频率源产生相应的第一本振和第二本振信号作为直达波通道和目标通道的二次下变频的混频本振；

(3)中频数字接收机对中频直达波样本信号和回波信号进行中频直接采样，然后对采样后的信号进行数字鉴相，得到正交的数字零中频信号，并将当前直达波脉冲的参考相位进行存储，并利用此参考相位对目标通道的后续的目标回波逐个进行相位校正。

2.如权利要求1所述的脉冲无源双基地雷达接收相干处理方法，其特征在于所述的频率同步跟踪有两种方法：(1)如果辐射源的频率在相当一段时间内保持不变，则接收机的本振便设置在该辐射源的发射频率上；(2)如果该辐射源采用频率捷变技术，接收机就要从辐射源直达波信号中提取发射样品信号，并利用瞬时测频技术来确定辐射源的发射频率。

3.如权利要求1所述的脉冲无源双基地雷达接收相干处理方法，其特征在于所述的独立本振频率源是采用独立的、超高稳定度、低相噪的晶振作为本振频率源，而不是直接存储直达波信号作为本振，同时为了减少本振数目，采用了二次混频技术，对应输出第一本振和第二本振。

4.如权利要求1所述的脉冲无源双基地雷达接收相干处理方法，其特征在于所述的数字相位校正技术是对发射信号和回波信号分别进行鉴相，并对四路鉴相输出信号实施相位旋转，从而消除来自非相参雷达辐射源的随机初相和本振信号源、基准信号源的抖动相位，相位校正的计算基于如下公式：

I_校正＝I_直达波·I_目标回波+Q_直达波·Q_目标回波

Q_校正＝Q_直达波·I_目标回波-I_直达波·Q_目标回波

其中，I_直达波、Q_直达波、I_目标回波和Q_目标回波为直达波和目标回波经过鉴相输出的正交I/Q信号，I_校正和Q_校正为经过数字相位校正之后的正交I/Q信号。