CN104375139B - 一种基于一维集方法的脉冲多普勒雷达改进测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于一维集方法的脉冲多普勒雷达改进测距方法，其步骤为：建立查找表，令查找表中的每个数值取0；得出雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的视在距离门限s_i和最大模糊度f_i；根据目标回波信号得出雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的视在距离x_i；对视在距离门限s_i对应的最大模糊度f_i进行更新，得到更新后的视在距离门限s_i对应的最大模糊度f_xi；出距离单元序号集合距离单元序号集合中第q个元素r_iq为：r_iq＝q*q_i+x_i，q＝0,1,2...f_xi；令查找表中第i行第R_i列的数值更新为1，R_i＝r_i0,r_i1,r_i2...,令j依次取1至N，如查找表中第j列的所有数值之和y_j大于或等于L，则得出目标与脉冲多普勒雷达的距离A。

Description

一种基于一维集方法的脉冲多普勒雷达改进测距方法

技术领域

本发明属于脉冲多普勒解距离模糊技术领域，特别涉及一种基于一维集方法的脉冲多普勒雷达改进测距方法，适用于实际工程应用。

背景技术

一直以来，解距离模糊是脉冲多普勒雷达特有的功能。脉冲多普勒雷达是利用信号频域特性分辨和检测目标的脉冲雷达，脉冲多普勒雷达的这种信号处理方式可获得近于最佳的信噪比，及较精确的目标距离和径向速度数据，有良好的杂波抑制性能，在雷达上尤其在机载雷达上得到了越来越广泛的应用。

脉冲多普勒雷达由于在工作周期内交替发送多种频率的脉冲，使得每种脉冲的最大不模糊距离都远小于雷达探测距离，导致低、中、高重频的脉冲多普勒雷达在速度和距离上产生不同程度的模糊。解模糊技术是脉冲多普勒雷达的关键技术，采用合理而快速的方法对保证目标的检测概率和降低虚警率都有重要意义。

解决脉冲多普勒解模糊问题，主要有两种方法：

1)一维集方法。一维集方法的实质是利用穷举法解脉冲重复频率的同余方程组。即列举出对应当前目标视在距离的所有可能的真实距离，按照脉冲重复频率的不同将计算的真实距离分组，并从小到大依次排列，从每组结果各抽出一个组成所有可能的真实距离集合，分别计算各集合的均值和方差，方差值最小的集合即为最优解，其均值则为真实距离解。一维集方法可以准确地求出目标的真实距离值，但由于涉及求均值和方差，在数据量大的时候，尤其当目标的模糊度大时，计算量相当大，在工程中难以满足实时信号处理的要求。

2)查表法。首先确定脉冲重复频率及其个数、测距精度和测距范围，再在雷达威力范围内按不模糊距离单元由小到大的顺序建立表格，表格的内容为根据中国余数定理算出的所有不模糊距离单元所对应的各个脉冲重复频率的视在距离单元号。查表法简单易行，但随着目标的测距范围增大，存储空间需求快速膨胀，在查表过程中会根据距离单元的划分程度，可能会浪费大量时间在不必要的距离值上。

上述方法中，一维集方法随着测距范围的增大计算量呈指数增加，时间消耗量大；查表法随着测距范围增大存储空间需求量呈指数增大，对硬件存储能力要求高，当存储空间不足时测距精度就会相应降低。因此在处理距离解模糊问题的过程中，由于时间和存储空间的限制，现有的各种测距方法实效性差，不再适用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于一维集方法的脉冲多普勒雷达改进测距方法，以进一步降低运算量和数据存储量，同时保证测距精度。

为实现上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤1，根据脉冲多普勒雷达发射信号的每个脉冲重复频率和脉冲多普勒雷达的每个距离单元，建立查找表；所述查找表的每行对应脉冲多普勒雷达发射信号的一个脉冲重复频率，所述查找表的每列对应脉冲多普勒雷达的一个距离单元；令查找表中的每个数值取0；

步骤2，令i＝1,2,...,K，K表示脉冲多普勒雷达发射信号的脉冲重复频率的个数；得出脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的视在距离门限s_i和视在距离门限s_i对应的最大模糊度f_i；

步骤3，利用脉冲多普勒雷达向目标发射电磁波，获得对应的目标回波信号；根据目标回波信号得出脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的视在距离x_i；

步骤4，根据视在距离门限s_i和视在距离门限s_i对应的最大模糊度f_i，得到目标的视在距离单元的序号x_i所对应的最大模糊度f_xi：

$f_{\mathrm{xi}}=\left\{\begin{array}{cc}{f}_i,& x_i>s_i\\ f_i-1,& x_i\≤s_i\end{array}\right.$

得出距离单元序号集合距离单元序号集合中第q个元素r_iq为：r_iq＝q*q_i+x_i，q＝0,1,2...f_xi；

令查找表中第i行第R_i列的数值更新为1，步骤5，令j依次取1至N，如果查找表中第j列的所有数值之和y_j大于或等于L，则得出目标与脉冲多普勒雷达的距离A，A＝j*c'，c'表示脉冲多普勒雷达的测距精度，L为设定的整数且K>L≥K/2。

本发明的有益效果为：

1)本发明对查表法的存储方式进行优化，并用于解决了一维集方法计算量大的问题，简化了计算流程，有效提高了方法的性能。

2)本发明在测距范围大的时候更具有优势，由于查找表所需的存储空间非常小，大大缩短了查表的运算周期，也可以避免存储空间对查表精度的限制，为工程实现时，尤其是存储空间较小和工作周期较短的情况，提供了一种有效的解决方法。

附图说明

图1为本发明的一种基于一维集方法的脉冲多普勒雷达改进测距方法的流程图；

图2，为仿真实验中采用两种方法得出目标与脉冲多普勒雷达的距离时在不同测距范围内对存储空间的需求量示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参照图1，为本发明的一种基于一维集方法的脉冲多普勒雷达改进测距方法的流程图。该基于一维集方法的脉冲多普勒雷达改进测距方法包括以下步骤：

步骤1，根据脉冲多普勒雷达发射信号的每个脉冲重复频率和脉冲多普勒雷达的每个距离单元，建立查找表；所述查找表的每行对应脉冲多普勒雷达发射信号的一个脉冲重复频率，所述查找表的行数为K，K表示脉冲多普勒雷达发射信号的脉冲重复频率的个数；脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率表示P_i，i＝1,2,...,K；所述查找表的每列对应脉冲多普勒雷达的一个距离单元，所述查找表的列数为N，N表示脉冲多普勒雷达的距离单元数；令查找表第i行第j列的数值y_ij取0，j＝1,2,...,N。

本发明实施例中，脉冲多普勒雷达的距离单元数N的计算公式为：N＝D/c'，D表示脉冲多普勒雷达的测距范围，c'表示脉冲多普勒雷达的测距精度。

步骤2，令i＝1,2,...,K，K表示脉冲多普勒雷达发射信号的脉冲重复频率的个数；得出脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的视在距离门限s_i和视在距离门限s_i对应的最大模糊度f_i。

其具体子步骤为：

(2.1)求取脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的最大不模糊距离Q_i：

$Q_i=\frac{c}{{2P}_i}.$

其中，c表示光速，i＝1,2,...,K。

(2.2)得出脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的不模糊距离单元的个数q_i，q_i＝Q_i/c'，c'表示脉冲多普勒雷达的测距精度，i＝1,2,...,K。

对于脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i，其对应的视在距离门限s_i和其对应的最大模糊度f_i有如下关系：

N＝f_i*q_i+s_i

其中，N表示脉冲多普勒雷达的距离单元数。

因此脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的视在距离门限s_i和视在距离门限s_i对应的最大模糊度f_i分别为：

s_i＝N％q_i，

其中，N％q_i表示用N除以q_i所得余数，N表示脉冲多普勒雷达的距离单元数，q_i表示脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的不模糊距离单元的个数，表示进行向下取整。

步骤3，利用脉冲多普勒雷达向目标发射电磁波，获得对应的目标回波信号。然后，根据目标回波信号得出目标的视在距离(模糊距离)，得出脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的视在距离单元的序号x_i。(张代忠，洪一，邱炜.脉冲多普勒雷达中的解模糊算法及实现.雷达科学与技术[J].2004.10.2(5):293-297)

步骤4，根据视在距离门限s_i和视在距离门限s_i对应的最大模糊度f_i，得到目标的视在距离单元的序号x_i所对应的最大模糊度f_xi：

$f_{\mathrm{xi}}=\left\{\begin{array}{cc}{f}_i,& x_i>s_i\\ f_i-1,& x_i\≤s_i\end{array}\right.$

其中，x_i表示脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的视在距离单元的序号，s_i表示脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的视在距离门限，f_i表示视在距离门限s_i对应的最大模糊度f_i；i＝1,2,...,K，K表示脉冲多普勒雷达发射信号的脉冲重复频率的个数。根据f_xi的计算公式，当x_i>s_i时，f_xi等于f_i，反之，当x_i≤s_i时，f_xi等于f_i-1。

然后，得出距离单元序号集合距离单元序号集合的元素个数为f_xi+1，距离单元序号集合中第q个元素r_iq为：r_iq＝q*q_i+x_i，q＝0,1,2...f_xi。距离单元序号集合的每个元素表示一个可能的真实距离单元序号。

令查找表中第i行第R_i列的数值更新为1，i＝1,2,...,K，K表示脉冲多普勒雷达发射信号的脉冲重复频率的个数，

步骤5，根据m/n检测准则得出目标距离值A，m/n检测准则的含义是：对于m个检测条件当有n个检测条件满足时就确定结果有效。

在本发明实施例中，对于第j个距离单元，j＝1,2,...,N，当脉冲多普勒雷达发射信号的K个脉冲重复频率中的L个脉冲重复频率的计算结果有效，目标所在距离单元为第j个距离单元，L为设定的整数且K>L≥K/2。

其具体子步骤为：

(5.1)当j＝1时，转至子步骤(5.2)；

(5.2)得出查找表中第j列的所有数值之和y_j，N表示脉冲多普勒雷达的距离单元数；y_j为：

y_j＝y_1j+y_2j+y_3j+...+y_ij+...+y_Kj，

其中，y_ij表示查找表第i行第j列的数值，i＝1,2,...,K，K表示脉冲多普勒雷达发射信号的脉冲重复频率的个数。

(5.3)如果y_j<L，则令j的值自增1，返回至子步骤(5.2)；如果y_j≥L，则得出目标所在距离单元，目标所在距离单元为第j个距离单元，然后得出目标与脉冲多普勒雷达的距离A，A＝j*c'，c'表示脉冲多普勒雷达的测距精度。

本发明的效果通过以下仿真实验进一步说明：

1)仿真条件

仿真过程中，采用FPGA作为硬件实现环境，脉冲多普勒雷达发射信号的脉冲重复频率的个数为3，脉冲多普勒雷达发射信号3个脉冲重复频率分别为1.5KHz、2.0KHz以及2.5KHz，脉冲多普勒雷达的测距精度为50m。

2)仿真内容

分别采用查表法和本发明得出目标与脉冲多普勒雷达的距离；计算两种方法在不同测距范围内对存储空间的需求量。参照图2，为仿真实验中采用两种方法得出目标与脉冲多普勒雷达的距离时在不同测距范围内对存储空间的需求量示意图。图2中，横轴表示距离单元的序号(从0到6000)，纵轴表示表示存储空间的需求量，单位为10⁵bit(位)。从图2中可以得出，本发明所需的存储空间需求量远小于查表法。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种基于一维集方法的脉冲多普勒雷达改进测距方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据脉冲多普勒雷达发射信号的每个脉冲重复频率和脉冲多普勒雷达的每个距离单元，建立查找表；所述查找表的每行对应脉冲多普勒雷达发射信号的一个脉冲重复频率，所述查找表的每列对应脉冲多普勒雷达的一个距离单元；令查找表中的每个数值取0；

步骤2，令i＝1，2，...，K，K表示脉冲多普勒雷达发射信号的脉冲重复频率的个数；得出脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的视在距离门限s_i和视在距离门限s_i对应的最大模糊度f_i；

步骤3，利用脉冲多普勒雷达向目标发射电磁波，获得对应的目标回波信号；根据目标回波信号得出脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的视在距离x_i；

步骤4，根据视在距离门限s_i和视在距离门限s_i对应的最大模糊度f_i，得到目标的视在距离单元的序号x_i所对应的最大模糊度f_xi：

$f_{xi}=\left\{\begin{array}{cc}{f}_i,& x_i>s_i\\ f_i-1,& x_i\&le;s_i\end{array}\right.$

得出距离单元序号集合距离单元序号集合中第q个元素r_iq为：r_iq＝q*q_i+x_i，q＝0，1，2...f_xi；q_i表示脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的不模糊距离单元的个数；

令查找表中第i行第R_i列的数值更新为1，

步骤5，令j依次取1至N，如果查找表中第j列的所有数值之和y_j大于或等于L，则得出目标与脉冲多普勒雷达的距离A，A＝j*c’，c’表示脉冲多普勒雷达的测距精度，L为设定的整数且K＞L≥K/2。

2.如权利要求1所述的一种基于一维集方法的脉冲多普勒雷达改进测距方法，其特征在于，所述步骤2的具体子步骤为：

(2.1)求取脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的最大不模糊距离Q_i：

$Q_i=\frac{c}{2P_i}$

其中，c表示光速，i＝1，2，...，K；

(2.2)得出脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的不模糊距离单元的个数q_i，q_i＝Q_i/c’，c’表示脉冲多普勒雷达的测距精度，i＝1，2，...，K；

则脉冲多普勒雷达发射信号的第i个脉冲重复频率P_i对应的视在距离门限s_i和视在距离门限s_i对应的最大模糊度f_i分别为：

si＝N％q_i，

其中，N％q_i表示用N除以q_i所得余数，N表示脉冲多普勒雷达的距离单元数，表示进行向下取整。

3.如权利要求1所述的一种基于一维集方法的脉冲多普勒雷达改进测距方法，其特征在于，所述步骤5的具体子步骤为：

(5.1)j＝1，2，...，N，当j＝1时，转至子步骤(5.2)；

(5.2)得出查找表中第j列的所有数值之和y_j，N表示脉冲多普勒雷达的距离单元数；y_j为：

y_j＝y_1j+y_2j+y_3j+...+y_ij+…+y_Kj，

其中，y_ij表示查找表第i行第j列的数值，i＝1，2，...，K；

(5.3)如果y_i＜L，则令j的值自增1，返回至子步骤(5.2)；如果y_j≥L，则得出目标所在距离单元，目标所在距离单元为第j个距离单元，然后得出目标与脉冲多普勒雷达的距离A，A＝j*c’，c’表示脉冲多普勒雷达的测距精度。