CN104407329A - 一种用于区域检测的零副瓣二维脉冲压缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于区域检测的零副瓣二维脉冲压缩方法，设置二维编码对，首先找到两对一维的最佳二进序列偶(x₁,y₁),(x₂,y₂)，使用复合构造法可得二维编码对，其中一组用于编码发射信号，另一组用于编码压缩滤波器；将用于编码发射信号的编码对组成编码发射信号矩阵；取所探测区域之间的回波数据使用B进行滤波进行滤波，从回波数据矩阵中取出探测区域对应的列形成一个矩阵P，将P的第1列至第n列取出，形成一个矩阵Pk1，Pk1与B进行滤波，滑动处理直至将P滤完，经过时间T之后，进行下一次滤波并输出结果，直至完成整个过程；本发明的有益效果是使得二维离散编码信号可以用在雷达的发射和接收中。

Description

一种用于区域检测的零副瓣二维脉冲压缩方法

技术领域

本发明属于数据压缩技术领域，涉及一种用于区域检测的零副瓣二维脉冲压缩方法。

背景技术

雷达是利用目标对电磁波的反射来进行检测和定位的。声纳是利用目标对机械波的反射来进行检测和定位的。它们通常要用脉冲压缩方法提高探测距离和分辨率。目前脉冲压缩存在较大的副瓣导致干扰相邻目标的检测。降低脉冲压缩副瓣能够提高雷达、声纳的性能。

在目前脉冲压缩的离散编码信号设计中，要求信号具有良好的自相关特性，这样的信号具有能将信号与自身延迟信号区分开来的特性，从而能够从叠加在一起的回波中区分两个相邻的目标。实际中使用的都是一维编码信号，性能最好的是巴克码。

本发明将二维编码使用在脉冲压缩中，用于雷达、声纳对指定区域的目标检测，改善检测性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于区域检测的零副瓣二维脉冲压缩方法，首次将二维离散编码信号运用在雷达脉冲压缩中，解决了目前二维离散编码信号无法用在雷达脉冲压缩中的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：设置二维编码对(A,B)，其中一组用于编码发射信号，另一组用于编码压缩滤波器；

步骤2：将A用于编码发射信号，组成编码发射信号矩阵；将A复制成[AAA]，去除首位两列得

S＝[s_ij]_z×(3n-2)＝[A_C2...A_Cn A_C1 A_C2...A_Cn A_C1 A_C2...A_Cn-1],将S按行发射，每一行发射后所得回波数据按行左端对齐组成一个回波数据矩阵；

步骤3：设所探测区域为[z1,z2]，z1,z2分别为距离发射机的距离，取出[n·T+t₁,n·T+t₂]之间的回波数据进行滤波，其中

$t_2=(\frac{z2\×{10}^3\×2}{3\×{10}^8}+\frac{\mathrm{\τ}}{2})\×{10}^6\left(\mathrm{\μs}\right)$ $t_2=(\frac{z1\×{10}^3\×2}{3\×{10}^8}+\frac{\mathrm{\τ}}{2})\×{10}^6\left(\mathrm{\μs}\right),$ τ为单个脉冲的持续时间；

步骤4：使用B进行滤波；从回波数据矩阵中取出探测区域对应的w列形成一个m×w矩阵P，将P的第1列至第n列取出，形成一个m×n矩阵Pk1，Pk1与B进行滤波，得到F1：接着将P的第2列至第n+1列取出，形成一个m×n矩阵Pk2，Pk2与B进行滤波，得到F2：滑动处理直至将P滤完，经过时间T之后，进行下一次滤波并输出结果，直至完成整个过程；

进一步，所述步骤1中二维编码对(A，B)的产生方法如下：首先找到两对一维的最佳二进序列偶(x₁,y₁),(x₂,y₂)，使用复合构造法可得：A＝[a(i,j)]＝[x1(i)·x2(j)],B＝[b(i,j)]＝[y1(i)·y2(j)]；

进一步，所述A表示成列向量的组合，设为：A＝[A_C1 A_C2...A_Cn],A_Ci＝(a_1i,a_2i,...,a_ni)^T；

进一步，使用码长较长的二维编码对，能在相同脉宽的情况下降低单个码长持续时间，从而提高分辨率。

本发明的有益效果是使得二维离散编码信号可以用在雷达的发射和接收中，而且此二维离散编码信号的主瓣高度是一维离散零副瓣编码信号的四倍。

附图说明

图1是(S₀,B₀)完全滤波后的主副瓣示意图；

图2是(S₀,B₀)限定滤波区域之后的主副瓣；

图3是雷达编码脉冲发射顺序示意图；

图4是发射信号序列及回波存储示意图；

图5是二维脉冲压缩滤波框图；

图6是区域近点滤波结果；

图7是区域远点滤波结果；

图8是区域中点滤波结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种用于区域检测的零副瓣二维脉冲压缩方法用于雷达和声纳，为了抑制脉冲压缩的副瓣，本发明首次构建二维脉冲压缩方法，并构造了二维脉冲压缩区域副瓣为零的二维编码对。

本发明的技术方案如下：

步骤1：设置二维编码对，其中一组用于编码发射信号，另一组用于编码压缩滤波器。此类编码对的互相关函数主瓣为16，主瓣周围有一长段副瓣为零的区域，如实施例1中的图1和图2，图1为(S₀,B₀)完全滤波后的主副瓣，图2为(S₀,B₀)限定滤波区域之后的主副瓣。

预先选取二维编码对，设所选二维编码对为(A,B)，A＝(a_ij)_m×n,B＝(b_ij)_m×n。二维编码对(A，B)的产生方法如下：首先找到两对一维的最佳二进序列偶(x₁,y₁),(x₂,y₂)，使用复合构造法可得：A＝[a(i,j)]＝[x1(i)·x2(j)],B＝[b(i,j)]＝[y1(i)·y2(j)]；将A表示

成列向量的组合，设为：

A＝[A_C1 A_C2...A_Cn],A_Ci＝(a_1i,a_2i,...,a_ni)^T；

步骤2：将A用于编码发射信号，组成编码发射信号矩阵；

将A复制成[AAA]：

[A A A]＝[A_C1 A_C2...A_Cn A_C1 A_C2...A_Cn A_C1 A_C2...A_Cn]

去除首尾两列，得：

S＝[s_ij]_m×(3n-2)＝[A_C2...A_Cn A_C1 A_C2...A_Cn A_C1 A_C2...A_Cn-1]

将S按行发射：

1.从0时刻起发射第一行S1＝[s₁₁ s₁₂...s_1,3n-2]，并在S1发射结束后开始接收和存储回波数据(数据存至RAM-1)，接收和存储回波数据至T时刻止。(PRF＝1/T为雷达的脉冲重复频率，一般警戒雷达在300Hz左右)。

T时刻即开始发送第二行S2(S1回波接收结束时刻一般为S2开始发送时刻或之前若干时间。S1发射结束时刻到S2开始发射时刻决定了雷达最大不模糊探测距离，通常，S2开始后，S1的回波因为距离远，衰减大，已经低于雷达接收机的灵敏度而收不到了)；

2.从T时刻起发送第二行S2＝[s₂₁ s₂₂...s_2,3n-2]，并在S2发射结束后开始接收和存储回波数据(数据存至RAM-2)，接收和存储回波数据至2T时刻止。2T时刻起即开始发送第三行；

如是重复，一直将S的m行数据发送完毕。

接着，第m+1次，发送S1，所得回波数据更新存储器RAM-1。第m+2次，发送S2，所得回波数据更新存储器RAM-2,…,第m+m次，发送Sm，所得回波数据更新存储器RAM-m。如是循环。编码发射顺序如图3所示。发射信号序列及回波存储方式如图4所示。待接收完第m行回波数据，即可将这m行数据左端对齐，组成一个矩阵。

步骤3：使用B进行滤波并输出结果。滤波的起始时刻和范围由预先设定的探测区域决定，即想要探测某个区域是否有目标，就对那个区域的回波数据进行滤波。设所探测区域为[z1,z2]，z1,z2分别为距离发射机的距离。则应取出[n·T+t₁,n·T+t₂]之间的回波数据进行滤波(这些数据左端对齐，形成一个矩阵P)，其中

$t_2=(\frac{z2\×{10}^3\×2}{3\×{10}^8}+\frac{\mathrm{\τ}}{2})\×{10}^6\left(\mathrm{\μs}\right)$ $t_2=(\frac{z1\×{10}^3\×2}{3\×{10}^8}+\frac{\mathrm{\τ}}{2})\×{10}^6\left(\mathrm{\μs}\right),$ τ为单个脉冲的持续时间(因为滤波的峰值是在发射信号的中点取到，所以要加上)。

步骤4：用B进行滤波的过程：首先，回波数据有m行，将其左端对齐排列，可以形成一个m行的矩阵(此矩阵依情况会有很多列)，取出探测区域对应的那些列，例如有w列(一般要求w大于n)，形成一个m×w矩阵P，将P的第1列至第n列取出，形成一个m×n矩阵Pk1，Pk1与B进行滤波，得到F1：接着将P的第2列至第n+1列取出，形成一个m×n矩阵Pk2，Pk2与B进行滤波，得到F2：如是滑动处理，直至将P滤完。经过时间T之后，进行下一次滤波并输出结果，如是循环。二维脉冲压缩滤波如图5所示。

为了能充分利用零副瓣区域，使得探测区域的滤波能达到如图6-图8的效果，必须选择合理的码长和单码持续时间：设所探测区域为[z1，z2]，称z1为区域近点，z2为区域远点，(z1+z2)/2为区域中点。z1处若存在目标，则滤波结果应如图6所示；z2处若存在目标，则滤波结果应如图7所示，(z1+z2)/2处若存在目标，则滤波结果应如图8所示。由这三幅图可以看出，滤波数据只有13个码位。从区域近点到区域远点移动了10个码位。若z1＝15(公里)，z2＝16(公里)，则这10个码位代表的距离即是所探测的区域：16-15＝1公里。因此单个码位持续时间为： $t0=\frac{1\×{10}^3\×2}{3\×{10}^8\×10}\×{10}^6=0.6666\left(\mathrm{\μs}\right).$

通过调整单个码长的持续时间，可以调整分辨率；调整滤波的开始时间和结束时间，可以调整探测区域的定位；使用码长更长的二维编码对，可以在相同脉宽的情况下降低单个码长持续时间，从而提高分辨率。

本发明的优点是使得二维离散编码信号可以用在雷达的发射和接收中，而且此二维离散编码信号的主瓣高度是一维离散零副瓣编码信号的四倍。

下面列举具体实施例对本发明进行说明：

实施例1：

1.为充分利用零相关区，消除副瓣影响，本发明采取区域检测的办法，即预先设定探测范围。举例如下：假设预先需要探测15公里至16公里之间的区域，选取某一编码对A₀和B₀，先构成新的发射信号S₀，其列数为34列,由警戒雷达的PRF为300Hz,得单个码长的持续时长可设为0.6666μs。

$A_0=\left[\begin{array}{cccccccccccc}-1& -1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ -1& -1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ -1& -1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\end{array}\right]$

$B_0=\left[\begin{array}{cccccccccccc}-1& 1& -1& 1& -1& 1& 1& -1& 1& -1& 1& 1\\ -1& 1& -1& 1& -1& 1& 1& -1& 1& -1& 1& 1\\ -1& 1& -1& 1& -1& 1& 1& -1& 1& -1& 1& 1\\ 1& -1& 1& -1& 1& -1& -1& 1& -1& 1& -1& -1\end{array}\right]$

2.将A₀复制成[A₀ A₀ A₀]形式，并去除掉首尾两列，所得二维编码为：

$S_0=\left[\begin{array}{cccccccccccccccccccccccccccccccccc}-1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ -1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ -1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 1& 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\end{array}\right]$

3.在0时刻，将S₀的第一行

[-1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1]发送出去，在发射结束时刻接收回波数据并将回波数据按行存储至RAM-1,直至T₀时刻。此时发射S₀的下一行[-1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1]。同样，经过时间T₀，接收并存储这一行回波数据至RAM-2。如此进行，一直发射并存储完全部4行数据。

再经过T₀，重新发射第一行，并将接收的数据存储于RAM-1，更新RAM-1数据。再经过T₀，重新发射第二行，并将接收的数据存储于RAM-2。如是不断循环更新。

4.从第一次完整接收4行数据开始，即使用B₀进行二维滤波处理：将4行回波数据左端对齐，形成一个m行的矩阵(由于左端已对齐，此时可以等效的视为每一行的数据都从0时刻开始)。由于要探测的是15-16公里的区域，因此从回波数据中取出从 $t_1=\frac{15\×{10}^3\×2}{3\×{10}^8}\×{10}^6+\frac{34\×0.6666}{2}=111.3322\left(\mathrm{\μs}\right)$ 时刻开始的数据(设为第k1列)(采样间隔与单个码长持续时间相同)，顺着取12列，即取至(k1+11)列，得到一个4×12矩阵P1，将P1与B₀滤波得F1：接着向右滑动一列取回波数据，即从(k1+1)列开始，取至(k1+12)列，得矩阵P2，将P2与B₀滤波得F2：如是滑动处理，直至最后一个取出的回波矩阵的最后一列位置为 $t_2=\frac{16\×{10}^3\×2}{3\×{10}^8}\×{10}^6+\frac{34\×0.6666}{2}=117.9989\left(\mathrm{\μs}\right)$ 止，此时停止滤波，并输出滤波结果(相应的F1,F2,…)。待第一行回波数据更新后，即可进行下一次滤波；第二行回波数据更新后，进行再下一次滤波，如是不断进行循环。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种用于区域检测的零副瓣二维脉冲压缩方法，其特征在于：按照以下步骤进行：

步骤1：设置二维编码对(A,B)，其中一组用于编码发射信号，另一组用于编码压缩滤波器；

步骤2：将A用于编码发射信号，组成编码发射信号矩阵；将A复制成[A A A]，去除首位两列得

S＝[s_ij]_m×(3n-2)＝[A_C2 … A_Cn A_C1 A_C2 … A_Cn A_C1 A_C2 … A_Cn-1]，将S按行发射，每一行发射后所得回波数据按行左端对齐组成一个回波数据矩阵；

步骤3：设所探测区域为[z1,z2]，z1,z2分别为距离发射机的距离，取出[n·T+t₁,n·T+t₂]之间的回波数据进行滤波，其中

$t_2=(\frac{z2\×{10}^3\×2}{3\×{10}^8}+\frac{\mathrm{\τ}}{2})\×{10}^6\left(\mathrm{\μs}\right),$

$t_2=(\frac{z1\×{10}^3\×2}{3\×{10}^8}+\frac{\mathrm{\τ}}{2})\×{10}^6\left(\mathrm{\μs}\right),$

τ为单个脉冲的持续时间；

步骤4：使用B进行滤波；从回波数据矩阵中取出探测区域对应的w列形成一个m×w矩阵P，将P的第1列至第n列取出，形成一个m×n矩阵Pk1，Pk1与B进行滤波，得到F1：接着将P的第2列至第n+1列取出，形成一个m×n矩阵Pk2，Pk2与B进行滤波，得到F2：滑动处理直至将P滤完，经过时间T之后，进行下一次滤波并输出结果，直至完成整个过程。

2.按照权利要求1所述一种用于区域检测的零副瓣二维脉冲压缩方法，其特征在于：所述步骤1中二维编码对(A，B)的产生方法如下：首先找到两对一维的最佳二进序列偶(x₁,y₁),(x₂,y₂)，使用复合构造法得到：A＝[a(i,j)]＝[x1(i)·x2(j)],B＝[b(i,j)]＝[y1(i)·y2(j)]。

3.按照权利要求2所述一种用于区域检测的零副瓣二维脉冲压缩方法，其特征在于：所述A表示成列向量的组合，设为：

A＝[A_C1 A_C2 ... A_Cn],A_Ci＝(a_1i,a_2i,...,a_ni)^T。

4.按照权利要求1所述一种用于区域检测的零副瓣二维脉冲压缩方法，其特征在于：使用码长较长的二维编码对，能在相同脉宽的情况下降低单个码长持续时间，从而提高分辨率。