CN105158755B - 一种单脉冲目标速度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单脉冲目标速度测量方法，包括：雷达发射宽带线性调频信号，并接收目标回波信号；将所述目标回波信号进行Deramp处理，得到处理信号；根据所述处理信号构建线性调频核函数；根据所述线性调频核函数构建速度时延平面；采用速度搜索方式计算所述速度时延平面的2范数的最大值，所述最大值对应的速度即为估计的目标速度。本发明节省了发射脉冲，从而有效地节约雷达的时间资源，并且速度测量更高效。

Description

一种单脉冲目标速度测量方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种单脉冲目标速度测量方法。

背景技术

目前的雷达目标测速一般采用脉冲串进行，多个脉冲构成的脉冲串需要较长的时间获得目标速度。采用单脉冲实现目标速度测量可以更高效地获取目标速度，更适用于高速高机动目标的观测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种单脉冲目标速度测量方法，节省了发射脉冲，从而有效地节约雷达的时间资源，并且速度测量更高效。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单脉冲目标速度测量方法，包括：

雷达发射宽带线性调频信号，并接收目标回波信号；

将所述目标回波信号进行Deramp处理，得到处理信号；

根据所述处理信号构建线性调频核函数；

根据所述线性调频核函数构建速度时延平面；

采用速度搜索方式计算所述速度时延平面的2范数的最大值，所述最大值对应的速度即为估计的目标速度。

进一步的，所述雷达发射宽带线性调频信号，并接收目标回波信号，具体包括：

雷达发射宽带线性调频信号，其中，所述宽带线性调频信号为a(t)＝exp{j(2πf_ct-0.5ξt²)}，式中ξ为调频斜率，f_c为载频，t为时间变量；

雷达接收目标回波信号，其中，所述目标回波信号的形式为式中N为目标宽带散射点个数，f_d为多普勒频率，α_i为第i个脉冲回波幅度复系数，τ_i为时间延迟，n(t)为雷达接收通道噪声。

进一步的，所述将所述目标回波信号进行Deramp处理，得到处理信号，具体包括：

将所述目标回波信号变换到零载频，得到信号s'(t)，其中，信号s'(t)为：

通过变换函数对信号s'(t)进行Deramp处理，得到处理信号z(t)，其中，处理信号z(t)为：

又目标的多普勒频率式中v₀为目标速度，并令则处理信号z(t)变换形式为：

进一步的，所述根据所述处理信号构建线性调频核函数，具体包括：

根据所述处理信号z(t)构建线性调频核函数K_M(t)，其中，式中v为速度变量。

进一步的，所述根据所述线性调频核函数构建速度时延平面，具体包括：

根据所述线性调频核函数K_M(t)构建速度时延平面χ(v,τ)，其中，

式中τ为时延变量，ω为角频率，T为开窗处理时间。

进一步的，所述采用速度搜索方式计算所述速度时延平面的2范数的最大值，所述最大值对应的速度即为估计的目标速度，具体包括：

所述速度时延平面的2范数为|χ(v,τ)|²＝χ(v,τ)χ^*(v,τ)；

采用速度搜索方式计算|χ(v,τ)|²的最大值，所述最大值对应的速度即为估计的目标速度；

其中，速度搜索的形式为v＝v_min:Δv:v_max，Δv速度搜索间隔，v_min和v_max为速度搜索设置的最大和最小值区间。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明针对匀速直线运动的目标，通过针对发射的线性调频脉冲信号，经过Deramp处理和线性调频搜索内核函数的构建，可以获得单脉冲速度时延平面，采用目标速度搜索的方法，通过搜索速度时延平面上的最大值获得目标速度的估计。本发明节省了发射脉冲，从而有效地节约雷达的时间资源，并且速度测量更高效。本发明适用于雷达工作带宽较宽的宽带跟踪模式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的单脉冲目标速度测量方法的一个实施例的流程示意图；

图2是速度时延平面的示意图；

图3是速度时延平面的等高线图；

图4是估计所得的速度均值随信噪比变化的线条图；

图5是估计所得的速度标准差随信噪比变化的线条图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明提供的单脉冲目标速度测量方法的一个实施例的流程示意图，如图1所示，包括步骤：

S101、雷达发射宽带线性调频信号，并接收目标回波信号。

具体的，步骤S101还包括步骤：

雷达发射宽带线性调频信号，其中，所述宽带线性调频信号为a(t)＝exp{j(2πf_ct-0.5ξt²)}，式中ξ为调频斜率，f_c为载频，t为时间变量；

雷达接收目标回波信号，其中，所述目标回波信号的形式为式中N为目标宽带散射点个数，f_d为多普勒频率，α_i为第i个脉冲回波幅度复系数，τ_i为时间延迟，n(t)为雷达接收通道噪声。

S102、将所述目标回波信号进行Deramp处理，得到处理信号。

具体的，步骤S102还包括步骤：

将所述目标回波信号变换到零载频，得到信号s'(t)，其中，信号s'(t)为：

通过变换函数对信号s'(t)进行Deramp处理，得到处理信号z(t)，其中，处理信号z(t)为：

又目标的多普勒频率式中v₀为目标速度，则处理信号z(t)变换形式为

令则处理信号z(t)变换形式为：

S103、根据所述处理信号构建线性调频核函数。

具体的，步骤S103还包括步骤：

根据所述处理信号z(t)构建线性调频核函数K_M(t)，其中，式中v为速度变量。

S104、根据所述线性调频核函数构建速度时延平面。

具体的，步骤S104还包括步骤：

根据所述线性调频核函数K_M(t)构建速度时延平面χ(v,τ)，其中，

式中τ为时延变量，ω为角频率，T为开窗处理时间。

S105、采用速度搜索方式计算所述速度时延平面的2范数的最大值，所述最大值对应的速度即为估计的目标速度。

具体的，步骤S105还包括步骤：

S1051、所述速度时延平面的2范数为|χ(v,τ)|²＝χ(v,τ)χ^*(v,τ)。

定义q(t_r)＝z(t)K_M(t)

定义可见当|w(t)|²＝1时，|χ(v,τ)|²取最大值。

S1052、采用速度搜索方式计算|χ(v,τ)|²的最大值，所述最大值对应的速度即为估计的目标速度；

因为当|w(t)|²＝1时，|χ(v,τ)|²取最大值，因此，只需计算|w(t)|²＝1的极大值即可。采用速度搜索方式计算|w(t)|²＝1的极大值，极大值对应的速度即为估计的目标速度。其中，速度搜索的形式为v＝v_min:Δv:v_max，Δv速度搜索间隔，v_min和v_max为速度搜索设置的最大和最小值区间。

下面对于本发明实施例进行仿真，发射信号为线性调频信号，信号带宽200MHz，信号脉冲宽度50us。目标散射系数如表1所示，散射点时延与系数幅度见表1。仿真目标速度190m/s。仿真中的速度搜索间隔设置为5m/s。信噪比为30dB。

表1宽带散射点的距离门

估计所得的速度时延平面见图2所示。从等高线图3可以清晰看到，当出现峰值时刻对应估计的目标速度为195m/s。

其它仿真条件同上，改变目标速度为2300m/s，并改变信噪比，采用本发明的方法估计目标速度。有图4可见，随着信噪比的提高，本发明的速度估计方法逐渐逼近真值。而有图5可见，随着信噪比的提高，估计的方差越来越小。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明针对匀速直线运动的目标，通过针对发射的线性调频脉冲信号，经过Deramp处理和线性调频搜索内核函数的构建，可以获得单脉冲速度时延平面，采用目标速度搜索的方法，通过搜索速度时延平面上的最大值获得目标速度的估计。本发明节省了发射脉冲，从而有效地节约雷达的时间资源，并且速度测量更高效。本发明适用于雷达工作带宽较宽的宽带跟踪模式。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种单脉冲目标速度测量方法，其特征在于，包括：

雷达发射宽带线性调频信号，并接收目标回波信号；

将所述目标回波信号进行Deramp处理，得到处理信号；

根据所述处理信号构建线性调频核函数；

根据所述线性调频核函数构建速度时延平面；

采用速度搜索方式计算所述速度时延平面的2范数的最大值，所述最大值对应的速度即为估计的目标速度；

所述雷达发射宽带线性调频信号，并接收目标回波信号，具体包括：

雷达发射宽带线性调频信号，其中，所述宽带线性调频信号为

a(t)＝exp{j2π(f_ct-0.5ξt²)}，式中ξ为调频斜率，f_c为载频，t为时间变量；

雷达接收目标回波信号，其中，所述目标回波信号的形式为式中N为目标宽带散射点个数，f_d为多普勒频率，α_i为第i个脉冲回波幅度复系数，τ_i为时间延迟，n(t)为雷达接收通道噪声；

所述将所述目标回波信号进行Deramp处理，得到处理信号，具体包括：

将所述目标回波信号变换到零载频，得到信号s'(t)，其中，信号s'(t)为：

$s^{\′}\left(t\right)=\exp \left\{j2{\mathrm{\πf}}_{d}t\right\}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_i\exp \{-j2\mathrm{\π}\[0.5\mathrm{\ξ}{(t-{\mathrm{\τ}}_i)}^2\]\}+n\left(t\right);$

通过变换函数对信号s'(t)进行Deramp处理，得到处理信号z(t)，其中，处理信号z(t)为：

$\begin{array}{c}z\left(t\right)=s^{\′}\left(t\right)\·u^{*}\left(t\right)\\ =\exp \left\{j2{\mathrm{\πf}}_{d}t\right\}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_i\exp \{-j2\mathrm{\π}(-{\mathrm{\ξ\τ}}_{i}t+0.5{\mathrm{\ξ\τ}}_i^2)\}\end{array}$

又目标的多普勒频率式中v₀为目标速度，c为波传播速度，并令则处理信号z(t)变换形式为：

$z\left(t\right)=\exp \left\{j2\mathrm{\π}\mathrm{\ξ}\frac{v_0}{c}{t}^2\right\}\·\exp \left\{j4\mathrm{\π}\frac{v_0}{c}{f}_{c}t\right\}\·\mathrm{\ϵ}\left(t\right).$

2.如权利要求1所述的单脉冲目标速度测量方法，其特征在于，所述根据所述处理信号构建线性调频核函数，具体包括：

根据所述处理信号z(t)构建线性调频核函数K_M(t)，其中，式中v为速度变量。

3.如权利要求2所述的单脉冲目标速度测量方法，其特征在于，所述根据所述线性调频核函数构建速度时延平面，具体包括：

根据所述线性调频核函数K_M(t)构建速度时延平面χ(v,τ)，其中，

式中τ为时延变量，ω为角频率，T为开窗处理时间。

4.如权利要求3所述的单脉冲目标速度测量方法，其特征在于，所述采用速度搜索方式计算所述速度时延平面的2范数的最大值，所述最大值对应的速度即为估计的目标速度，具体包括：

所述速度时延平面的2范数为|χ(v,τ)|²＝χ(v,τ)χ^*(v,τ)；

采用速度搜索方式计算|χ(v,τ)|²的最大值，所述最大值对应的速度即为估计的目标速度；

其中，速度搜索的形式为v＝v_min:Δv:v_max，Δv速度搜索间隔，v_min和v_max为速度搜索设置的最大和最小值区间。