CN105652245B - 一种固态脉冲压缩雷达宽距离覆盖方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固态脉冲压缩雷达宽距离覆盖方法，在同一个雷达周期中，雷达先后发射并接收三段时宽由小到大且中心频率互不相同的脉冲信号，一个脉冲发射和接收完毕后，进行下一个的脉冲发射和接收；即，该雷达周期包含三个时长由小到大的子周期，每个子周期包含一个脉冲信号的发射和接收；对每个脉冲回波进行采样、脉冲压缩、积累和信号检测；对检测后数据进行距离向对齐并融合；结合不同发射频率天线波束峰值角数据对检测目标进行方位校正。本发明在实现雷达探测宽距离覆盖的同时，有效抑制其它脉冲回波干扰，并保障雷达探测方位精度。

Description

一种固态脉冲压缩雷达宽距离覆盖方法

技术领域

本发明属于雷达探测领域，特别涉及了一种固态脉冲压缩雷达宽距离覆盖方法。

背景技术

脉冲压缩雷达通过接收目标反射微波信号实现对相应目标的检测与跟踪，该类雷达微波发射和接收共用一副天线，因此，在微波发射时刻不能进行目标回波的接收，形成雷达探测盲区。早期的磁控管雷达具有较高的峰值发射功率，雷达距离分辨单元与发射脉冲宽度成正比，雷达作用距离与发射脉冲宽度亦成正比。所以该类雷达探测距离变远则伴随着距离分辨性能的下降。固态发射机结合脉冲压缩技术调和了探测距离与距离分辨率之间的矛盾，发射信号的带宽决定了雷达距离分辨性能，此类雷达的作用距离和距离分辨率相互独立。此外，固态脉冲压缩雷达通过增加发射信号脉冲宽度来提高信号平均发射功率，达到远距离探测的目的。可以说，固态脉冲压缩雷达替代磁控管雷达已经成为大势所趋。受到雷达收发分时的限制，无法有效实现雷达近距离目标和远距离目标的探测。发射脉冲宽度较小时，虽然距离探测盲区较小，但无法实现远距离目标覆盖；发射脉冲宽度较大时，虽然能够实现远距离目标探测，但距离探测盲区较大。

为了实现雷达远距离目标和近距离目标探测，专利(申请号：201410466109.4)公开了一种全固态线性调频雷达的补盲方法，其采用依此发射三段时宽由大到小且中心频率互不相同的脉冲信号作为雷达信号，通过对雷达回波量化、下变频、脉冲压缩及融合后，获取雷达宽距离范围内目标的覆盖。该方法虽然可以实现宽距离目标的探测，但在雷达回波接收时，三段时宽由大到小的脉冲信号中，前两种信号雷达接收盲区较其信号本身盲区有所增大，长脉冲的探测盲区除其脉冲宽度外，还需增加中脉冲和短脉冲的宽度；类似地，中脉冲的探测盲区需增加短脉冲的宽度。这增加了中脉冲和长脉冲的距离探测盲区，需要后一个脉冲的目标覆盖能力进一步增强，而发射脉冲长度越短，对目标的探测能力越弱，这限制了雷达对小目标的探测能力。此外，三段发射信号中心频率各不相同主要是为了避免其它脉冲回波的干扰。实际上，为了抑制其它脉冲回波的干扰，发射脉冲除中心频率不同外，中心频率的差别还与发射脉冲带宽等因素有关。在对目标探测具有宽距离覆盖需求的船舶交通管理雷达系统来说，当脉冲发射频率发生变化时，天线波束峰值角也会发生偏转，导致不同脉冲回波方位并不一致，最终影响目标的方位精度。

发明内容

针对前述背景技术中固态脉冲压缩雷达距离补盲存在的缺陷和不足，本发明结合固态脉冲压缩雷达不同脉冲宽度的距离盲区不同，充分考虑脉冲中心频率与脉冲带宽等回波脉冲间干扰因素，同时兼顾不同发射脉冲频率对天线波束峰值角的影响，提出一种固态脉冲压缩雷达的宽距离覆盖方法，确保对不同距离段目标检测与跟踪的可靠性。

为了实现固态脉冲压缩雷达宽距离覆盖，充分发挥不同发射脉冲的探测能力，抑制发射脉冲间回波干扰，并确保对目标的方位定位精度，本发明的技术方案为

一种固态脉冲压缩雷达宽距离覆盖方法，包括以下步骤：

步骤1：固态脉冲压缩雷达先后发射并接收三段时宽由小到大且中心频率互不相同的脉冲信号；

步骤2：对接收的三段脉冲信号进行数字信号处理，然后对各脉冲信号单独进行目标检测；

步骤3：对三段脉冲信号的检测结果进行距离对齐，并根据三段脉冲信号实际的覆盖距离进行融合；

步骤4：依据发射频率对应的天线波束峰值角数据对各脉冲覆盖距离目标进行方位校正。

进一步的，所述三段脉冲信号的发射和接收的方式如下：一个脉冲信号发射和接收完毕后，进行下一个的脉冲信号的发射和接收。

进一步的，所述步骤1中三段脉冲信号中心频率为递增或递减变化，相邻两脉冲信号中心频率的差值应不小于两对应脉冲宽度和的一半。

进一步的，相邻两脉冲信号中心频率的差值等于两对应脉冲宽度和的一半。

进一步的，所述步骤2中对三段雷达回波处理采用流水方式进行处理。

进一步的，所述步骤2中的所述数字信号处理包括采样、脉冲压缩、积累和恒虚警检测。

进一步的，所述步骤3中三段脉冲信号距离覆盖存在交叉区域，对距离交叉区域的目标检测结果采取选大融合策略。

进一步的，所述步骤4中通过构造部分天线波束峰值角的测量结果与发射频率之间的线性函数来获取所有发射频带内的所述天线波束峰值角数据。

相比已有的固态脉冲压缩雷达宽距离覆盖方法，本发明的有益效果如下：

(1)充分发挥各发射脉冲的探测能力，并可有效抑制脉冲回波间干扰，有利于小目标的探测；

(2)结合天线波束峰值角与发射频率之间的关系，实现探测目标方位修正，确保目标跟踪精度。

附图说明

图1是本发明中固态脉冲压缩雷达宽距离覆盖方法流程图；

图2是本发明中不同发射脉冲实现宽距离覆盖原理示意图。

具体实施方式

下面结合某船舶交通管理固态脉冲压缩雷达对水域目标监视应用，对发明的技术方案详细说明如下。

该固态脉冲压缩雷达安装于某港口，主要实现港口附近30海里船舶目标的监测与跟踪，采用本技术方案对宽距离目标进行覆盖。图1给出了本发明中固态脉冲压缩雷达宽距离覆盖方法流程图，其包含如下步骤：

步骤1：在同一个雷达周期中，雷达先后发射并接收三段时宽由小到大且中心频率互不相同的脉冲信号，一个脉冲发射和接收完毕后，进行下一个的脉冲发射和接收；即，该雷达周期包含3个时长由小到大的子周期，每个子周期包含一个脉冲信号的发射和接收。在本实施例中，短脉冲信号的时宽为0.5微秒，以降低雷达信号盲区。三种发射脉冲对宽距离目标进行覆盖原理示意图如图2所示。

步骤2：对接收的三段雷达回波进行采样、脉冲压缩、积累、恒虚警检测等数字信号处理。由于不同的发射脉冲宽度回波信号经脉冲压缩后信号与噪声的幅度存在一定的差异，对各脉冲回波信号单独进行目标检测可确保各船舶目标被检测出。需要指出的是，若将三个脉冲回波拼接后再进行目标检测，则在拼接点附近容易造成漏警或虚警；

步骤3：对三段脉冲检测结果进行距离对齐，并根据三段脉冲信号实际的覆盖距离进行融合，距离排列顺序为由近及远；在设计时，三段脉冲信号距离覆盖存在交叉区域，对距离交叉区域的目标检测结果采取选大融合策略。即选择交叉区域内检测目标能量大的数据作为该距离目标的回波，这样可确保对交叉区域内目标的有效检测；

步骤4：依据发射频率对应的天线波束峰值角数据对各脉冲覆盖距离目标进行方位校正。当雷达发射频率发生变化时，天线波束峰值角也将发生偏转，若不对该脉冲回波数据进行方位校正，则会引起该脉冲检测目标方位误差增大。

进一步的，上述步骤1中三段脉冲信号中心频率为递增或递减变化，相邻两脉冲信号中心频率的差值应不小于两对应脉冲宽度和的一半。为了减小发射频率差异造成天线波束峰值角的差异，在本实施例中，相邻两脉冲信号中心频率的差值等于两对应脉冲宽度和的一半。

进一步的，上述步骤2中对三段雷达回波处理采用流水方式，即三段雷达回波处理采用相同的硬件资源和处理方式，以降低系统复杂性。

进一步的，上述步骤3中三段脉冲信号距离覆盖存在交叉区域，对距离交叉区域的目标检测结果采取选大融合策略，该方法的好处是可以提高系统的检测能力。

进一步的，上述步骤4中不同发射频率对应的天线波束峰值角数据可通过对天线峰值角测量或估计获取。在本实施例中，天线波束峰值角数据基于部分天线峰值角测量结果，通过构造天线波束峰值角与发射频率之间的线性函数实现，该方法可获得所有发射频带内天线波束峰值角的数据。

将采用本发明方法用于港口宽距离范围内船舶目标检测与跟踪。由短及长三种脉冲实现雷达探测范围近区、中区和远区的覆盖；发射脉冲中心频率设计与选择既抑制了不同发射脉冲回波的干扰，又减小了发射脉冲频率变化对天线波束峰值角的差异；依据发射脉冲频率对应天线波束峰值角数据对检测目标进行方位校正，保障了检测目标的方位精度。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种固态脉冲压缩雷达宽距离覆盖方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：固态脉冲压缩雷达先后发射并接收三段时宽由小到大且中心频率互不相同的脉冲信号；在同一个雷达周期中，雷达先后发射并接收三段时宽由小到大且中心频率互不相同的脉冲信号，一个脉冲发射和接收完毕后，进行下一个的脉冲发射和接收，短脉冲信号的时宽为0.5微秒；

步骤2：对接收的三段脉冲信号进行数字信号处理，然后对各脉冲信号单独进行目标检测；对所述接收的三段脉冲信号采用流水方式进行处理，三段雷达回波处理采用相同的硬件资源和处理方式；

步骤3：对三段脉冲信号的检测结果进行距离对齐，并根据三段脉冲信号实际的覆盖距离进行融合；

步骤4：依据发射频率对应的天线波束峰值角数据对各脉冲覆盖距离目标进行方位校正；通过构造部分天线波束峰值角的测量结果与发射频率之间的线性函数来获取所有发射频带内的所述天线波束峰值角数据；

所述步骤1中三段脉冲信号中心频率为递增或递减变化，相邻两脉冲信号中心频率的差值应不小于两对应脉冲宽度和的一半；

所述步骤2中的数字信号处理包括采样、脉冲压缩、积累和恒虚警检测；

所述步骤3中三段脉冲信号距离覆盖存在交叉区域，对距离交叉区域的目标检测结果采取选大融合策略，选择交叉区域内检测目标能量大的数据作为该距离目标的回波。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，相邻两脉冲信号中心频率的差值等于两对应脉冲宽度和的一半。