CN106093907B - 一种基于特显点的宽带lfmcw体制雷达通道均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了宽带LFMCW体制雷达收发通道均衡算法，可以广泛用于宽带LFMCW成像雷达、宽带LFMCW数字阵列雷达等产品。本发明解决了传统宽带LFMCW体制对收发通道带内幅相设计指标苛刻的要求，通过软件的方法在回波域进行收发通道均衡补偿。该算法充分利用特显点进行系统收发通道带内幅相特性测试，然后在回波数据域经过多次变换，进行通道均衡，大大提高了系统的成像质量。其特征是：降低了收发通道带内幅相设计的指标要求，通过算法补偿硬件的不足，能够有效缩减研制成本，由于本算法全部是基于FFT变换，因此计算量小。

Description

一种基于特显点的宽带LFMCW体制雷达通道均衡方法

技术领域

本发明涉及宽带LFMCW(线性调频连续波)雷达信号处理领域，提出了一种新的基于特显点通道带内幅相特性测试以及实测数据斜置与去斜变换的通道均衡实现方法，可以广泛用于宽带LFMCW成像雷达、宽带LFMCW数字阵列雷达等产品。

背景技术

与传统宽带脉冲多普勒(PD)体制雷达相比，线性调频连续波(LFMCW)体制雷达具有发射功率低、截获概率低、回波信号带宽小、采样率低等突出优点，因而在高精度测距和成像领域得到广泛应用。线性调频信号是一种研究较早且较简单的信号形式，线性度是衡量线性调频源质量的一个重要指标，其频率线性度直接影响着雷达的一维距离像成像分辨率及测距精度。线性调频连续波的基本原理是利用发射信号与回波信号之间的差频确定目标距离，理想线性的宽带调制波形可以得到很高的距离分辨率，但这种体制对调制线性度的要求极其苛刻，很小的非线性可能会导致雷达距离分辨率下降很多，所以必须进行非线性校正。

LFMCW雷达的非线性校正主要有两种方式：一种是基于VCO反馈的非线性校正方法，即通过测量宽带线性调频信号的线性度，然后改变VCO的控制电压，实现非线性补偿；另一种在回波时域补偿，即在差拍时域回波进行线性度补偿。

方法一能够比较高精度地补偿宽带线性调频信号源的非线性度问题，但是由于没有考虑到发射及接收通道存在的幅相畸变问题，使得成像质量不能达到理想要求；

方法二没有考虑到目标回波信号的空变性问题，即由于发射及接收通道存在的幅相畸变，不同距离的回波展宽特性不同，从而导致成像散焦。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于特显点的收发通道幅相特性测试以及基于实际场景回波的通道均衡算法，以满足宽带LFMCW体制成像质量的要求。在充分考虑发射及接收通道幅相特性的基础上，利用特显点回波进行通道幅相误差测量，然后对目标回波区域进行多次FFT/IFFT变换，实现对通道的幅相误差校正，大大提高系统性能，成像质量逼近理想通道特性。

技术方案

实现本发明的技术思路是：首先，在LFMCW体制雷达的近距离处放置一个较大RCS的三角形角反，全程采集差拍基带回波，完成系统收发通道幅相特性采集；其次，对实际目标回波波门内数据进行采集，经过时频域转换，在频域进行斜置本振复乘，然后变换到时域，完成目标回波的斜置处理；再次，对斜置的回波进行通道幅相补偿；接下来，对回波变换到频域，然后与去斜本振复乘，再变到时域，完成回波去斜；最后对目标回波支撑区进行加权FFT，获得目标补偿后的复数距离像。

一种基于特显点的宽带LFMCW体制雷达通道均衡方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：收发通道带内幅相特性测量

1a)场地选择：选择暗室，暗室内周围干扰回波比三角形角反目标回波至少小20dB以上；

1b)点目标选择与放置：选择一个大尺寸三角形角反，满足雷达远场条件情况下，角反距离R_ref靠近雷达，角反凹面对准雷达波束指向，如果是数字阵列雷达，则目标应该在天线阵面法线方向，回波信噪比大于20dB；

1c)数据录取：录取角反多帧全程回波数据，其基带回波序列就是雷达收发通道带内幅相特性；

步骤2：回波斜置处理

2a)数据录取：录取场景回波基带数据，采样波门起始为最远设计距离对应的时刻，结束为LFMCW发射信号的结束时刻；

2b)时域到频域变换：对基带回波数据前面补零，使得数组总长度等于LFMCW重复周期内的采样点数；然后进行FFT变换，将时域回波变换到频域；

2c)频域斜置本振复乘：频域复乘以斜置本振，近距离回波搬移到波门起始、远距离回波位置保持不变；

2d)频域到时域变换：进行IFFT，将频域变换到时域，即获得了斜置后的时域目标回波；

步骤3：时域通道均衡

对斜置后的时域目标回波，对每个采样点除以相应的幅相补偿因子，就完成了时域通道均衡；

步骤4：去斜处理

4a)时域到频域变换：对数组进行FFT；

4b)频域去斜本振复乘：频域复乘以去斜本振，近距离回波搬移到远距离回波区域、远距离回波位置保持不变；

4c)频域到时域变换：进行IFFT，将频域变换到时域，即获得了去斜后的时域目标回波；

步骤5：脉冲压缩

对目标回波支撑区内进行加权FFT，获得全程目标回波复数距离像。

有益效果

本发明提出的一种基于特显点的宽带LFMCW体制雷达通道均衡方法，解决了传统宽带LFMCW体制对收发通道带内幅相设计指标苛刻的要求，通过软件的方法在回波域进行收发通道均衡补偿。由于充分利用了LFMCW回波特点，结合特显点回波获得的带内幅相特性，通过对实际回波斜置以及去斜处理，完成收发通道均衡，大大提高了成像质量。降低了收发通道带内幅相设计的指标要求，通过算法补偿硬件的不足，能够有效缩减研制成本，由于本算法全部是基于FFT变换，因此计算量小。

附图说明

图1是本发明的实现流程图；

图2是基于特显点的LFMCW雷达收发通道带内幅相特性测量；

图3LFMCW雷达远近目标回波工作原理示意图

图4LFMCW雷达远近目标差拍回波示意图

图5远近目标回波斜置示意图

图6远近目标回波去斜及加窗脉压示意图

图7加窗脉压结果示意图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

图1是本发明的实现流程图。

本发明的实现步骤如下：

步骤1，参看图2，收发通道带内幅相特性测量

1a)场地选择：选择暗室，暗室内周围干扰回波比目标回波至少小20dB以上；

1b)点目标选择与放置：选择一个大尺寸三角形角反，放置在雷达最小作用距离处(满足雷达远场条件情况下，角反距离R_ref尽量靠近雷达)，角反凹面对准雷达波束指向，如果是数字阵列雷达，则目标应该在天线阵面法线方向，角反回波信噪比大于20dB为宜。

1c)数据录取：录取角反多帧全程基带回波数据，其基带回波序列就是雷达收发通道带内幅相特性。

设LFMCW系统发射线性调频信号为：

f_c为载波频率，t为快时间，μ为调频斜率，重复周期为T_r。

回波信号采样率为f_s，采样波门起始时刻为采样波门结束时刻为T_r，记录回波：

s_ref(n),n＝0,1,2,...floor((T_r-τ_ref)f_s)-1

产生数值1的序列，长度为τ_reff_s，即one＝ones(1,τ_reff_s)；

将one与s_ref合并，产生新的序列h＝[one,s_ref]，此序列总长度为：T_rf_s。

图2给出了LFMCW体制雷达工作原理框图与实际差拍回波数据。

步骤2，回波斜置处理

将采样波门内的近区与远区回波进行斜置，即近区回波位置提前，远区回波位置保持不变。

2a)数据录取

参看图3，图4，录取场景回波基带数据。采样波门起始为最远设计距离对应的时刻τ_start，采样波门结束为T_r时刻。记录回波为

s_start(n),n＝0,1,2,...floor((T_r-τ_start)f_s)-1

产生数值0的序列，长度为τ_startf_s，即zero＝zeros(1,τ_startf_s)；

将zero与s_start合并，产生新的序列s＝[zero,s_start]，此序列总长度为：T_rf_s。

2b)时域到频域变换

对序列s(n)进行FFT，将时域回波s(n)变换到频域S(n)，点数为T_rf_s。

2c)频域斜置本振复乘

产生斜置本振：

频域复乘以斜置本振，近距离回波搬移到波门起始、远距离回波位置保持不变

复乘后的序列为：

S·S_chirp

2d)频域到时域变换

对序列S·S_chirp进行IFFT，将频域变换到时域，即获得了斜置后的时域目标回波s_chirp，如图5所示；

步骤3，时域通道均衡

对斜置后的时域目标回波s_chirp，对每个采样点除以相应的幅相补偿因子，就完成了时域通道均衡。均衡后的时域序列为：

s_Equalization＝s_chirp/h

步骤4，去斜处理

4a)时域到频域变换

对时域序列s_Equalization进行FFT，获得频域序列S_Equalization，

4b)频域去斜本振复乘

产生去斜本振：

频域复乘以去斜本振，近距离回波搬移到远距离回波区域、远距离回波位置保持不变；

产生新的序列：

S_Equalization·S_dechirp

4c)频域到时域变换

将S_Equalization·S_dechirp进行IFFT，获得序列s_new(n)即获得了去斜后的时域目标回波，如图6所示；

步骤5，脉冲压缩

取序列s_new(n)中[floor(τ_startf_s),floor(τ_startf_s)+1,...floor(T_rf_s)-1]形成新的序列，即回波支撑区序列s_sup(n)，序列长度为floor((T_r-τ_start)f_s)

对目标回波支撑区s_sup(n)进行加权FFT，获得全程目标回波复数距离像，如图7所示。

本发明由于充分利用了LFMCW回波特点，通过对回波斜置以及去斜处理，结合特显点回波获得的带内幅相特性，完成宽带体制通道均衡处理，大大提高了成像质量。

Claims (1)

1.一种基于特显点的宽带LFMCW体制雷达通道均衡方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：收发通道带内幅相特性测量

1a)场地选择：选择暗室，暗室内周围干扰回波比三角形角反目标回波至少小20dB；

1b)点目标选择与放置：选择一个大尺寸三角形角反，满足雷达远场条件情况下，角反距离R_ref靠近雷达，角反凹面对准雷达波束指向，如果是数字阵列雷达，则目标应该在天线阵面法线方向，回波信噪比大于20dB；

1c)数据录取：录取角反多帧全程回波数据，其基带回波序列就是雷达收发通道带内幅相特性；

步骤2：回波斜置处理

2a)数据录取：录取场景回波基带数据，采样波门起始为最远设计距离对应的时刻，结束为LFMCW发射信号的结束时刻；

2b)时域到频域变换：对基带回波数据前面补零，使得基带回波数据的数组总长度等于LFMCW重复周期内的采样点数；然后进行FFT变换，将时域回波变换到频域；

2c)频域斜置本振复乘：频域复乘以斜置本振，近距离回波搬移到波门起始、远距离回波位置保持不变；

2d)频域到时域变换：进行IFFT，将频域变换到时域，即获得了斜置后的时域目标回波；

步骤3：时域通道均衡

对斜置后的时域目标回波，对每个采样点除以相应的幅相补偿因子，就完成了时域通道均衡；

步骤4：去斜处理

4a)时域到频域变换：对步骤3得到的时域目标回波的数组进行FFT；

4b)频域去斜本振复乘：频域复乘以去斜本振，近距离回波搬移到远距离回波区域、远距离回波位置保持不变；

4c)频域到时域变换：进行IFFT，将频域变换到时域，即获得了去斜后的时域目标回波；

步骤5：脉冲压缩

对目标回波支撑区内进行加权FFT，获得全程目标回波复数距离像。