CN106353733B - 一种固态功放脉压导航雷达的回波信号拼接处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固态功放脉压导航雷达的回波信息拼接处理方法，所述的方法的步骤如下：S1、雷达接收机按照时间依次接收来自目标反射的脉冲组内的两次回波信号；S2、将回波信号转换为中频信号后输出到信号处理的A/D转换器，A/D转换器对脉冲组内的两次回波信号依次进行采样；S3、数字下变频、脉冲压缩、抽取、相参积累与恒虚警率检测，得到检测结果为s1CFAR(n1)、s2CFAR(n2)；S4、把两次回波信号的检测结果s1CFAR(n1)和s2CFAR(n2)进行拼接，得到最终检测结果scomb(n)；S5、把拼接结果输出到雷达显示设备显示；该方法能够消除幅度水平的差异将导致雷达图像出现的拼接环，提高拼接处及其附近目标的检测能力，为用户提供完整清晰的雷达目标显示图像。

Description

一种固态功放脉压导航雷达的回波信号拼接处理方法
技术领域
本发明涉及脉压导航雷达信号处理领域，尤其涉及一种固态功放脉压导航雷达的回波信号拼接处理方法。
背景技术
导航雷达是海上船舶导航系统必须安装的设备之一，固态功放脉压导航雷达采用固态功放发射机和数字脉冲压缩技术，发射功率低，易安装，对人体危害小。
以往，采用磁控管发射机的导航雷达仅发射一种脉冲，回波形式单一，无需进行回波拼接处理。固态功放脉压雷达发射机通过天线发射脉冲组，一个脉冲组包括1到2个脉冲。一般来讲，对于近量程脉冲组仅含一个窄脉冲；对于中远量程脉冲组包含一个窄脉冲和一个宽脉冲。接收机按时间依次接收到来自目标反射的脉冲组内的各个回波，对于近量程，回波只有一种类型，不需要拼接处理；但是在中远量程下，有2种回波类型，需要拼接处理。
一般地，两类脉冲都是线性调频信号，其回波经过脉冲压缩处理后，因时延带宽积不同，脉压处理结果数据的幅度有差异。如果直接拼接两个回波，再进行后续处理，幅度水平的差异将导致雷达图像出现拼接环；因回波中包含杂波和噪声，致使两类回波幅度水平之比并非时延带宽积之比，寻找真实的幅度水平比非常困难，且作为拼接系数用于回波拼接，效果不理想。而恒虚警率检测以后的回波幅度是量化幅度，没有杂波和噪声的影响，两类回波之间的幅度水平是基本一致的，这样，对检测后的两类回波信号拼接相对容易，且效果较好。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种固态功放脉压导航雷达的回波信息拼接处理方法，能够消除幅度水平的差异将导致雷达图像出现的拼接环，提高拼接处及其附近目标的检测能力，为用户提供完整清晰的雷达目标显示图像。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种固态功放脉压导航雷达的回波信息拼接处理方法，所述的方法的步骤如下：
S1、雷达接收机按照时间依次接收来自目标反射的脉冲组内的两次回波信号；
S2、将回波信号转换为中频信号后输出到信号处理的A/D转换器，A/D转换器对脉冲组内的两次回波信号依次进行采样；
S3、数字下变频模块依次对接收到来自中频采样模块的两次回波信号的采样数据进行数字下变频处理，其中第1次回波信号处理结果包括同相信号s1I(n1)和正交信号s1Q(n1)的两路数字基带信号，其中n1为大于等于0小于等于第1次回波最大采样点数N1rx-1的整数，第2次回波信号处理结果包括同相信号s2I(n2)和正交信号s2Q(n2)的两路数字基带信号，其中n2为大于等于0小于等于第2次回波最大采样点数N2rx-1的整数；
S4、把第1次回波信号的基带信号s1I(n1)/s1Q(n1)送到脉冲压缩模块进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩处理结果为脉压复信号s1c(n1)；把第2次回波信号的基带信号s2I(n2)/s2Q(n2)送到脉冲压缩模块进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩处理结果为脉压复信号s2c(n2)；
S5、对脉压复信号s1c(n1)和s2c(n2)分别进行抽取处理，其中抽取倍数是由量程决定的规定倍数Kdec，处理结果变为复信号s1dec(n1)、s2dec(n2)，其总长度变为N1rx/Kdec、N2rx/Kdec，内部各回波段长度也缩减为原来的1/Kdec；
S6、对s1dec(n1)、s2dec(n2)分别进行相参积累处理，其中积累次数是由天线波束内驻留的脉冲个数决定的规定次数Nacc；对Nacc次脉冲重复周期的s1dec(n1)、s2dec(n2)进行存储，其中，s1dec(n1)的第m个脉冲重复周期的数据表示为s1dec(m.n1)，s2dec(n2)的第m个脉冲重复周期的数据表示为s2dec(m.n2)，其中m为大于等于0小于等于Nacc-1的整数；对同一距离单元n1和n2的不同脉冲重复周期的Nacc个复数据进行相参积累，得到该距离单元的积累结果，在全部距离单元重复此处理获得该相干处理间隔内的相参积累结果s1acc(n1)、s2acc(n2)；
S7、对s1acc(n1)、s2acc(n2)相参积累结果分别进行恒虚警率检测，得到检测结果为s1CFAR(n1)、s2CFAR(n2)；
S8、把两次回波信号的检测结果s1CFAR(n1)和s2CFAR(n2)进行拼接，得到最终检测结果scomb(n)；scomb(n)由前中后三段数据组成，前段数据sfront(n1)等于s1CFAR(n1)，后段数据sbeh(n2)等于s2CFAR(n2)，中段数据smid(n0)是由s1CFAR(n1)和s2CFAR(n2)拼接处理得到；
S9、把拼接结果输出到雷达显示设备显示。
对两次回波信号进行采样包括：
S21、第1次回波采样表示为secho1(n1)，其中n1为大于等于0小于等于N1rx-1的整数，N1rx为最大采样点数；secho1(n1)分3个回波段进行采样，其中，包括主回波段s1m(n1)，第1次回波主回波段长度N1m，重叠回波段s1o(n1)，第1次回波重叠回波段长度N1o，后参考回波段s1rb(n1)，第1次回波后参考回波段长度N1rb，显然地，N1rx＝N1m+N1o+N1rb；
S22、第2次回波采样表示为secho2(n2)，其中n1为大于等于0小于等于N2rx-1的整数，N2rx为最大采样点数；secho2(n2)分4个回波段进行采样，其中，包括前参考回波段s2rf(n2)，，第2次回波前参考回波段长度N2rf，主回波段s2m(n2)，，第2次回波主回波段长度N2m，重叠回波段s2o(n2)，，第2次回波重叠回波段长度N2o，后参考回波段s2rb(n2)，，第2次回波重叠回波段长度N1rb，显然地，N2rx＝N2rf+N2m+N2o+N2rb。
所述的通过恒虚警率检测得到的检测结果方法为：
S71、s1acc(n1)的检测单元总长度为(N1m+N1o)/Kdec，参考单元长度为N1rb/Kdec到2N1rb/Kdec，在形成门限过程中，第0号检测单元至第N1rb/Kdec-1号检测单元有完整的后参考单元，却没有完整的前参考单元，这时，门限形成以后参考单元计算出的门限为主；s1acc(n1)的检测结果为s1CFAR(n1)，其中n1为大于等于0小于等于(N1m+N1o)/Kdec-1的整数，s1CFAR(n1)包括主回波检测结果s1CFARm(n1)和重叠回波检测结果s1CFARo(n1)两段；
S72、s2acc(n2)的检测单元总长度为(N2m+N2o)/Kdec，参考单元长度为(N2rf+N2rb)/Kdec，所有的检测单元都具备完整的参考单元以形成门限；s2acc(n2)的检测结果为s2CFAR(n2)，其中n2为大于等于0小于等于(N2m+N2o)/Kdec-1的整数，s2CFAR(n2)包括主回波检测结果s2CFARm(n2)和重叠回波检测结果s2CFARo(n2)两段。
所述的拼接方法为：
S81、因为N1o＝N2o，设No＝N1o＝N2o，则s1CFARo(n1)、s2CFARo(n2)的总长度均为No/Kdec，其中，n1和n2均为大于等于0小于等于No/Kdec-1的整数，将s1CFARo(n1)、s2CFARo(n2)相减得到重叠回波差信号
S82、利用拼接准则得到中段数据smid(n0)，拼接准则如下：
本发明的有益效果是：一种固态功放脉压导航雷达的回波信息拼接处理方法，能够消除幅度水平的差异将导致雷达图像出现的拼接环，提高拼接处及其附近目标的检测能力，为用户提供完整清晰的雷达目标显示图像。
附图说明
图1为拼接处理方法实现流程图；
图2为两次回波采样数据结构与发射信号时序关系示意图；
图3为两次回波信号检测结果时序关系示意图；
图4为回波拼接处理示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种固态功放脉压导航雷达的回波信息拼接处理方法，所述的方法的步骤如下：
S1、雷达接收机按照时间依次接收来自目标反射的脉冲组内的两次回波信号；
S2、将回波信号转换为中频信号后输出到信号处理的A/D转换器，A/D转换器对脉冲组内的两次回波信号依次进行采样；
S3、数字下变频模块依次对接收到来自中频采样模块的两次回波信号的采样数据进行数字下变频处理，其中第1次回波信号处理结果包括同相信号s1I(n1)和正交信号s1Q(n1)的两路数字基带信号，其中n1为大于等于0小于等于第1次回波最大采样点数N1rx-1的整数，第2次回波信号处理结果包括同相信号s2I(n2)和正交信号s2Q(n2)的两路数字基带信号，其中n2为大于等于0小于等于第2次回波最大采样点数N2rx-1的整数；
S4、把第1次回波信号的基带信号s1I(n1)/s1Q(n1)送到脉冲压缩模块进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩处理结果为脉压复信号s1c(n1)；把第2次回波信号的基带信号s2I(n2)/s2Q(n2)送到脉冲压缩模块进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩处理结果为脉压复信号s2c(n2)；
S5、对脉压复信号s1c(n1)和s2c(n2)分别进行抽取处理，其中抽取倍数是由量程决定的规定倍数Kdec，处理结果变为复信号s1dec(n1)、s2dec(n2)，其总长度变为N1rx/Kdec、N2rx/Kdec，内部各回波段长度也缩减为原来的1/Kdec；
S6、对s1dec(n1)、s2dec(n2)分别进行相参积累处理，其中积累次数是由天线波束内驻留的脉冲个数决定的规定次数Nacc；对Nacc次脉冲重复周期的s1dec(n1)、s2dec(n2)进行存储，其中，s1dec(n1)的第m个脉冲重复周期的数据表示为s1dec(m.n1)，s2dec(n2)的第m个脉冲重复周期的数据表示为s2dec(m.n2)，其中m为大于等于0小于等于Nacc-1的整数；对同一距离单元n1和n2的不同脉冲重复周期的Nacc个复数据进行相参积累，得到该距离单元的积累结果，在全部距离单元重复此处理获得该相干处理间隔内的相参积累结果s1acc(n1)、s2acc(n2)；
S7、对s1acc(n1)、s2acc(n2)相参积累结果分别进行恒虚警率检测，得到检测结果为s1CFAR(n1)、s2CFAR(n2)；
S8、把两次回波信号的检测结果s1CFAR(n1)和s2CFAR(n2)进行拼接，得到最终检测结果scomb(n)；scomb(n)由前中后三段数据组成，前段数据sfront(n1)等于s1CFAR(n1)，后段数据sbeh(n2)等于s2CFAR(n2)，中段数据smid(n0)是由s1CFAR(n1)和s2CFAR(n2)拼接处理得到；
S9、把拼接结果输出到雷达显示设备显示。
对两次回波信号进行采样包括：
S21、第1次回波采样表示为secho1(n1)，其中n1为大于等于0小于等于N1rx-1的整数，N1rx为最大采样点数；secho1(n1)分3个回波段进行采样，其中，包括主回波段s1m(n1)，第1次回波主回波段长度N1m，重叠回波段s1o(n1)，第1次回波重叠回波段长度N1o，后参考回波段s1rb(n1)，第1次回波后参考回波段长度N1rb，显然地，N1rx＝N1m+N1o+N1rb；
S22、第2次回波采样表示为secho2(n2)，其中n1为大于等于0小于等于N2rx-1的整数，N2rx为最大采样点数；secho2(n2)分4个回波段进行采样，其中，包括前参考回波段s2rf(n2)，，第2次回波前参考回波段长度N2rf，主回波段s2m(n2)，，第2次回波主回波段长度N2m，重叠回波段s2o(n2)，，第2次回波重叠回波段长度N2o，后参考回波段s2rb(n2)，，第2次回波重叠回波段长度N1rb，显然地，N2rx＝N2rf+N2m+N2o+N2rb。
所述的主回波段的采样数据将提供给恒虚警率检测模块作为检测单元；前参考回波段的采样数据将提供给恒虚警率检测模块作为前参考单元数据，后参考回波段的采样数据将提供给CFAR检测模块作为后参考单元数据，前后参考回波段采样长度相等，即N2rb＝N2rf；重叠回波段的采样数据也将提供给恒虚警率检测模块作为一部分检测单元，两次回波的重叠回波段对应相同的距离单元编号，且长度相等，即N1o＝N2o，两次回波信号采集数据结构与发射信号时序关系如图2所示。
所述的通过恒虚警率检测得到的检测结果方法为：
S71、s1acc(n1)的检测单元总长度为(N1m+N1o)/Kdec，参考单元长度为N1rb/Kdec到2N1rb/Kdec，在形成门限过程中，第0号检测单元至第N1rb/Kdec-1号检测单元有完整的后参考单元，却没有完整的前参考单元，这时，门限形成以后参考单元计算出的门限为主；s1acc(n1)的检测结果为s1CFAR(n1)，其中n1为大于等于0小于等于(N1m+N1o)/Kdec-1的整数，s1CFAR(n1)包括主回波检测结果s1CFARm(n1)和重叠回波检测结果s1CFARo(n1)两段；两次回波检测结果的时序关系示意图如图3所示。
S72、s2acc(n2)的检测单元总长度为(N2m+N2o)/Kdec，参考单元长度为(N2rf+N2rb)/Kdec，所有的检测单元都具备完整的参考单元以形成门限；s2acc(n2)的检测结果为s2CFAR(n2)，其中n2为大于等于0小于等于(N2m+N2o)/Kdec-1的整数，s2CFAR(n2)包括主回波检测结果s2CFARm(n2)和重叠回波检测结果s2CFARo(n2)两段。
所述的拼接方法为：
S81、因为N1o＝N2o，设No＝N1o＝N2o，则s1CFARo(n1)、s2CFARo(n2)的总长度均为No/Kdec，其中，n1和n2均为大于等于0小于等于No/Kdec-1的整数，将s1CFARo(n1)、s2CFARo(n2)相减得到重叠回波差信号
S82、利用拼接准则得到中段数据smid(n0)，拼接准则如下：
所述的T是门限规定值。对重叠回波段每个距离单元的目标来说，两次回波检测结果的幅度差距较大，且超过门限规定值T，则认为回波拼接处丢失目标的概率大，应该以幅度大的那次回波作为中段检测结果输出；而幅度差距较小，尚未超过门限规定值T，则认为回波拼接处丢失目标的概率小，以两次回波幅度的均值作为中段检测结果输出即可。回波拼接方法如图4所示。最后，把拼接处理结果输出到雷达显示设备。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种固态功放脉压导航雷达的回波信息拼接处理方法，其特征在于：所述的方法的步骤如下：
S1、雷达接收机按照时间依次接收来自目标反射的脉冲组内的两次回波信号；
S2、将回波信号转换为中频信号后输出到信号处理的A/D转换器，A/D转换器对脉冲组内的两次回波信号依次进行采样；
S3、数字下变频模块依次对接收到来自中频采样模块的两次回波信号的采样数据进行数字下变频处理，其中第1次回波信号处理结果包括同相信号s1I(n1)和正交信号s1Q(n1)的两路数字基带信号，其中n1为大于等于0小于等于第1次回波最大采样点数N1rx-1的整数，第2次回波信号处理结果包括同相信号s2I(n2)和正交信号s2Q(n2)的两路数字基带信号，其中n 2为大于等于0小于等于第2次回波最大采样点数N2rx-1的整数；
S4、把第1次回波信号的基带信号s1I(n1)和s1Q(n1)送到脉冲压缩模块进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩处理结果为脉压复信号s1c(n1)；把第2次回波信号的基带信号s2I(n2)和s2Q(n2)送到脉冲压缩模块进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩处理结果为脉压复信号s2c(n2)；
S5、对脉压复信号s1c(n1)和s2c(n2)分别进行抽取处理，其中抽取倍数是由量程决定的规定倍数Kdec，处理结果变为复信号s1dec(n1)、s2dec(n2)，其总长度变为N1rx/Kdec、N2rx/K dec，内部各回波段长度也缩减为原来的1/Kdec；
S6、对s1dec(n1)、s2dec(n2)分别进行相参积累处理，其中积累次数是由天线波束内驻留的脉冲个数决定的规定次数Nacc；对Nacc次脉冲重复周期的s1dec(n 1)、s2dec(n2)进行存储，其中， s1dec(n1)的第m个脉冲重复周期的数据表示为s1dec(m.n1)，s2dec(n2)的第m个脉冲重复周期的数据表示为s2dec(m.n2)，其中m为大于等于0小于等于Nacc-1的整数；对同一距离单元n1和n2的不同脉冲重复周期的Nacc个复数据进行相参积累，得到该距离单元的积累结果，在全部距离单元重复此处理获得相干处理间隔内的相参积累结果s 1acc(n1)、s2acc(n2)；
S7、对s1acc(n1)、s2acc(n2)相参积累结果分别进行恒虚警率检测，得到检测结果为s1CFAR (n1)、s2CFAR(n2)；
S8、把两次回波信号的检测结果s1CFAR(n1)和s2CFAR(n2)进行拼接，得到最终检测结果s comb (n)；scomb(n)由前中后三段数据组成，前段数据sfront(n1)等于s1CFAR(n1)，后段数据s beh(n2)等于s2CFAR(n2)，中段数据smid(n0)是由s1CFAR(n1)和s2CFAR(n2)拼接处理得到；
S9、把拼接结果输出到雷达显示设备显示。
2.根据权利要求1所述的一种固态功放脉压导航雷达的回波信息拼接处理方法，其特征在于：对两次回波信号进行采样包括：
S21、第1次回波采样表示为secho1(n1)，其中n1为大于等于0小于等于N1rx-1的整数，N1rx为最大采样点数；secho1(n1)分3个回波段进行采样，其中，包括主回波段s1m(n1)，第1次回波主回波段长度N1m，重叠回波段s1o(n1)，第1次回波重叠回波段长度N1o，后参考回波段s1rb(n1)，第1次回波后参考回波段长度N1rb，显然地，N1rx＝N1m+N1o+N 1rb；
S22、第2次回波采样表示为secho2(n2)，其中n1为大于等于0小于等于N2rx-1的整数，N2rx为最大采样点数；secho2(n2)分4个回波段进行采样，其中，包括前参考回波段s2rf(n2)，第2次回波前参考回波段长度N2rf，主回波段s2m(n2)，第2次回波主回波段长度N 2m，重叠回波段s2o (n2)，第2次回波重叠回波段长度N2o，后参考回波段s2rb(n2)，第2次回波重叠回波段长度 N1rb，显然地，N2rx＝N2rf+N2m+N2o+N2rb。
3.根据权利要求1所述的一种固态功放脉压导航雷达的回波信息拼接处理方法，其特征在于：所述的通过恒虚警率检测得到的检测结果方法为：
S71、s1acc(n1)的检测单元总长度为(N1m+N1o)/Kdec，参考单元长度为N1rb/Kdec到2N1rb/ Kdec，在形成门限过程中，第0号检测单元至第N1rb/Kdec-1号检测单元有完整的后参考单元，却没有完整的前参考单元，这时，门限形成以后参考单元计算出的门限为主；s1acc(n1)的检测结果为s1CFAR(n1)，其中n1为大于等于0小于等于(N1m+N1o)/Kdec-1的整数，s1CFAR(n 1)包括主回波检测结果s1CFARm(n 1)和重叠回波检测结果s1CFARo(n 1)两段；
S72、s2acc(n2)的检测单元总长度为(N2m+N2o)/Kdec，参考单元长度为(N2rf+N2rb)/Kdec，所有的检测单元都具备完整的参考单元以形成门限；s2acc(n2)的检测结果为s2CFAR(n2)，其中n2为大于等于0小于等于(N2m+N2o)/Kdec-1的整数，s2CFAR(n2)包括主回波检测结果s 2CFARm(n2)和重叠回波检测结果s2CFARo(n2)两段。
4.根据权利要求1所述的一种固态功放脉压导航雷达的回波信息拼接处理方法，其特征在于：所述的拼接方法为：
S81、因为N1o＝N2o，设No＝N1o＝N2o，则s1CFARo(n1)、s2CFARo(n2)的总长度均为N o/Kdec，其中，n1和n2均为大于等于0小于等于No/Kdec-1的整数，将s1CFARo(n1)、s 2CFARo(n2)相减得到重叠回波差信号Δs(n3)：
S82、利用拼接准则得到中段数据smid(n0)，拼接准则如下：
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CN101329400A (zh) * 2008-07-30 2008-12-24 电子科技大学 一种基于拟合优度检验的雷达目标恒虚警检测方法
CN104849698A (zh) * 2015-05-21 2015-08-19 中国人民解放军海军工程大学 一种基于异构多核系统的雷达信号并行处理方法及系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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