CN108761415B - 基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法 - Google Patents

基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108761415B
CN108761415B CN201810517622.XA CN201810517622A CN108761415B CN 108761415 B CN108761415 B CN 108761415B CN 201810517622 A CN201810517622 A CN 201810517622A CN 108761415 B CN108761415 B CN 108761415B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
target
array
receiving antenna
radar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810517622.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108761415A (zh
Inventor
林沂
付云起
杨凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National University of Defense Technology
Original Assignee
National University of Defense Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National University of Defense Technology filed Critical National University of Defense Technology
Priority to CN201810517622.XA priority Critical patent/CN108761415B/zh
Publication of CN108761415A publication Critical patent/CN108761415A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108761415B publication Critical patent/CN108761415B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法，应用于单发射多接收的单通道调频连续波雷达。技术方案是：接收天线阵列的阵元切换选通时序是第1、4、2、3、5、6、7、8、9、…、N‑1、N阵元，N表示接收天线阵列的总阵元数，以上述切换选通时序循环接收目标的回波信号。在信号处理过程中，对前4个阵元接收信号的相位进行处理，提取目标运动引入的相位项，构建相位恢复矩阵对接收天线阵列的接收信号进行相位恢复。本发明无需计算目标速度，适用于单发射多接收的单通道调频连续波雷达。

Description

基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理技术领域，涉及一种基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法。
背景技术
目前，雷达已经广泛应用于不同行业领域，其中，调频连续波雷达因具有结构简单、成本低的优点而受到了学术界及工业界的关注，现有的调频连续波雷达通常是多通道调频连续波雷达，即每个天线都需要一个单独的接收通道接收信号，随着接收天线阵列规模的增大，系统的体积和成本也会随之增加。为了减小多通道调频连续波雷达的成本及其系统复杂度，学者提出一种单通道调频连续波雷达[L.Yang and F.Zhenghe,“Switchantenna array with single receiving channel for FMCW radar,”inProc.Int.Symp.Antennas Propagation,Fukuoka,Japan,2000,pp.1629–1632.]，在该雷达中，接收天线阵列共用一个接收通道，通过射频开关对阵列天线进行切换选通，实现空间信号的采集。但是，这种单通道调频连续波雷达的缺点在于：接收天线阵列接收信号的相位不仅由目标的角度决定，还与目标速度有关，通常情况下，目标运动引入的相位项是一个固定的常数，在计算运动目标角度的过程中，如果不对运动目标的回波信号进行相位恢复，将会导致目标角度计算错误。
国内外机构开展了相关的基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法研究，主要有以下几种方法：
1、利用单个天线的接收信号探测目标，并计算目标速度，从而计算目标运动引入的相位项，最后对接收天线阵列接收的目标回波信号进行相位恢复[Z.Dominik,andA.Ziroff."Phase migration effects in moving target localization usingswitched MIMO arrays."european radar conference(2015):85-88.]。这种方法的缺点在于：需要精确计算目标速度，否则将会导致目标回波信号的相位恢复结果不准确。
2、通过设计重叠阵元，利用重叠阵元接收的目标回波信号计算目标运动引入的相位项，从而对接收天线阵列接收的目标回波信号进行相位恢复[C.M.Schmid,R.Feger,C.Pfeffer,A.Stelzer."Motion compensation and efficient array design for TDMAFMCW MIMO radar systems."European Conference on Antennas and PropagationIEEE,2012:1746-1750.]。但是，这种方法只适用于多输入多输出接收天线阵列的调频连续波雷达，无法应用于单发射多接收的单通道调频连续波雷达。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法，恢复接收天线阵列的接收信号相位，能够避免现有技术中存在的问题，在此过程中，不需要计算目标的速度，同时，该方法适用于单发射多接收的单通道调频连续波雷达。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法，应用于单发射多接收的单通道调频连续波雷达，其特征在于，接收天线阵列的阵元切换选通时序是第1、4、2、3、5、6、7、8、9、…、N-1、N阵元，N表示接收天线阵列的总阵元数，以上述切换选通时序循环接收目标的回波信号。在信号处理过程中，对前4个阵元接收信号的相位进行处理，提取目标运动引入的相位项，构建相位恢复矩阵对接收天线阵列的接收信号进行相位恢复。
本发明的有益效果：
本发明提出的一种基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法，通过设定的切换选通时序，对接收天线阵列进行N次切换选通，利用前4个阵元的接收信号进行处理，提取目标运动引入的相位项。本发明无需计算目标速度，适用于单发射多接收的单通道调频连续波雷达。
附图说明
图1是本发明应用于单通道调频连续波雷达的原理示意图；
图2是本发明的接收天线阵列的切换选通时序示意图；
图3是利用本发明得到的接收天线阵列相位仿真结果；
图4是利用本发明得到的结果计算目标角度的仿真结果；
图5是本发明的原理流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
图1是本发明应用于单通道调频连续波雷达(以下简称雷达)的原理示意图，如图所示，雷达的发射端包括了调频连续波信号产生模块及发射天线，雷达的接收端包括了接收天线阵列、射频开关模块、单通道接收模块、相位修正模块及雷达信号处理模块，其中，接收天线阵列为一个N元均匀直线接收天线阵列，射频开关模块用于控制接收天线阵列的切换选通。图2是本发明的接收天线阵列切换选通时序示意图，接收天线阵列的切换选通时序是1、4、2、3、5、6、7、8、…、N-1、N，以此作为一轮接收信号的切换选通时序循环接收目标的回波信号。其中，阵元间的切换选通周期等于调频连续波信号的调频周期T，则一轮接收信号周期为NT。射频开关模块用于控制和实现接收天线阵列的切换选通；单通道接收模块用于接收并采集接收天线阵列的信号；相位恢复模块用于恢复接收天线阵列的接收信号；雷达信号处理模块用于计算目标的距离、速度及角度。
依据本发明的切换选通时序，假设在某一轮接收信号周期内雷达接收到的信号S(i)是：
S(i)＝[s1(i) s4(i) s2(i) s3(i) s5(i) s6(i) … sN(i)]
其中，s1(i)＝[s1(1) s1(2) … s1(i) … s1(I)]H表示切换选通接收天线阵列的第1阵元时，接收的1个调频周期信号，[]H表示转置，i＝1,2,…,I，I表示在一个切换选通周期T内的采样点数，以此类推，可以表示其余阵元接收的信号。
将接收的信号S(i)按照从第1至第N阵元的顺序重新排列，获得信号Sorigin(i)，表示为：
Sorigin(i)＝[s1(i) s2(i) s3(i) s4(i) s5(i) s6(i) … sN(i)]
利用快速傅里叶变换方法对Sorigin(i)进行处理，得到距离向的距离为r的距离向信号Srange(r)，表示为：
Srange(r)＝[s1(r) s2(r) s3(r) s4(r) s5(r) s6(r) … sN(r)]
其中，r∈[0,R]，R表示雷达探测的最远距离，提取距离向信号Srange(r)的相位ψrange(r)表示为：
Figure GDA0002418132330000041
目标运动引入的相位项矢量可以通过下式进行提取：
Figure GDA0002418132330000042
利用计算的目标运动引入的相位项矢量
Figure GDA0002418132330000043
构建相位恢复矩阵ψre(r)，表示为：
Figure GDA0002418132330000044
利用相位恢复矩阵ψre(r)对距离向信号Sorigin(r)进行恢复，得到恢复后的距离向信号Sre(r)表示为：
Figure GDA0002418132330000051
其中，“.×”表示矩阵对应元素相乘。
利用逆傅里叶变换方法对恢复后的距离向信号Sre(r)进行处理，得到恢复后的接收天线阵列信号Sre(i)，表示为：
Sre(i)＝[sre_1(i) sre_2(i) sre_3(i) sre_4(i) sre_5(i) sre_6(i) … sre_N(i)]
采用本发明提出的雷达的运动目标相位恢复方法后，利用现有的数字波束形成方法[Van Trees,H.Optimum Array Processing.New York:Wiley-Interscience,2002.]对恢复后的接收天线阵列信号Sre(t)进行处理，即可正确计算目标的角度。
下面结合仿真实施例进行具体说明。
图3、图4是利用本发明的雷达的运动目标相位恢复方法得到的仿真结果，仿真设定的雷达参数是：调频周期T＝0.1ms；采样点数I＝2000；接收天线阵列规模是N＝8的均匀直线阵列；雷达探测的最远距离R＝3000m。仿真设定一个点目标，目标所在角度是0°，速度是-12m/s。
图3是利用本发明的雷达运动目标相位恢复方法得到的相位仿真结果，横坐标表示阵元，纵坐标表示归一化相位，空心圆点表示多通道调频连续波雷达的运动目标相位理论值，虚线、实线分别表示雷达运动目标相位恢复前、相位恢复后的相位值。观察可知，多通道调频连续波雷达的运动目标相位理论值为0°，未采用本发明的方法进行相位恢复时，观察到雷达的运动目标相位产生畸变。采用本发明的方法进行相位恢复后，雷达的运动目标相位与理论值重合。说明了本发明的相位恢复结果的精确性。
图4是利用本发明得到的结果计算目标角度的仿真结果，横坐标表示角度，纵坐标表示归一化方向图，虚线、实线分别表示雷达的运动目标相位恢复前、相位恢复后的目标角度仿真结果。可以观察到，未采用本发明的方法进行相位恢复时，计算得到的目标波束角度是-9°，采用本发明的方法进行相位恢复后，利用相位恢复后的接收天线阵列的接收信号计算得到的目标波束角度是0°，说明了接收天线阵列的接收信号经过本发明的方法进行相位恢复后，可以用于精确计算目标角度。
此外，本发明基于特定切换选通时序进行目标运动引入的相位项提取的原理值得进一步说明。因为，本发明通过特定的切换选通时序，巧妙地计算出目标运动引入的相位项，而且计算过程简单易行。
假设一个目标的运动速度为v，角度为θt，采用本发明的切换选通时序，第1、4、2、3、5、6、…、N阵元接收的运动目标回波信号相位
Figure GDA0002418132330000061
依次为：
Figure GDA0002418132330000062
其中，
Figure GDA0002418132330000063
为由目标距离决定的回波信号的固有相位，
Figure GDA0002418132330000064
为目标角度决定的相邻阵元相位差，
Figure GDA0002418132330000065
为目标运动引入的相位项。
在进行数字波束形成处理时，应该按照从第1至第N阵元的顺序重新排列，即相位
Figure GDA0002418132330000066
变更为：
Figure GDA0002418132330000067
从上述相位
Figure GDA0002418132330000068
的表达式中，利用相位
Figure GDA0002418132330000069
的前3个元素
Figure GDA00024181323300000610
进行运算，可以得到如下的结果，即：
Figure GDA00024181323300000611
基于上述原理，本发明利用公式
Figure GDA00024181323300000612
即可提取目标运动引入的相位项
Figure GDA00024181323300000613
图5是本发明的原理流程示意图。
以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。

Claims (1)

1.一种基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法，应用于单发射多接收的单通道调频连续波雷达，其特征在于，接收天线阵列的阵元切换选通时序是第1、4、2、3、5、6、7、8、9、…、N-1、N阵元，N表示接收天线阵列的总阵元数，以上述切换选通时序循环接收目标的回波信号；在信号处理过程中，对前4个阵元接收信号的相位进行处理，提取目标运动引入的相位项，构建相位恢复矩阵对接收天线阵列的接收信号进行相位恢复；
其中，在信号处理过程中，对前4个阵元接收信号的相位进行处理，提取目标运动引入的相位项，过程如下：
将接收的信号S(i)按照从第1至第N阵元的顺序重新排列，获得信号Sorigin(i)，表示为：
Sorigin(i)＝[s1(i) s2(i) s3(i) s4(i) s5(i) s6(i) … sN(i)]
利用快速傅里叶变换方法对Sorigin(i)进行处理，得到距离向的距离为r的距离向信号Srange(r)，表示为：
Srange(r)＝[s1(r) s2(r) s3(r) s4(r) s5(r) s6(r) … sN(r)]
其中，r∈[0,R]，R表示雷达探测的最远距离，提取距离向信号Srange(r)的相位ψrange(r)表示为：
Figure FDA0002418132320000011
目标运动引入的相位项矢量通过下式进行提取：
Figure FDA0002418132320000012
CN201810517622.XA 2018-05-25 2018-05-25 基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法 Active CN108761415B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810517622.XA CN108761415B (zh) 2018-05-25 2018-05-25 基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810517622.XA CN108761415B (zh) 2018-05-25 2018-05-25 基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108761415A CN108761415A (zh) 2018-11-06
CN108761415B true CN108761415B (zh) 2020-09-29

Family

ID=64006496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810517622.XA Active CN108761415B (zh) 2018-05-25 2018-05-25 基于特定切换选通时序的雷达运动目标相位恢复的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108761415B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103941242A (zh) * 2014-05-21 2014-07-23 中国科学院电子学研究所 一种基于单特显点的调频连续波线阵幅相误差校正方法
CN104181517A (zh) * 2013-05-24 2014-12-03 罗伯特·博世有限公司 用于运行多输入多输出雷达的方法
CN104297734A (zh) * 2014-10-20 2015-01-21 西安电子科技大学 基于频率分集阵列的mimo雷达的欺骗式干扰抑制方法
CN106405541A (zh) * 2016-11-14 2017-02-15 苏州途视电子科技有限公司 全相参连续波多普勒雷达及其测距测速方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3988571B2 (ja) * 2001-09-17 2007-10-10 株式会社デンソー レーダ装置
DE102014212284A1 (de) * 2014-06-26 2015-12-31 Robert Bosch Gmbh MIMO-Radarmessverfahren
DE102015100804B4 (de) * 2015-01-20 2016-11-17 Infineon Technologies Ag Radarvorrichtung mit Rauschunterdrückung
CN104880696B (zh) * 2015-05-11 2018-04-06 电子科技大学 一种基于通道优选的多通道目标检测方法
CN106199529B (zh) * 2016-08-19 2018-08-21 西安电子科技大学 最小冗余多输入多输出雷达的天线阵列设置方法
CN107942284B (zh) * 2017-10-31 2020-02-18 华南理工大学 基于二维正交非均匀线阵的水下波达方向估计方法与装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104181517A (zh) * 2013-05-24 2014-12-03 罗伯特·博世有限公司 用于运行多输入多输出雷达的方法
CN103941242A (zh) * 2014-05-21 2014-07-23 中国科学院电子学研究所 一种基于单特显点的调频连续波线阵幅相误差校正方法
CN104297734A (zh) * 2014-10-20 2015-01-21 西安电子科技大学 基于频率分集阵列的mimo雷达的欺骗式干扰抑制方法
CN106405541A (zh) * 2016-11-14 2017-02-15 苏州途视电子科技有限公司 全相参连续波多普勒雷达及其测距测速方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高分辨成像雷达相位补偿技术研究;郝亚凡;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20180515;正文全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108761415A (zh) 2018-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109804269B (zh) 用于在mimo雷达中获取角度多普勒签名的方法和系统
CN109975806B (zh) 基于阵元相位差的时分mimo雷达运动补偿方法
CN108693526B (zh) 用于mimo雷达的运动目标相位补偿方法
CN108769908B (zh) 多径环境下基于doa/toa联合估计的车辆定位参数估计方法
CN100392426C (zh) 单通道相控阵接收信号重构及处理方法
CN110412558A (zh) 基于tdm mimo的解车载fmcw雷达速度模糊方法
CN108693511A (zh) 时分复用mimo雷达的运动目标角度计算方法
CN103412286B (zh) 基于mimo雷达的发射极化优化doa估计方法
CN108387877A (zh) 一种多输入多输出雷达的运动目标相位修正方法
CN101644760B (zh) 一种适用于高分辨阵列的快速鲁棒的信源个数检测方法
CN108008386B (zh) 一种基于单快拍music算法的距离向处理方法
CN103323827B (zh) 基于快速傅里叶变换的mimo雷达系统角度估计方法
CN103901417A (zh) L型阵列mimo雷达低复杂度空间目标二维角度估计方法
CN102981152A (zh) 双基地多输入多输出雷达的多目标收发角度估计方法
CN105717496A (zh) 一种基于矩阵填充的频控阵mimo雷达系统的实现方法
CN109188387A (zh) 基于插值补偿的分布式相参雷达目标参数估计方法
CN108387883A (zh) 切换天线阵列调频连续波雷达的运动目标角度计算方法
CN105974388B (zh) 基于距离-方位耦合的双基地mimo雷达信号处理方法
CN104267389A (zh) 一种mimo天波超视距雷达信号处理方法
CN108363048B (zh) 一种基于块稀疏的极化mimo雷达的角度估计方法
CN111366904B (zh) 一种基于二维频谱相干合并的cfar检测方法
CN108710116B (zh) 一种mimo雷达的运动目标相位恢复方法
CN109901162A (zh) 一种适用于分布式地球同步轨道sar的长基线成像stap方法
CN107144811B (zh) 一种单通道接收阵列信号的循环子空间测向方法
CN108828504A (zh) 基于部分相关波形的mimo雷达目标方向快速估计方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant