CN108802716A - 基于重心校正的调频连续波着陆雷达测距方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于重心校正的调频连续波着陆雷达测距方法，其实现步骤为：(1)获取调频连续波着陆雷达的回波信号；(2)获得解调频后回波信号的二维矩阵；(3)获得差频信号的频谱；(4)获得差频信号频谱重心和频谱宽度的第一次估计值；(5)计算差频信号频谱的噪声功率；(6)获得差频信号频谱重心和频谱宽度的第二次估计值；(7)获得调频连续波着陆雷达天线波束的地面入射角；(8)获得校正后的测距结果。本发明通过添加重心校正系数得到校正后的距离估计值，可以用于调频连续波着陆雷达测距，满足更高精度的测距要求。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，更进一步涉及雷达数据处理技术领域中的一种基于重心校正的调频连续波FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)着陆雷达测距方法。本发明在重心法估计出调频连续波着陆雷达回波频谱重心之后，通过校正回波频谱重心，测量调频连续波着陆雷达与地面的距离。
背景技术
调频连续波雷达具有辐射功率小、测距测速精度高、设备相对简单、具有良好的电子对抗和低截获概率等优点。已广泛应用于导弹制导、舰船导航、战场侦察、气象观测等军用和民用领域。调频连续波雷达通过测量差频信号的频率进行测距，因此调频连续波雷达的基本任务就是检测差频信号和提取差频信号的频率。
在实际应用中，由于天线发射的电磁波具有一定的宽度，因此调频连续波着陆雷达波束照射地面时，在地面上等角度间隔的投影面积不同。导致调频连续波着陆雷达的回波信号能量并不关于天线波束中心轴线对称，用重心法估计出的调频连续波着陆雷达回波频谱重心并非天线波束中心对应的频率。为了实现无偏估计，需要对重心法估计的结果进行校正，提高调频连续波着陆雷达差频信号的频率估计精度。现有估计调频连续波雷达差频信号频率的方法，仅利用了调频连续波雷达回波频谱的统计特性，在复杂场景下，计算量大且测距精度较差。
侯盼卫在其发表的论文“FMCW测距雷达的信号处理技术研究与实现”(中北大学，硕士学位论文，2014年5月22日)中公开了一种结合调整频偏的修正能量重心法。该方法通过将差频信号频移，保证差频信号在相应的频率区间内，利用重心法在此频率区间内频率估计精度高的优势，改善差频信号频率估计精度。但是，该方法存在的不足之处是，需要对频移后的差频信号重新做加窗FFT运算，并根据信号功率谱的计算公式计算其功率谱，运算量大，因而该方法无法应用在着陆雷达复杂场景的测距中。
中国科学院电子学研究所在其申请的专利文献“线性调频连续波雷达测距方法”(专利申请号201410074964.0，公布号CN103823215A)中公开了一种线性调频连续波雷达测距方法。该方法通过插值来拟合中频信号的离散傅里叶频谱曲线，找到该频谱上最大值的谱线号对应的频率值，使其更加接近于理论的频率值，依据雷达测距公式得到距离估计值。该方法可以提高线性调频连续波雷达差频信号的精度，减小测距误差。但是，该方法仍然存在的不足之处是，需要对中频信号通过线性调频Z变换进行频谱细化，并且测距精度与频谱细化倍数有关，当频谱细化倍数较小时测距精度低。增加频谱细化倍数可以提高测距精度但同时也增加了计算量。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于重心校正的调频连续波着陆雷达测距方法。可实现使用重心校正系数对调频连续波着陆雷达测距结果进行校正，降低测距的计算量，提高测距精度。
实现本发明目的的具体思路是：通过重心估计公式和频谱宽度估计公式分别估计出差频信号的频谱重心和频谱宽度，根据波束中心频率估计公式和波束中心频谱宽度估计公式，分别计算调频连续波着陆雷达天线的波束中心差频信号频率估计值和频谱宽度估计值，根据调频连续波着陆雷达天线的波束中心差频信号频谱宽度估计值和频率估计值的比值，估计调频连续波着陆雷达天线波束的地面入射角，根据入射角对应的重心校正系数对调频连续波着陆雷达测距结果进行校正，降低了计算量，提高测距精度。
实现本发明的目的的具体步骤包括如下：
(1)获取调频连续波着陆雷达的回波信号：
(1a)根据调频连续波着陆雷达系统的要求，设置系统的各项仿真参数；
(1b)利用调频连续波着陆雷达的回波信号公式，计算三角调制的调频连续波着陆雷达在正、负调频周期的回波信号；
(2)获得解调频后回波信号的二维矩阵：
对调频连续波着陆雷达的实时回波信号做解调频处理，得到调频连续波着陆雷达的差频信号；将调频连续波着陆雷达的差频信号排列为二维矩阵；
(3)获得差频信号的频谱：
(3a)对调频连续波着陆雷达差频信号的二维矩阵做快速离散傅里叶变换FFT，得到调频连续波着陆雷达差频信号频谱的二维矩阵；
(3b)对调频连续波着陆雷达差频信号频谱的二维矩阵做非相参积累处理，得到调频连续波着陆雷达差频信号的频谱；
(4)获得差频信号频谱重心和频谱宽度的第一次估计值：
(4a)利用重心估计公式，分别计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期差频信号频谱重心的第一次估计值；
(4b)利用频谱宽度估计公式，分别计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期差频信号频谱宽度的第一次估计值；
(5)获得差频信号频谱的噪声功率：
利用噪声功率计算公式，分别计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期的噪声功率值；
(6)获得差频信号频谱重心和频谱宽度的第二次估计值：
(6a)将正、负调频周期差频信号频谱重心的第一次估计值，分别作为第二次估计窗口的中心；
(6b)将正、负调频周期差频信号频谱宽度的第一次估计的四倍值，分别作为第二次估计窗口的宽度；
(6c)用正、负调频周期差频信号的频谱功率值分别减去正、负调频周期的噪声功率值，以功率差分别作为第二次估计窗口内正、负调频周期差频信号的频谱功率值；
(6d)在估计窗口内，用第二次估计窗口的中心频率值更新正调频或负调频周期差频信号谱峰对应的频率值；用第二次估计窗口内的采样点数更新正调频或负调频周期差频信号谱峰两端所取的采样点数；用第二次估计窗口内正、负调频周期差频信号的频谱功率值更新正调频或负调频周期差频信号的频谱功率值；
(6e)在估计窗口内，利用重心估计公式，计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期差频信号频谱重心的第二次估计值；
(6f)在估计窗口内，利用频谱宽度估计公式，计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期差频信号频谱宽度的第二次估计值；
(7)获得调频连续波着陆雷达天线波束的地面入射角：
(7a)利用波束中心频率估计公式，计算调频连续波着陆雷达天线的波束中心差频信号频率估计值；
(7b)利用波束中心频谱宽度估计公式，计算调频连续波着陆雷达天线的波束中心差频信号频谱宽度估计值；
(7c)建立一个包括入射角与差频信号频谱宽度和频率比值的对照表；
(7d)将波束中心差频信号频谱宽度估计值与频率估计值的比值作为估计比值，在对照表中找到与估计比值最接近的比值，将此比值对应的入射角作为天线波束的地面入射角；
(8)获得校正后的测距结果：
(8a)建立一个包括入射角与重心校正系数的对照表；
(8b)在对照表中找到天线波束在地面的入射角对应的重心校正系数；
(8c)利用测距公式，计算调频连续波着陆雷达的测距值；
(8d)将重心校正系数与测距值相乘，得到校正后的调频连续波着陆雷达测距结果。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
第一，由于本发明利用天线波束在地面的入射角对应的重心校正系数进行重心校正，使获得校正后的调频连续波着陆雷达测距结果只需要较小的计算量。克服了现有技术在测距时需要对频移后的差频信号重新做加窗FFT运算，并根据信号功率谱的计算公式计算其功率谱，计算量大的问题，使本发明具有能够在保持同等测距精度的前提下，降低调频连续波着陆雷达测距计算量的优点。
第二，由于本发明利用重心校正系数与测距值相乘，得到校正后更精确的调频连续波着陆雷达测距结果。克服了现有技术中测距精度与线性调频Z变换的频谱细化倍数有关，当频谱细化倍数较小时测距精度低的问题，使本发明具有提高调频连续波着陆雷达测距精度的优点。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明入射角与差频信号频谱宽度和频率比值的对照图；
图3是本发明入射角与重心校正系数的对照图；
图4是本发明的仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
参照附图1，对本发明的具体步骤做进一步的描述。
步骤1，获取调频连续波着陆雷达的回波信号。
根据调频连续波着陆雷达系统的要求，设置系统的各项仿真参数。
利用调频连续波着陆雷达的回波信号公式，计算三角调制的调频连续波着陆雷达在正、负调频周期的回波信号。
所述调频连续波着陆雷达的回波信号公式如下：
其中，s+(t)表示调频连续波着陆雷达正调频周期内t时刻的回波信号，E表示调频连续波着陆雷达发射信号的幅度，G表示调频连续波着陆雷达天线的功率增益，λ表示调频连续波着陆雷达的波长，π表示圆周率，R(t)表示正调频周期内t时刻调频连续波着陆雷达与地面的距离，表示开方操作，σ表示调频连续波着陆雷达的雷达截面积，exp表示以自然常数e为底的指数操作，j表示虚数单位符号，f表示调频连续波着陆雷达发射信号的中心频率，τ表示正调频周期调频连续波着陆雷达回波信号的延时，c表示光速，μ表示调频连续波着陆雷达发射信号的调制斜率，B表示调频连续波着陆雷达发射信号的带宽，T表示调频连续波着陆雷达发射信号的周期，表示调频连续波着陆雷达发射信号的相位，s-(x)表示调频连续波着陆雷达负调频周期内x时刻的回波信号，R(x)表示负调频周期内x时刻调频连续波着陆雷达与地面的距离，η表示负调频周期调频连续波着陆雷达回波信号的延时，
步骤2，获得解调频后回波信号的二维矩阵。
对调频连续波着陆雷达的实时回波信号做解调频处理，得到调频连续波着陆雷达的差频信号；将调频连续波着陆雷达的差频信号排列为二维矩阵。
步骤3，获得差频信号的频谱。
对调频连续波着陆雷达差频信号的二维矩阵做快速离散傅里叶变换FFT，得到调频连续波着陆雷达差频信号频谱的二维矩阵。
所述快速离散傅里叶变换FFT公式如下：
其中，X(a)表示调频连续波着陆雷达差频信号的频谱，a表示频谱的谱线号，a＝0,1,2,...,H-1，H表示离散采样点数，|·|表示取复数模值操作，∑表示求和操作，h表示调频连续波着陆雷达差频信号的时间点，h＝0,1,2,...,H-1，x(h)表示调频连续波着陆雷达差频信号，WH表示离散傅里叶变换的旋转因子，且e表示以自然常数e为底的指数操作，j表示虚数单位符号，π表示圆周率。
对调频连续波着陆雷达差频信号频谱的二维矩阵做非相参积累处理，得到调频连续波着陆雷达差频信号的频谱。
所述非相参积累处理是指，将调频连续波着陆雷达差频信号频谱的二维矩阵中的信号取模，对每个正、负调频周期起始频率对应的频谱的幅度进行累加，得到调频连续波着陆雷达差频信号的频谱。
步骤4，获得差频信号频谱重心和频谱宽度的第一次估计值。
利用重心估计公式，分别计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期差频信号频谱重心的第一次估计值。
所述的重心估计公式如下：
其中，m表示正调频或负调频周期差频信号的频谱重心估计值，k表示正调频或负调频周期差频信号的谱峰对应的采样点序号，N表示正调频或负调频周期差频信号的谱峰两端所取采样点数，Σ表示求和操作，p表示正调频或负调频周期内第p个采样点，p＝1,2,····,D，D表示每个正调频或负调频周期的采样点总数，|·|表示取复数模值操作，s[f(p)]表示正调频或负调频周期内第p个采样点频率对应的差频信号的频谱。
利用频谱宽度估计公式，分别计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期差频信号频谱宽度的第一次估计值。
所述的频谱宽度估计公式如下：
其中，M表示正调频或负调频周期差频信号的频谱宽度估计值。
步骤5，计算差频信号频谱的噪声功率。
利用噪声功率计算公式，分别计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期的噪声功率值。
所述的噪声功率计算公式如下：
其中，U+表示调频连续波着陆雷达正调频周期的噪声功率估计值，m+表示正调频周期的差频信号频谱重心估计值，M+表示正调频周期的差频信号频谱宽度估计值，q表示正调频周期内第q个采样点，q＝1,2,····,E，E表示每个正调频周期内的采样点总数，Y表示m+-2M+对应的采样点左侧包含的采样点数，s+[f(q)]表示正调频周期内第q个采样点的频率对应差频信号的频谱，U-表示调频连续波着陆雷达负调频阶段的噪声功率估计值，m-表示负调频周期的差频信号频谱重心估计值，M-表示负调频周期的差频信号频谱宽度估计值，Z表示m-+2M-对应的采样点右侧包含的采样点数，l表示负调频周期内第l个采样点，l＝1,2,…,A，A表示每个负调频周期内的采样点总数，s-[f(l)]表示负调频周期内第l个采样点的频率对应差频信号的频谱。
步骤6，获得差频信号频谱重心和频谱宽度的第二次估计值。
将正、负调频周期差频信号频谱重心的第一次估计值，分别作为第二次估计窗口的中心。
将正、负调频周期差频信号频谱宽度的第一次估计的四倍值，分别作为第二次估计窗口的宽度。
用正、负调频周期差频信号的频谱功率值分别减去正、负调频周期的噪声功率值，以功率差分别作为第二次估计窗口内正、负调频周期差频信号的频谱功率值。
在估计窗口内，用第二次估计窗口的中心频率值更新正调频或负调频周期差频信号谱峰对应的频率值；用第二次估计窗口内的采样点数更新正调频或负调频周期差频信号谱峰两端所取的采样点数；用第二次估计窗口内正、负调频周期差频信号的频谱功率值更新正调频或负调频周期差频信号的频谱功率值。
在估计窗口内，利用重心估计公式，计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期差频信号频谱重心的第二次估计值。
所述的重心估计公式如下：
其中，m表示正调频或负调频周期差频信号的频谱重心估计值，k表示正调频或负调频周期差频信号的谱峰对应的采样点序号，N表示正调频或负调频周期差频信号的谱峰两端所取采样点数，∑表示求和操作，p表示正调频或负调频周期内第p个采样点，p＝1,2,····,D，D表示每个正调频或负调频周期的采样点总数，|·|表示取复数模值操作，s[f(p)]表示正调频或负调频周期内第p个采样点频率对应的差频信号的频谱。
在估计窗口内，利用频谱宽度估计公式，计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期差频信号频谱宽度的第二次估计值。
所述的频谱宽度估计公式如下：
其中，M表示正调频或负调频周期差频信号的频谱宽度估计值。
步骤7，获得调频连续波着陆雷达天线波束的地面入射角。
利用波束中心频率估计公式，计算调频连续波着陆雷达天线的波束中心差频信号频率估计值。
所述的波束中心频率估计公式如下：
其中，F表示调频连续波着陆雷达天线的波束中心差频信号频率估计值，g+表示正调频周期差频信号的频谱重心第二次估计值，g-表示负调频周期差频信号的频谱重心第二次估计值。
利用波束中心频谱宽度估计公式，计算调频连续波着陆雷达天线的波束中心差频信号频谱宽度估计值。
所述的波束中心频谱宽度估计公式如下：
其中，W表示调频连续波着陆雷达天线的波束中心差频信号频谱宽度估计值，d+表示正调频周期差频信号的频谱宽度第二次估计值，d-表示负调频周期差频信号的频谱宽度第二次估计值。
下面参照附图2本发明入射角与差频信号频谱宽度和频率比值的对照图，对多个入射角与多个差频信号频谱宽度和频率比值的对应关系做进一步的描述。图2由多个入射角与多个差频信号频谱宽度和频率比值一一对应的对照表产生。图2中的横坐标表示入射角，单位为度，纵坐标表示差频信号频谱宽度和频率比值。图2中的实线表示入射角与差频信号频谱宽度和频率比值对照曲线。由图2中的实线可以看到，差频信号频谱宽度和频率比值随入射角单调变化，入射角与差频信号频谱宽度和频率比值一一对应，入射角可以由差频信号频谱宽度和频率比值唯一确定。
将波束中心差频信号频谱宽度估计值与频率估计值的比值作为估计比值，在对照表中找到与估计比值最接近的比值，将此比值对应的入射角作为天线波束的地面入射角。
步骤8，获得校正后的测距结果。
下面参照附图3本发明入射角与重心校正系数的对照图，对多个入射角与多个重心校正系数的对应关系做进一步的描述。图3由多个入射角与多个重心校正系数一一对应的对照表产生。图3中的横坐标表示入射角，单位为度，纵坐标表示重心校正系数。图3中的实线表示入射角与重心校正系数对照曲线。由图3中的实线可以看到，重心校正系数随入射角单调变化，入射角与重心校正系数一一对应，重心校正系数可以由入射角唯一确定。可以在入射角与重心校正系数的对照表中找到天线波束在地面的入射角唯一对应的重心校正系数。
利用下述的测距公式，计算调频连续波着陆雷达的测距值：
其中，R表示调频连续波着陆雷达测距值。
将重心校正系数与测距值相乘，得到校正后的调频连续波着陆雷达测距结果。
下面结合仿真实验对本发明做进一步的描述。
1.仿真条件：
本发明的仿真实验中采用的调频连续波着陆雷达发射信号，其中心频率为35吉赫兹，带宽为4兆赫兹，脉冲重复周期为1毫秒，采样频率为20兆赫兹，随机初相位为0，对发射信号的幅度做归一化处理。调频连续波着陆雷达天线方向图函数采用辛克函数。调频连续波着陆雷达与地面的距离范围为4100米至4400米，调频连续波着陆雷达天线波束的地面入射角区间为20度至40度。仿真时间为2.56秒，数据更新周期为0.128秒。
在估计调频连续波着陆雷达正、负调频阶段差频信号的噪声功率时，分别在正、负调频阶段差频信号频谱谱峰对应的采样点两端各取50个采样点。使用嫦娥三号天线实测数据，建立多个入射角和多个波束中心差频信号频谱宽度估计值与频率估计值的比值的对照表。
2.仿真内容与结果分析：
本发明的仿真实验分别用本发明和现有技术的未使用重心校正的调频连续波雷达测距技术，对调频连续波着陆雷达的距离估计值进行了仿真，得到的仿真结果如图4所示。图4中的横坐标表示数据点序列，纵坐标表示距离，单位为米。图4中的实线表示调频连续波着陆雷达与地面距离真实值曲线，以圆形标示的折线表示重心校正前的距离估计值折线，以星号标示的折线表示重心校正后的距离估计值折线。
由图4可以看到，与重心校正前的距离估计值折线相比，采用本发明方法进行重心校正后的距离估计值折线更接近距离真实值曲线，说明重心校正后的距离估计值与距离真实值的误差更小。说明本发明能够使调频连续波着陆雷达距离估计值与距离真实值之间的误差明显减小，提高调频连续波着陆雷达的测距精度，使用本发明方法估计调频连续波着陆雷达的距离值能够获得更精确的结果。
Claims (9)
1.一种基于重心校正的调频连续波着陆雷达测距方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)获取调频连续波着陆雷达的回波信号：
(1a)根据调频连续波着陆雷达系统的要求，设置系统的各项仿真参数；
(1b)利用调频连续波着陆雷达的回波信号公式，计算三角调制的调频连续波着陆雷达在正、负调频周期的回波信号；
(2)获得解调频后回波信号的二维矩阵：
对调频连续波着陆雷达的实时回波信号做解调频处理，得到调频连续波着陆雷达的差频信号；将调频连续波着陆雷达的差频信号排列为二维矩阵；
(3)获得差频信号的频谱：
(3a)对调频连续波着陆雷达差频信号的二维矩阵做快速离散傅里叶变换FFT，得到调频连续波着陆雷达差频信号频谱的二维矩阵；
(3b)对调频连续波着陆雷达差频信号频谱的二维矩阵做非相参积累处理，得到调频连续波着陆雷达差频信号的频谱；
(4)获得差频信号频谱重心和频谱宽度的第一次估计值：
(4a)利用重心估计公式，分别计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期差频信号频谱重心的第一次估计值；
(4b)利用频谱宽度估计公式，分别计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期差频信号频谱宽度的第一次估计值；
(5)计算差频信号频谱的噪声功率：
利用噪声功率计算公式，分别计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期的噪声功率值；
(6)获得差频信号频谱重心和频谱宽度的第二次估计值：
(6a)将正、负调频周期差频信号频谱重心的第一次估计值，分别作为第二次估计窗口的中心；
(6b)将正、负调频周期差频信号频谱宽度的第一次估计的四倍值，分别作为第二次估计窗口的宽度；
(6c)用正、负调频周期差频信号的频谱功率值分别减去正、负调频周期的噪声功率值，以功率差分别作为第二次估计窗口内正、负调频周期差频信号的频谱功率值；
(6d)在估计窗口内，用第二次估计窗口的中心频率值更新正调频或负调频周期差频信号谱峰对应的频率值；用第二次估计窗口内的采样点数更新正调频或负调频周期差频信号谱峰两端所取的采样点数；用第二次估计窗口内正、负调频周期差频信号的频谱功率值更新正调频或负调频周期差频信号的频谱功率值；
(6e)在估计窗口内，利用重心估计公式，计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期差频信号频谱重心的第二次估计值；
(6f)在估计窗口内，利用频谱宽度估计公式，计算调频连续波着陆雷达正、负调频周期差频信号频谱宽度的第二次估计值；
(7)获得调频连续波着陆雷达天线波束的地面入射角：
(7a)利用波束中心频率估计公式，计算调频连续波着陆雷达天线的波束中心差频信号频率估计值；
(7b)利用波束中心频谱宽度估计公式，计算调频连续波着陆雷达天线的波束中心差频信号频谱宽度估计值；
(7c)建立一个包括入射角与差频信号频谱宽度和频率比值的对照表；
(7d)将波束中心差频信号频谱宽度估计值与频率估计值的比值作为估计比值，在对照表中找到与估计比值最接近的比值，将此比值对应的入射角作为天线波束的地面入射角；
(8)获得校正后的测距结果：
(8a)建立一个包括入射角与重心校正系数的对照表；
(8b)在对照表中找到天线波束在地面的入射角对应的重心校正系数；
(8c)利用测距公式，计算调频连续波着陆雷达的测距值；
(8d)将重心校正系数与测距值相乘，得到校正后的调频连续波着陆雷达测距结果。
2.根据权利要求1所述的基于重心校正的调频连续波着陆雷达测距方法，其特征在于：步骤(1b)中所述调频连续波着陆雷达的回波信号公式如下：
其中，s+(t)表示调频连续波着陆雷达正调频周期内t时刻的回波信号，E表示调频连续波着陆雷达发射信号的幅度，G表示调频连续波着陆雷达天线的功率增益，λ表示调频连续波着陆雷达的波长，π表示圆周率，R(t)表示正调频周期内t时刻调频连续波着陆雷达与地面的距离，表示开方操作，σ表示调频连续波着陆雷达的雷达截面积，exp表示以自然常数e为底的指数操作，j表示虚数单位符号，f表示调频连续波着陆雷达发射信号的中心频率，τ表示正调频周期调频连续波着陆雷达回波信号的延时，c表示光速，μ表示调频连续波着陆雷达发射信号的调制斜率，B表示调频连续波着陆雷达发射信号的带宽，T表示调频连续波着陆雷达发射信号的周期，表示调频连续波着陆雷达发射信号的相位，s-(x)表示调频连续波着陆雷达负调频周期内x时刻的回波信号，R(x)表示负调频周期内x时刻调频连续波着陆雷达与地面的距离，η表示负调频周期调频连续波着陆雷达回波信号的延时，
3.根据权利要求1所述的基于重心校正的调频连续波着陆雷达测距方法，其特征在于：步骤(3b)中所述非相参积累处理是指，将调频连续波着陆雷达差频信号频谱的二维矩阵中的信号取模，对每个正、负调频周期起始频率对应的频谱的幅度进行累加，得到调频连续波着陆雷达差频信号的频谱。
4.根据权利要求1所述的基于重心校正的调频连续波着陆雷达测距方法，其特征在于：步骤(4a)、步骤(6e)中所述的重心估计公式如下：
其中，m表示正调频或负调频周期差频信号的频谱重心估计值，k表示正调频或负调频周期差频信号的谱峰对应的采样点序号，N表示正调频或负调频周期差频信号的谱峰两端所取采样点数，∑表示求和操作，p表示正调频或负调频周期内第p个采样点，p＝1,2,····,D，D表示每个正调频或负调频周期的采样点总数，|·|表示取复数模值操作，s[f(p)]表示正调频或负调频周期内第p个采样点频率对应的差频信号的频谱。
5.根据权利要求1所述的基于重心校正的调频连续波着陆雷达测距方法，其特征在于：步骤(4b)、步骤(6f)中所述的频谱宽度估计公式如下：
其中，M表示正调频或负调频周期差频信号的频谱宽度估计值。
6.根据权利要求1所述的基于重心校正的调频连续波着陆雷达测距方法，其特征在于：步骤(5)中所述的噪声功率计算公式如下：
其中，U+表示调频连续波着陆雷达正调频周期的噪声功率估计值，m+表示正调频周期的差频信号频谱重心估计值，M+表示正调频周期的差频信号频谱宽度估计值，q表示正调频周期内第q个采样点，q＝1,2,····,E，E表示每个正调频周期内的采样点总数，Y表示m+-2M+对应的采样点左侧包含的采样点数，s+[f(q)]表示正调频周期内第q个采样点的频率对应差频信号的频谱，U-表示调频连续波着陆雷达负调频阶段的噪声功率估计值，m-表示负调频周期的差频信号频谱重心估计值，M-表示负调频周期的差频信号频谱宽度估计值，Z表示m-+2M-对应的采样点右侧包含的采样点数，l表示负调频周期内第l个采样点，l＝1,2,····,A，A表示每个负调频周期内的采样点总数，s-[f(l)]表示负调频周期内第l个采样点的频率对应差频信号的频谱。
7.根据权利要求1所述的基于重心校正的调频连续波着陆雷达测距方法，其特征在于：步骤(7a)中所述的波束中心频率估计公式如下：
其中，F表示调频连续波着陆雷达天线的波束中心差频信号频率估计值，g+表示正调频周期差频信号的频谱重心第二次估计值，g-表示负调频周期差频信号的频谱重心第二次估计值。
8.根据权利要求1所述的基于重心校正的调频连续波着陆雷达测距方法，其特征在于：步骤(7b)中所述的波束中心频谱宽度估计公式如下：
其中，W表示调频连续波着陆雷达天线的波束中心差频信号频谱宽度估计值，d+表示正调频周期差频信号的频谱宽度第二次估计值，d-表示负调频周期差频信号的频谱宽度第二次估计值。
9.根据权利要求1所述的基于重心校正的调频连续波着陆雷达测距方法，其特征在于：步骤(8c)中所述的测距公式如下：
其中，R表示调频连续波着陆雷达测距值。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108535719A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-09-14 | 西安电子科技大学 | 基于多普勒频谱重心校正的调频连续波着陆雷达测速方法 |
| CN109839623A (zh) * | 2019-02-14 | 2019-06-04 | 北京遥感设备研究所 | 一种地外天体着陆测量雷达面目标回波信号测距处理方法 |
| CN111289994A (zh) * | 2020-03-26 | 2020-06-16 | 北京理工大学 | 一种基于双外差混频的调频连续波激光雷达测距方法 |
| CN112698316A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-23 | 西安电子工程研究所 | 一种基于改进的重心插值提高雷达测距精度的方法 |
| CN113534066A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-10-22 | 北京遥感设备研究所 | 一种着陆测量雷达高度向多次反射野值剔除方法及其系统 |
| CN113608205A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-11-05 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种超高精度地外天体微波着陆雷达测距测速方法 |
| CN113687344A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-11-23 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种三角波调制线性调频连续波雷达测速方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101738601A (zh) * | 2009-11-27 | 2010-06-16 | 西安电子科技大学 | 基于雷达近场回波功率谱特征的机车速度测量系统及方法 |
| JP2011089779A (ja) * | 2009-10-20 | 2011-05-06 | Furuno Electric Co Ltd | ドップラ計測器、ドップラ計測方法、潮流計、および潮流計測方法 |
| CN103823215A (zh) * | 2014-03-03 | 2014-05-28 | 中国科学院电子学研究所 | 线性调频连续波雷达测距方法 |
| CN104635231A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-05-20 | 西安电子科技大学 | 基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法 |
| US20160033625A1 (en) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | North Carolina State University | Phase calibration circuit and method for multi-channel radar receiver |
| CN106772350A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-31 | 西安电子科技大学 | 基于线性调频信号实现雷达探测与通信传输的方法 |
-
2018
- 2018-04-10 CN CN201810314061.3A patent/CN108802716B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011089779A (ja) * | 2009-10-20 | 2011-05-06 | Furuno Electric Co Ltd | ドップラ計測器、ドップラ計測方法、潮流計、および潮流計測方法 |
| CN101738601A (zh) * | 2009-11-27 | 2010-06-16 | 西安电子科技大学 | 基于雷达近场回波功率谱特征的机车速度测量系统及方法 |
| CN103823215A (zh) * | 2014-03-03 | 2014-05-28 | 中国科学院电子学研究所 | 线性调频连续波雷达测距方法 |
| US20160033625A1 (en) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | North Carolina State University | Phase calibration circuit and method for multi-channel radar receiver |
| CN104635231A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-05-20 | 西安电子科技大学 | 基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法 |
| CN106772350A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-31 | 西安电子科技大学 | 基于线性调频信号实现雷达探测与通信传输的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| BAGHDADI N 等: ""Use of Terra SAR-X data to retrieve soil moisture over bare soil agricultural fields"", 《IEEE GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING LETTERS》 * |
| 时秋红 等: ""一种LFMCW雷达高度表信号处理系统的实现"", 《火控雷达技术》 * |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108535719A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-09-14 | 西安电子科技大学 | 基于多普勒频谱重心校正的调频连续波着陆雷达测速方法 |
| CN108535719B (zh) * | 2017-12-29 | 2020-06-16 | 西安电子科技大学 | 基于多普勒频谱重心校正的调频连续波着陆雷达测速方法 |
| CN109839623B (zh) * | 2019-02-14 | 2020-09-11 | 北京遥感设备研究所 | 一种地外天体着陆测量雷达面目标回波信号测距处理方法 |
| CN109839623A (zh) * | 2019-02-14 | 2019-06-04 | 北京遥感设备研究所 | 一种地外天体着陆测量雷达面目标回波信号测距处理方法 |
| CN111289994B (zh) * | 2020-03-26 | 2022-03-04 | 北京理工大学 | 一种基于双外差混频的调频连续波激光雷达测距方法 |
| CN111289994A (zh) * | 2020-03-26 | 2020-06-16 | 北京理工大学 | 一种基于双外差混频的调频连续波激光雷达测距方法 |
| CN112698316A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-23 | 西安电子工程研究所 | 一种基于改进的重心插值提高雷达测距精度的方法 |
| CN112698316B (zh) * | 2020-12-09 | 2023-07-11 | 西安电子工程研究所 | 一种基于改进的重心插值提高雷达测距精度的方法 |
| CN113534066A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-10-22 | 北京遥感设备研究所 | 一种着陆测量雷达高度向多次反射野值剔除方法及其系统 |
| CN113534066B (zh) * | 2021-06-23 | 2023-06-20 | 北京遥感设备研究所 | 一种着陆测量雷达高度向多次反射野值剔除方法及其系统 |
| CN113608205A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-11-05 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种超高精度地外天体微波着陆雷达测距测速方法 |
| CN113608205B (zh) * | 2021-06-25 | 2024-04-09 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种超高精度地外天体微波着陆雷达测距测速方法 |
| CN113687344A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-11-23 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种三角波调制线性调频连续波雷达测速方法 |
| CN113687344B (zh) * | 2021-07-20 | 2023-08-11 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种三角波调制线性调频连续波雷达测速方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN108802716B (zh) | 2020-04-21 |
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