CN109164441A - 一种雷达测距的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种雷达测距的方法，雷达发射两个不同频率的复正弦波信号，这些复正弦波信号经目标反射后，两根接收天线分别接收回波信号，得到回波信号后，对其中一个回波信号进行去噪，再进行相干累加，即信号的实部和虚部分别相加，累加长度为发射信号长度。对累加后的信号进行取模，估计出最大值位置，对应信号的到达时间，将信号到达时间换算为目标距离的粗估计值，进而得到目标的距离模糊数。根据两个接收信号的相位差，计算模糊的目标距离精估计值，结合距离模糊数，得到目标的高精度无模糊距离。本发明能提高双频连续波雷达的测距精度，且不存在距离模糊问题。

Description

一种雷达测距的方法
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种雷达测距的方法。
背景技术
测距是指测定目标与雷达之间的径向距离，它是目标定位的重要组成部分。
传统的双频连续波雷达通过比较两个载波频率回波的相位差进行目标测距：假设两个发射的复正弦信号的频率分别为f0和f1，频率差Δf＝f1-f0＞0。首先，估计出目标运动在两个载波频率下引起的多普勒频移和随后，构造补偿信号和并与原始回波信号相乘，得到两个恒定相位的信号。最后，计算这两个信号的相位差并换算成距离估计值
传统双频连续波雷达测距方法的主要存在两个缺点：第一，当目标距离较远时，会出现相位折叠现象，导致距离模糊问题；第二，可以通过减小频率差Δf增大无模糊距离，但是同时，估计精度也会下降。
发明内容
为克服上述传统双频连续波测距的缺点，本发明的目的在于提供一种雷达测距方法，其能够提高测距精度，且不存在距离模糊的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种雷达测距的方法，其具体包括以下步骤：
步骤1、假设存在一个目标，雷达发射的两个复正弦波信号s0(t)和s1(t)分别为：s0(t)＝exp(j2πf0t)，s1(t)＝exp(j2πf1t)，其中，f0和f1为发射信号的频率；计算雷达的最大无模糊距离其中，Δf＝f1-f0＞0；
步骤2、计算目标距离模糊数的估计值；
步骤2.1、雷达发射的两个复正弦波连续信号s0(t)和s1(t)经过目标反射后，两根接收天线分别接收回波信号，得到回波信号x0(t)和x1(t)；
步骤2.2、对回波信号x0(t)和x1(t)进行频率估计：分别估计目标运动引起的多普勒频率和构造补偿信号和与原信号相乘，得到和
步骤2.3、对和分别进行去噪，得到去噪后的信号和
步骤2.4、对于或进行相干累加，累加长度为发射信号长度；对累积后的信号进行取模，找到最大值位置对应信号到达时间，将信号到达时间换算成目标距离的粗估计值其中，c为光速，Ts为采样间隔；
将目标距离的粗估计值除以雷达的最大无模糊距离Ru并取整，得到目标距离模糊数的估计值
步骤3、计算模糊的目标距离精估计值；
将的相位和的相位相减，得到相位差进而计算出模糊的目标距离精估计值
步骤4、根据步骤2得到的目标距离模糊数的估计值和步骤3得到的模糊的目标距离精估计值，计算得到目标的高精度无模糊距离
采用上述方案后，本发明采用相干累加的方式估计目标回波的达到时间，对应目标距离的粗估计值，进而可以估计出目标的距离模糊数，结合相位差测距法得到有模糊的距离高精度估计值，可以得到目标的高精度无模糊测距结果。相较于现有的雷达测距方法，该方法利用相干累加估计出目标的模糊数，可以选择较大的发射频率差，因此测距精度高，且不存在距离模糊问题。
附图说明
图1是本发明的工作流程图；
图2是本发明实施例的回波信号相干累加结果示意图；
图3是本发明与传统方法测距精度的对比示意图。
以下结合附图和实例对本发明做进一步详述。
具体实施方式
如图1所示，本发明揭示了一种雷达测距的方法，其具体包括以下步骤：
步骤1、假设存在一个目标，雷达发射的两个复正弦波信号s0(t)和s1(t)分别为：s0(t)＝exp(j2πf0t)，s1(t)＝exp(j2πf1t)，其中，f0和f1为发射信号的频率；计算雷达的最大无模糊距离其中，Δf＝f1-f0＞0。
步骤2、计算目标距离模糊数的估计值；
步骤2.1、雷达发射的两个复正弦波连续信号s0(t)和s1(t)经过目标反射后，两根接收天线分别接收回波信号，得到回波信号x0(t)和x1(t)。
步骤2.2、对回波信号x0(t)和x1(t)进行频率估计：分别估计目标运动引起的多普勒频率和构造补偿信号和与原信号相乘，得到和
步骤2.3、对和分别进行去噪，得到去噪后的信号和
步骤2.4、对于或进行相干累加，累加长度为发射信号长度；对累积后的信号进行取模，找到最大值位置对应信号到达时间，将信号到达时间换算成目标距离的粗估计值其中，c为光速，Ts为采样间隔。将目标距离的粗估计值除以雷达的最大无模糊距离Ru并取整，得到目标距离模糊数的估计值
步骤3、计算模糊的目标距离精估计值；
将的相位和的相位相减，得到相位差进而计算出模糊的目标距离精估计值
步骤4、根据步骤2得到的目标距离模糊数的估计值和步骤3得到的模糊的目标距离精估计值，计算得到目标的高精度无模糊距离
例如，假设存在一个目标，与雷达的初始径向距离为400km，目标速度为1000m/s，雷达载频分别为10GHz和10.0001GHz，频率差为100kHz，脉冲宽度1ms，采样频率10MHz，首先，计算雷达的最大无模糊距离为
发射信号s0(t)和s1(t)经过目标反射后，两根接收天线分别接收回波信号，得到回波信号x0(t)和x1(t)：
估计x0(t)和x1(t)的频率和构造补偿信号和与原信号相乘，得到和
对和分别进行去噪，得到去噪后的信号和对于或进行相干累加并取模，如图2所示，找到最大值位置为31673，换算成距离的粗估计值为400080m，将除以雷达的最大无模糊距离1500m并取整，得到距离模糊数的估计值为266。
利用和计算相位差为4.1273，随后计算出模糊的目标距离精估计值为985.3241m。
最后，计算得到目标的高精度无模糊距离与传统方法相比，1000次重复实验的相对测距误差结果见图3，如图3所示，本发明的测距方法得到的目标距离值的误差要比采用传统方法进行雷达测距的误差小得多，也就是说，本发明的雷达测距方法精度高。
以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种雷达测距的方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：
步骤1、假设存在一个目标，雷达发射的两个复正弦波信号s0(t)和s1(t)分别为：s0(t)＝exp(j2πf0t)，s1(t)＝exp(j2πf1t)，其中，f0和f1为发射信号的频率；计算雷达的最大无模糊距离其中，Δf＝f1-f0＞0；
步骤2、计算目标距离模糊数的估计值；
步骤2.1、雷达发射的两个复正弦波连续信号s0(t)和s1(t)经过目标反射后，两根接收天线分别接收回波信号，得到回波信号x0(t)和x1(t)；
步骤2.2、对回波信号x0(t)和x1(t)进行频率估计：分别估计目标运动引起的多普勒频率和构造补偿信号和与原信号相乘，得到和
步骤2.3、对和分别进行去噪，得到去噪后的信号和
步骤2.4、对于或进行相干累加，累加长度为发射信号长度；对累积后的信号进行取模，找到最大值位置对应信号到达时间，将信号到达时间换算成目标距离的粗估计值其中，c为光速，Ts为采样间隔；
将目标距离的粗估计值除以雷达的最大无模糊距离Ru并取整，得到目标距离模糊数的估计值
步骤3、计算模糊的目标距离精估计值；
将的相位和的相位相减，得到相位差进而计算出模糊的目标距离精估计值
步骤4、根据步骤2得到的目标距离模糊数的估计值和步骤3得到的模糊的目标距离精估计值，计算得到目标的高精度无模糊距离
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