CN109814072B - 一种基于数字接收机的雷达信号处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字接收机的雷达信号处理方法,由数字接收机接收雷达脉冲的射频信号，经过微波链路转换为数字中频信号，并通过数字接收机中的频率估计模块对该信号进行频率估算；通过增加多径辨识方式对该数字接收机中的脉宽估计模块进行脉宽修正；通过数字接收机中的功率估计模块对修正后的雷达信号进行最终的功率估算。本发明还提供了一种基于数字接收机的雷达信号处理装置，数字接收机包括频率估计模块、脉宽估计模块以及功率估计模块，还包括多径辨识模块，多径辨识模块用于脉宽估计模块的脉宽修正。本发明能够通过多径辨识对雷达信号的脉冲宽度进行修正，显著改善传统数字接收机由于多径引起的虚警、脉宽分裂、展宽及功率损失的问题。

Description

一种基于数字接收机的雷达信号处理方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体为一种基于数字接收机的雷达信号处理方法及装置。

背景技术

数字接收机通过对雷达信号进行接收和处理，获取信号特征参数，包括频率、脉宽、ToA(到达时间)、功率以及方位向到达角等，主要用于雷达情报、电子对抗、模拟仿真训练等领域。

当数字接收机接收的雷达信号如果存在多径时，将引起脉内功率起伏、相位变化以及脉冲展宽，降低了直达波信号质量，如图1中单个脉冲采样的幅度和相位随时间的变化所示，没有多径的直达波为脉宽9us重周18us的脉冲信号，功率被归一化；当存在两个多径，延时分别为0.5us和1us，功率分别为-2dB和-5dB，每个多径的初始相位随机。图2为线性调频信号的多径影响示意图，图3为相位编码信号的多径影响示意图。上述信号除了都有脉冲展宽外和功率起伏外，线性调频和相位编码信号受多径影响尤为严重，出现严重的脉冲分裂现象。

数字接收机性能在存在多径的环境下，出现大量的脉冲分裂、扩展、功率起伏，导致虚警严重，脉宽、功率、到达时间均出现错误，严重恶化数字接收机性能。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于数字接收机的雷达信号处理方法及装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于数字接收机的雷达信号处理方法,包括以下步骤：

由数字接收机接收雷达脉冲的射频信号，经过微波链路转换为数字中频信号，并通过数字接收机中的频率估计模块对该信号进行频率估算；

通过增加多径辨识方式对该数字接收机中的脉宽估计模块进行脉宽修正；

通过数字接收机中的功率估计模块对修正后的雷达信号进行最终的功率估算。

作为本发明一种优选的技术方案，多径辨识方式用于引导数字接收机的脉宽估计，在多径辨识的基础上，给出脉冲结束时间的判决。

作为本发明一种优选的技术方案，多径辨识方式用于引导数字接收机脉宽估计结果的融合，对多径引起的脉冲分裂产生的多个脉宽进行合并、对多径引起的脉冲展宽进行缩短。

本发明还提供了一种基于数字接收机的雷达信号处理装置，该数字接收机包括频率估计模块、脉宽估计模块以及功率估计模块，其特征在于：还包括多径辨识模块，所述多径辨识模块用于所述脉宽估计模块的脉宽修正。

作为本发明一种优选的技术方案，所述多径辨识模块连接于所述频率估计模块与所述脉宽估计模块之间，所述脉宽估计模块与所述功率估计模块连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述多径辨别模块与所述频率估计模块连接，所述脉宽估计模块与所述多径辨别模块通过脉宽融合模块与所述功率估计模块相连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够通过多径辨识对雷达信号的脉冲宽度进行有效修正，显著改善传统数字接收机由于多径引起的虚警、脉宽分裂、展宽及功率损失的问题。

附图说明

图1为常规脉冲信号的多径影响示意图；

图2为线性调频信号的多径影响示意图；

图3为相位编码信号的多径影响示意图；

图4为传统数字接收机原理图；

图5为传统数字接收机的脉宽估计模块示意图；

图6为本发明一个实施例中提供了的一种基于数字接收机的雷达信号处理装置示意图；

图7为本发明一个实施例中多径辨识模块与脉宽估计模块具体结合示意图；

图8为单个常规脉冲采样的时域信号的归一化幅度随着时间变化图；

图9为多径盲辨识依据的量度随着时间的变化图；

图10为多径盲辨识量度随主径消失时的跳变特征图；

图11为线性调频信号的多径盲辨识量度随主径消失时的跳变特征图；

图12为本发明另一个实施例中提供了的一种基于数字接收机的雷达信号处理装置示意图；

图13为本发明另一个实施例中多径辨识模块与脉宽估计模块具体结合示意图；

图中：1-频率估计模块；2-脉宽估计模块；3-功率估计模块；4-多径辨识模块；5-脉宽融合模块。

具体实施方式

如图4所示，现有的工作原理为在接收到雷达脉冲的射频信号后，经过微波链路转换为数字中频信号，并井数字接收机的频率估计、脉宽估计、功率估计及其他功能，最终输出每个脉冲的频率、脉宽、功率等参数。

其中天线、微波组件、频率估计模块1、脉宽估计模块2以及功率估计模块3均为可重用的现有技术。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种基于数字接收机的雷达信号处理方法,包括以下步骤：

由数字接收机接收雷达脉冲的射频信号，经过微波链路转换为数字中频信号，并通过数字接收机中的频率估计模块1对该信号进行频率估算；

通过增加多径辨识方式对该数字接收机中的脉宽估计模块2进行脉宽修正；

通过数字接收机中的功率估计模块3对修正后的雷达信号进行最终的功率估算。

在一个实施例中，多径辨识方式用于引导数字接收机的脉宽估计，在多径辨识的基础上，给出脉冲结束时间的判决。

在另一个实施例中，多径辨识方式用于引导数字接收机脉宽估计结果的融合，对多径引起的脉冲分裂产生的多个脉宽进行合并、对多径引起的脉冲展宽进行缩短。

通过上述两种方式均可实现多径辨识功能达到修正脉宽的作用。

本发明还提供了一种基于数字接收机的雷达信号处理装置，该数字接收机包括频率估计模块1、脉宽估计模块2以及功率估计模块3，其特征在于：还包括多径辨识模块4，所述多径辨识模块4用于所述脉宽估计模块2的脉宽修正。

如图5所示，传统的脉宽估计模块2对脉冲宽度测量是根据脉冲的上升沿和下降沿的差值来计算，其中脉冲的上升沿检测使用一级门限和非相参的二级门限的方法相结合，下降沿基本原理类似也采用两级门限的方法。

在数字接收机中的脉冲数据点依赖脉冲宽度(PW)和采样率(fs)。每一个数据点都可以与门限进行比较来测量脉冲宽度，或以一个数据点与门限进行比较来测得脉冲到达时间。但是给整个脉冲一起来处理也就是多个数据点的检测可以改进信号的灵敏度和降低虚警概率，这种方法类似雷达相参积累检测后还进行非相参积累的检测。

基于幅度二分层的二进制检测有上升沿(Time of Arrival,TOA)的测量原理如图5的上半支路所示，对输入信号设置第一检测门限U_T。当输入信号大于等于U_T时，从时间计数器中读取当前的时间t进入锁存器；同时进行二分层切割大于门限输出1小于门限输出为0；然后进行连续m个数据点的切割积累，当m点积累完成后进行第二门限为k/m的判决；如果积累值大于或等于k，则输出前面锁存的时间计数器作为TOA。

下降沿(Time of End,TOE)检测原理如图5的下半支路所示。与上升沿检测的不同是下降沿的时间寄存器在随着滑窗数据点过门限的时候进行更新，且积累判决采用的是滑窗内m个数据点经过一级门限切割以后积累的值为0，也就是滑窗内没有一个数据点过门限才能给出判决下降沿的到来。

如图6所示，在一个实施例中，所述多径辨识模块4连接于所述频率估计模块1与所述脉宽估计模块2之间，所述脉宽估计模块2与所述功率估计模块3连接。

具体如图7所示，考虑到数字接收机的主要应用场景是视距，故第一径通常都是直达径，而多径都迟于第一径到达接收机，影响TOE的测量。因此，该实施例在传统的脉冲TOE测量支路增加多径辨识模块4，用于识别各个多径的到达和结束；增加脉冲终止判决功能，用于识别第一径的终止；增加判决结果加权功能，用于对基于第二门限的脉冲终止以及基于多径辨识的脉冲终止进行加权，从而实现对各种复杂环境的适应性。

图8为数字接收机接收的单个常规脉冲采样的时域信号(只显示了部分重周内的波形)的归一化幅度随着时间变化图，图9为本实施例中提出的多径盲辨识依据的量度随着时间的变化图。其中，多径盲辨识在脉冲到达后需要一定的预处理时间，通常在几个微秒。显然，本系统定义的多径盲辨识量度在主径结束、其他多径尚存在时，表现出明显的跳变，根据此特征，能够有效识别主径脉冲的结束。

如图10所示，当为25dB信噪比时，多径盲辨识量度随主径消失时的跳变特征。可见，提高接收机信号的信噪比有利于多径盲辨识性能的保证和提高。

如图11所示，在相同多径信道模型下，线性调频信号的多径盲辨识量度随主径消失时的跳变特征。由幅度-时间分布图可见，线性调频信号受多径影响较常规脉冲严重得多，出现明显的脉冲分裂和展宽。但本发明提出的多径盲辨识性能量度仍然在多径变化时具有明显的峰值特性，能够识别多径。

如图12所示，在另一个实施例中，所述多径辨别模块4与所述频率估计模块1连接，所述脉宽估计模块2与所述多径辨别模块4通过脉宽融合模块5与所述功率估计模块3相连接。

具体如图13所示，增加的多径辨识和脉冲终止判决功能与上实施例相同，不同之处主要是增加了脉冲融合功能，在多径辨识和脉冲终止的引导下，对单个脉宽测量结果进行修正或对多个脉宽结果进行融合。修正和融合准则如下：

1、如果多径辨识和脉冲终止判决指示的时间T大于脉冲的TOE，则表明多径引起脉宽分裂，脉冲融合功能将对T时刻以前的多个脉宽进行连接，组合后的脉宽作为接收机的脉宽估计输出；

2、如果多径辨识和脉冲终止判决指示的时间T小于脉冲的TOE，则表明多径引起脉宽扩展，脉冲融合功能将截取T时刻以前的脉宽值作为接收机的脉宽估计输出；

3、脉宽连接或截断后的时间信息送后续的功率估计功能，功率估计将在新的样本集合内进行功率估计，从而改善功率估计的信噪比和估计精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于数字接收机的雷达信号处理方法，其特征在于包括以下步骤：

由数字接收机接收雷达脉冲的射频信号，经过微波链路转换为数字中频信号，并通过数字接收机中的频率估计模块对该信号进行频率估算；

通过增加多径辨识方式对该数字接收机中的脉宽估计模块进行脉宽修正，所述脉宽修正的方式为：

多径辨识方式引导数字接收机的脉宽估计，在多径辨识的基础上给出脉冲结束时间的判决以及多径辨识方式引导数字接收机脉宽估计结果的融合，对多径引起的脉冲分裂产生的多个脉宽进行合并、对多径引起的脉冲展宽进行缩短；

通过数字接收机中的功率估计模块对修正后的雷达信号进行最终的功率估算。

2.一种基于数字接收机的雷达信号处理装置，该数字接收机包括频率估计模块、脉宽估计模块以及功率估计模块，其特征在于：还包括多径辨识模块，所述多径辨识模块用于所述脉宽估计模块的脉宽修正；

所述多径辨识模块对于脉宽修正的方式为：

多径辨识模块引导数字接收机的脉宽估计，在多径辨识的基础上给出脉冲结束时间的判决以及多径辨识模块引导数字接收机脉宽估计结果的融合，对多径引起的脉冲分裂产生的多个脉宽进行合并、对多径引起的脉冲展宽进行缩短。

3.根据权利要求2所述的一种基于数字接收机的雷达信号处理装置，其特征在于：所述多径辨识模块连接于所述频率估计模块与所述脉宽估计模块之间，所述脉宽估计模块与所述功率估计模块连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于数字接收机的雷达信号处理装置，其特征在于：所述多径辨别模块与所述频率估计模块连接，所述脉宽估计模块与所述多径辨别模块通过脉宽融合模块与所述功率估计模块相连接。