CN110726988B - Pd雷达探测高超声速目标的距离和速度模糊互解方法 - Google Patents

Pd雷达探测高超声速目标的距离和速度模糊互解方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种PD雷达探测高超声速目标的距离和速度模糊互解方法，属于雷达数据处理领域。当PD雷达用于探测跟踪临近空间高超声速目标时，由于目标运动速度快，改变重频时目标可能已移动到其它距离单元，出现目标回波“跨距离门”的问题，从而使得基于中国余数定理和多重频的解模糊方法无法解得正确的目标距离和速度。本发明提出的PD雷达探测高超声速目标的距离和速度模糊互解方法立足于解决此类问题，该方法采用单重频即可实现距离和速度解模糊，有效克服现有基于中国余数定理和多重频的解模糊方法的应用局限性，适用于PD雷达距离和速度同时模糊条件下对临近空间高超声速目标的探测和跟踪，因此具有较强的工程应用价值和推广前景。

Description

PD雷达探测高超声速目标的距离和速度模糊互解方法
技术领域
本发明涉及一种雷达数据处理方法，特别是涉及一种脉冲多普勒(PD)雷达探测高超声速目标的距离和速度模糊互解方法，适用于PD雷达距离和速度同时模糊条件下对临近空间高超声速目标的探测和跟踪。
背景技术
脉冲多普勒(PD)雷达可具有低、中、高三种脉冲重复频率(PRF)的工作模式，当其采用低/中脉冲重复频率(L/MPRF)的工作模式探测临近空间高超声速目标时，雷达对目标的距离和速度量测均存在测量模糊，即雷达测得的目标径向距离和径向速度并不能反映目标的真实径向距离和径向速度。为了解测量模糊，PD雷达通常恰当的选择一组PRF同时或交替工作，然后利用各脉冲重复频率下得到的目标回波数据进行解算，得到真实的目标距离和速度信息。目前，现有雷达通常采用基于中国余数定理和多重频的解模糊方法。该方法主要通过以下步骤实现：
(1)获取雷达模糊量测数据；
(2)求取N个重复周期T1,T2,...,TN的距离量化数为m1,m2,...,mN；
(3)判断m1,m2,...,mN是否满足两两互质条件，如果满足，执行(4)；否则算法失败；
(4)利用中国余数定理和各重复频率对应的目标数据解距离和速度模糊。
当PD雷达用于探测跟踪临近空间高超声速目标时，基于中国余数定理和多重频的解模糊方法具有以下缺陷：由于临近空间高超声速目标运动速度快，改变重频时目标可能已移动到其它距离单元，出现目标回波“跨距离门”的问题，从而使得中国余数定理无法解得正确的目标距离和速度。因此，基于中国余数定理和多重频的解模糊方法不适应于PD雷达对临近空间高超声目标探测跟踪。
发明内容
本发明的目的是提出一种PD雷达探测高超声速目标的距离和速度模糊互解方法，克服基于中国余数定理和多重频的解模糊方法不适应于PD雷达对临近空间高超声目标探测跟踪的局限性。
本发明提出的PD雷达探测高超声速目标的距离和速度模糊互解方法的技术方案包括以下步骤：
步骤1：变量初始化
(1)以T、PRF、λ、Ru,max和vu,max分别表示雷达的采样周期、脉冲重复频率、载波波长、最大不模糊距离和最大不模糊速度；
(2)以Rk、vr,k、vt,k和θv分别表示k时刻目标的径向距离、径向速度、切向速度和航向；
(3)函数floor(x,y)表示取不大于x/y的最大整数；
(4)K表示雷达探测总时间；
(5)L表示半滑窗的长度；
(6)令k的初始值为0；
步骤2：模糊量测获取
(1)令k＝k+1，获得k时刻的雷达模糊量测zk,amb＝(Rk,amb,θk,dk,amb)，其中Rk,amb、θk和dk,amb分别表示雷达对目标的模糊距离、方位角和模糊多普勒量测；
(2)若k≤K，转步骤2，否则令k＝L，转步骤3；
步骤3：目标速度和距离解模糊
(1)首先，根据雷达对目标的模糊多普勒量测dk,amb和vu,max求解目标的模糊径向速度vk,amb，结合目标运动方向和滑窗内各时刻的模糊距离量测判断并计算目标径向距离的模糊区间增量数Δm；然后，计算滑窗内目标径向距离的变化量，并利用该变化量、滑窗长度以及最大不模糊速度求解目标粗径向速度
Figure GDA0003155962360000021
和目标径向速度的模糊区间数mk；最后，利用vk,amb、mk以及最大不模糊速度求解目标径向速度vr,k＝vk,amb+mkvu,max，并计算不模糊的多普勒量测dk，实现目标速度解模糊；
(2)首先，根据vr,k，θv和雷达对目标的方位角量测θk算目标切向速度vt,k；然后，根据滑窗内目标角度量测的变化量计算角速度wt,k；接着，利用
Figure GDA0003155962360000022
计算目标粗径向距离；然后，利用
Figure GDA0003155962360000023
和Ru,max求解目标径向距离的模糊区间数，并计算目标径向距离Rk，实现目标径向距离解模糊；
步骤4：令zk＝(Rk,θk,dk)，得到雷达不模糊量测zk，并利用目标跟踪算法和zk进行目标滤波跟踪；
步骤5：若k≥K-L，雷达关机，否则重复步骤3～步骤5。
具体的，所述步骤3具体为：
(1)目标速度解模糊
a.k＝k+1，求解目标的模糊径向速度
Figure GDA0003155962360000024
b.若vk,amb≥0，令
Figure GDA0003155962360000031
否则，令
Figure GDA0003155962360000032
计算目标径向距离的模糊区间增量数
Figure GDA0003155962360000033
c.计算目标粗径向速度
Figure GDA0003155962360000034
d.计算目标径向速度的模糊区间数
Figure GDA0003155962360000035
e.计算目标径向速度
vr,k＝vk,amb+mkvu,max
实现目标径向速度解模糊；
f.计算不模糊的多普勒量测
Figure GDA0003155962360000036
(2)目标距离解模糊
a.计算目标切向速度
vt,k＝vr,k·|tan(θk-θv)|
b.计算目标的角速度
Figure GDA0003155962360000037
c.计算目标粗径向距离
Figure GDA0003155962360000038
d.计算目标径向距离的模糊区间数
Figure GDA0003155962360000041
e.计算不模糊的目标径向距离
Rk＝Rk,amb+nkRu,max
实现目标径向距离解模糊。
和背景技术相比，本发明的有益效果说明：
本发明提出的PD雷达探测高超声速目标的距离和速度模糊互解方法，有效克服了基于中国余数定理和多重频的解模糊方法不适应于PD雷达对临近空间高超声目标探测跟踪的局限性。
附图说明
附图1是本发明的PD雷达探测高超声速目标的距离和速度模糊互解方法的整体流程图；
附图2是本发明实施例中目标的真实航迹与解模糊后航迹比较图；
附图3是本发明实施例中目标的真实目标距离模糊数与本发明方法估计的目标距离模糊数比较图；
附图4是本发明实施例中目标的真实目标速度模糊数与本发明方法估计的目标速度模糊数比较图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的PD雷达探测高超声速目标的距离和速度模糊互解方法进行详细描述。
不失一般性，设置一个仿真场景。假设雷达的采样周期T＝1s，脉冲重复频率PRF＝3kHz，载波中心频率f0＝3GHz，目标初始位置(50km,50km)，目标初始速度(3km/s,1.5km/s)，目标匀速直线运动，雷达总开机时间K＝40s，半滑窗长度L＝2。其步骤如附图1所示。
(1)根据以上仿真条件进行变量初始化
雷达波长
Figure GDA0003155962360000042
雷达最大不模糊距离
Figure GDA0003155962360000043
雷达最大不模糊速度
Figure GDA0003155962360000051
其中c为光速，目标航向
Figure GDA0003155962360000052
(2)按发明内容部分步骤2所述的方法进行模糊量测获取；
(3)按发明内容部分步骤3所述的方法进行目标速度和距离解模糊；
(4)按发明内容部分步骤4所述的方法进行跟踪滤波；
(5)按发明内容部分步骤5所述的方法循环执行发明内容部分步骤3～步骤5或关机。
实施例条件中，雷达采用单重频工作，无需采用多重频或改变重频，因此不存在改变重频时目标可能已移动到其它距离单元带来的目标回波“跨距离门”的问题。仿真结果表明该方法可有效实现距离和速度量测解模糊(见说明书附图2-附图4所示)，克服了基于中国余数定理和多重频的解模糊方法不适应于PD雷达对临近空间高超声目标探测跟踪的局限性。

Claims (1)

1.PD雷达探测高超声速目标的距离和速度模糊互解方法，其特征包括以下步骤：
步骤1：变量初始化
(1)以T、PRF、λ、Ru,max和vu,max分别表示雷达的采样周期、脉冲重复频率、载波波长、最大不模糊距离和最大不模糊速度；
(2)以Rk、vr,k、vt,k和θv分别表示k时刻目标的径向距离、径向速度、切向速度和航向；
(3)函数floor(x,y)表示取不大于x/y的最大整数；
(4)K表示雷达探测总时间；
(5)L表示半滑窗的长度；
(6)令k的初始值为0；
步骤2：模糊量测获取
(1)令k＝k+1，获得k时刻的雷达模糊量测zk,amb＝(Rk,amb,θk,dk,amb)，其中Rk,amb、θk和dk,amb分别表示雷达对目标的模糊距离、方位角和模糊多普勒量测；
(2)若k≤K，转步骤2，否则令k＝L，转步骤3；
步骤3：目标速度和距离解模糊
(1)首先，根据雷达对目标的模糊多普勒量测dk,amb和vu,max求解目标的模糊径向速度vk,amb，结合目标运动方向和滑窗内各时刻的模糊距离量测判断并计算目标径向距离的模糊区间增量数Δm；然后，计算滑窗内目标径向距离的变化量，并利用该变化量、滑窗长度以及最大不模糊速度求解目标粗径向速度
Figure FDA0003155962350000011
和目标径向速度的模糊区间数mk；最后，利用vk,amb、mk以及最大不模糊速度求解目标径向速度vr,k＝vk,amb+mkvu,max，并计算不模糊的多普勒量测dk，实现目标速度解模糊；
(2)首先，根据vr,k，θv和雷达对目标的方位角量测θk算目标切向速度vt,k；然后，根据滑窗内目标角度量测的变化量计算角速度wt,k；接着，利用
Figure FDA0003155962350000012
计算目标粗径向距离；然后，利用
Figure FDA0003155962350000013
和Ru,max求解目标径向距离的模糊区间数，并计算目标径向距离Rk，实现目标径向距离解模糊；
该步骤具体为：
(1)目标速度解模糊
a.k＝k+1，求解目标的模糊径向速度
Figure FDA0003155962350000014
b.若vk,amb≥0，令
Figure FDA0003155962350000021
否则，令
Figure FDA0003155962350000022
计算目标径向距离的模糊区间增量数
Figure FDA0003155962350000023
c.计算目标粗径向速度
Figure FDA0003155962350000024
d.计算目标径向速度的模糊区间数
Figure FDA0003155962350000025
e.计算目标径向速度
vr,k＝vk,amb+mkvu,max
实现目标径向速度解模糊；
f.计算不模糊的多普勒量测
Figure FDA0003155962350000026
(2)目标距离解模糊
a.计算目标切向速度
vt,k＝vr,k·|tan(θk-θv)|
b.计算目标的角速度
Figure FDA0003155962350000027
c.计算目标粗径向距离
Figure FDA0003155962350000028
d.计算目标径向距离的模糊区间数
Figure FDA0003155962350000031
e.计算不模糊的目标径向距离
Rk＝Rk,amb+nkRu,max
实现目标径向距离解模糊；
步骤4：令zk＝(Rk,θk,dk)，得到雷达不模糊量测zk，并利用目标跟踪算法和zk进行目标滤波跟踪；
步骤5：若k≥K-L，雷达关机，否则重复步骤3～步骤5。
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