CN110927690A - 基于伪码移位相乘性的距离-多普勒二维匹配滤波方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于伪码移位相乘性的距离‑多普勒二维匹配滤波方法，该方法利用了伪码的移位相乘性，可对微弱目标回波进行相参积累，获得距离‑速度两维分辨能力。相比于已有的匹配滤波方法，完全消除了伪码调相连续波波形的多普勒敏感性带来的脉压增益损失和距离副瓣恶化问题，并可适用于强地杂波和多目标环境，工程实用性强。

Description

基于伪码移位相乘性的距离-多普勒二维匹配滤波方法
技术领域
本发明属于靶场测量雷达和低空目标监视雷达技术领域，具体涉及了一种伪码调相连续波雷达的基于伪码移位相乘性的距离-多普勒二维匹配滤波方法，可对微弱目标回波进行相参积累，获得距离-速度两维分辨能力。
背景技术
由于伪码调相连续波雷达具有低截获、抗干扰能力强、无近距离盲区、近距离小目标探测能力强和距离-速度两维分辨能力高等优点，在靶场测量和低空目标监视等领域均有一定应用。
通常，距离维匹配滤波通过将回波信号与发射的大时宽-带宽信号进行相关来实现。然而，伪码调相连续波波形具有多普勒敏感性，采用相关匹配算法时，目标多普勒会引起脉压增益损失及恶化距离副瓣。
针对伪码调相连续波波形的多普勒敏感性问题，业内通常采用如下两类多普勒容限扩展方法：第一类方法基于多普勒补偿，其中工程应用价值较高的为哈尔滨工业大学提出的“基于多普勒滤波器组和多普勒运动补偿的信号处理方法”，该方法具有补偿精度高和环境适应性强等优点，但理论上仍未完全消除伪码调相连续波波形的多普勒敏感性带来的不利影响。第二类方法基于伪码的移位相乘性(也有人称之为移位相加性)，其算法性能与具体的技术途径有关；根据目前已有的技术途径，第二类方法的环境适应性不如第一类方法，如“基于零中频回波信号IQ延时交叉相乘求差的处理方法”，在多目标场景下会出现交叉项，而交叉项会产生虚假目标，并恶化主峰旁瓣比。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种基于伪码移位相乘性的距离-多普勒二维匹配滤波方法，完全消除了伪码调相连续波波形的多普勒敏感性带来的不利影响，可对微弱目标回波进行相参积累，同时抑制发射泄露信号和低多普勒杂波，获得距离-速度两维分辨能力。
本发明采用的技术方案为：
一种基于伪码移位相乘性的距离-多普勒二维匹配滤波方法，包括以下步骤：
步骤1、伪码调相连续波雷达接收机通过对目标回波处理得到两路正交的数字零中频信号，用复数x(n)表示；
步骤2、基于伪码的移位相乘性，用延迟不同时间后的发射参考信号序列分别与1个相参处理间隔内的x(n)相乘，得到多路二相解调信号：
yl(n)＝x(n)c(n-lD),0≤(lD/fs)≤Pτb；
式中，c(n)为发射参考信号序列，且c(n)的顺序与雷达发射机当前工作时序同步；yl(n)为第l路二相解调信号，且l为整数；D为延时间隔，且为整数；fs为x(n)对应的基带采样率；P为1个伪码调制周期内的码元个数；τb为单个码元的时间长度；
步骤3、根据多普勒下限fdL和多普勒上限fdH，设计通带为fdL～fdH的带通滤波器，分别对各路二相解调信号yl(n)进行带通滤波，得到各路输出信号zl(n)；
步骤4、设计窄带多普勒滤波器组，分别对各路输出信号zl(n)进行窄带多普勒滤波器组滤波，得到zl(k)；
步骤5：将zl(k)按照l和k排列成矩阵，得到雷达的复数RD图。
其中，所述步骤2中，c(n)为由1和-1组合表示的m-序列，或由雷达发射机直接馈入雷达接收机后得到的数字零中频信号的共轭。
其中，所述步骤3中，带通滤波器由一级或多级带通滤波器实现，或由一级或多级低通滤波器和高通滤波器组合实现。
本发明相比背景技术具有以下优点：
(1)从多普勒容限扩展的角度，本发明所述匹配滤波方法完全消除了伪码调相连续波波形的多普勒敏感性带来的脉压增益损失和距离副瓣恶化问题，目标速度无上限；
(2)本发明所述匹配滤波方法能够抑制发射泄露信号和低多普勒杂波，同时使感兴趣目标回波得到有效积累，可适用于强地杂波和多目标环境。
附图说明
图1是本发明距离-多普勒二维联合匹配滤波方法的流程图；
图2是本发明实施例中带通滤波处理的流程图。
具体实施方式
现结合附图1-2对本发明作进一步详细描述。
基于伪码移位相乘性的距离-多普勒二维匹配滤波方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、伪码调相连续波雷达接收机通过对目标回波处理得到两路正交的数字零中频信号，用复数x(n)表示；
步骤2、基于伪码的移位相乘性，用延迟不同时间后的发射参考信号序列分别与1个CPI(相参处理间隔)内的x(n)相乘，得到多路二相解调信号：
yl(n)＝x(n)c(n-lD),0≤(lD/fs)≤Pτb；
式中，c(n)为发射参考信号序列，且c(n)的顺序与雷达发射机当前工作时序同步；其中所述的c(n)的表现形式具有多样性，如c(n)可以是(但不限于)由1和-1组合表示的m-序列，也可以是事先存储好的由雷达发射机直接馈入雷达接收机后得到的数字零中频信号的共轭等；yl(n)为第l路解调信号，且l为整数；D为延时间隔，且为整数；fs为x(n)对应的基带采样率；P为1个伪码调制周期内的码元个数；τb为单个码元的时间长度；
实施例中，D＝1，fs＝10MHz，P＝127，τb＝0.2μs，0≤l≤253；
步骤3、根据关注的感兴趣目标的多普勒下限fdL和多普勒上限fdH，设计通带为fdL～fdH的带通滤波器，对各路二相解调信号yl(n)分别进行带通滤波，得到各路输出zl(n)；其中所述的带通滤波器的具体实现方法具有多样性，如带通滤波器可以(但不限于)由一级或多级带通滤波器实现，也可以由一级或多级低通滤波器和高通滤波器组合实现；
实施例中，fdL＝1KHz，fdH＝20KHz，带通滤波器由4级低通滤波器和1级高通滤波器级联组合实现；如图2所示，其中，第1级为低通滤波器，Fs＝10MHz，Fpass＝20KHz，Fstop＝1.25MHz，Apass＝0.2dB，Astop＝100dB，抽取倍数为4；第2级为低通滤波器，Fs＝2.5MHz，Fpass＝20KHz，Fstop＝250KHz，Apass＝0.2dB，Astop＝100dB，抽取倍数为5；第3级为低通滤波器，Fs＝500KHz，Fpass＝20KHz，Fstop＝50KHz，Apass＝0.2dB，Astop＝98dB，抽取倍数为5；第4级为低通滤波器，Fs＝100KHz，Fpass＝20KHz，Fstop＝25KHz，Apass＝0.2dB，Astop＝95dB，抽取倍数为2；第5级为高通滤波器，Fs＝50KHz，Fpass＝1KHz，Fstop＝0Hz，Apass＝1dB，Astop＝60dB，抽取倍数为1；
步骤4、设计窄带多普勒滤波器组，对各路zl(n)分别进行窄带多普勒滤波器组滤波，得到zl(k)；
实施例中，窄带多普勒滤波器组采用加权快速傅里叶变换实现，其中窗函数类型为kaiser窗，副瓣设为-60dB；
步骤5：将zl(k)按照l和k排列成矩阵，便可得到雷达的复数RD图。
完成本发明的基于伪码移位相乘性的距离-多普勒二维匹配滤波。

Claims (3)

1.一种基于伪码移位相乘性的距离-多普勒二维匹配滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、伪码调相连续波雷达接收机通过对目标回波处理得到两路正交的数字零中频信号，用复数x(n)表示；
步骤2、基于伪码的移位相乘性，用延迟不同时间后的发射参考信号序列分别与1个相参处理间隔内的x(n)相乘，得到多路二相解调信号：
yl(n)＝x(n)c(n-lD),0≤(lD/fs)≤Pτb；
式中，c(n)为发射参考信号序列，且c(n)的顺序与雷达发射机当前工作时序同步；yl(n)为第l路二相解调信号，且l为整数；D为延时间隔，且为整数；fs为x(n)对应的基带采样率；P为1个伪码调制周期内的码元个数；τb为单个码元的时间长度；
步骤3、根据多普勒下限fdL和多普勒上限fdH，设计通带为fdL～fdH的带通滤波器，分别对各路二相解调信号yl(n)进行带通滤波，得到各路输出信号zl(n)；
步骤4、设计窄带多普勒滤波器组，分别对各路输出信号zl(n)进行窄带多普勒滤波器组滤波，得到zl(k)；
步骤5：将zl(k)按照l和k排列成矩阵，得到雷达的复数RD图。
2.根据权利要求1所述的基于伪码移位相乘性的距离-多普勒二维匹配滤波方法，其特征在于：所述步骤2中，c(n)为由1和-1组合表示的m-序列，或由雷达发射机直接馈入雷达接收机后得到的数字零中频信号的共轭。
3.根据权利要求1所述的基于伪码移位相乘性的距离-多普勒二维匹配滤波方法，其特征在于：所述步骤3中，带通滤波器由一级或多级带通滤波器实现，或由一级或多级低通滤波器和高通滤波器组合实现。
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