CN111273248B - 一种基于相位补偿的解速度模糊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于相位补偿的解速度模糊方法，首先在回波基础上做二维傅里叶变换FFT，此时PRI为正常范围，再进行恒虚警CFAR检测从二维模糊图中提取出其中一个单目标所在的区域，将余下部分模糊图置零。对重新赋值的模糊图做二维逆傅里叶变换IFFT得到原始数据，对IFFT后的原始回波数据进行针对于该单目标的相位补偿，以1/N的PRI对补偿后的回波做二维FFT到多普勒域，取不同补偿相位中增益最大的一组补偿相位，此时所测速度即为目标的真实速度。本发明计算简单，摒弃了冗余的相位量，便于工程的应用实现。

Description

一种基于相位补偿的解速度模糊方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理领域，尤其涉及一种基于相位补偿的解速度模糊方法。
背景技术
解速度模糊是为了解决因脉冲重复周期(PRI)过长而导致的测速范围过低，进而导致无法满足应用的测速需求，并在目标速度超过最大测速范围时产生速度模糊的问题。其工作原理是将因为脉冲重复周期的改变、波长的变化或通道的区分导致的相位差补偿掉，增加最大的测速范围，进而解决因为速度超过最大测速范围导致的速度模糊。
尽管现有的解速度模糊的算法多种多样，但很多算法局限于单一的雷达体制(如SAR、MIMO或相控阵等)或单一的发射波形体制(如TDMA)，导致应用范围不具有普适性。
发明内容
发明目的：为解决现有方法的应用范围不具有普适性等问题，本发明提供了一种基于相位补偿的解速度模糊方法。
技术方案：本发明提供一种基于相位补偿的解速度模糊方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1：对雷达回波信号进行距离-速度二维傅里叶变换，得到距离-速度模糊图，做速度维的变换时的点数为K；基于雷达参数，计算最大速度Vmax，则雷达对任意一个目标进行速度测量时，得到的该目标的速度均在0～Vmax内；所述雷达参数包括：等效天线数目、雷达的波长、脉冲重复周期PRI；
步骤2：对距离-速度模糊图进行CFAR检测，检测到X个目标；
步骤3：提取第x个单目标所在的区域，并将其他区域置零，此时雷达测得该单目标的速度为Vx；x＝1,2,…,X,Vx≤Vmax；
步骤4：对步骤3中已部分置零的距离-速度模糊图进行二维IFFT，得到对应于该第x个单目标的原始回波数据；
步骤5：将新的脉冲重复周期设为步骤1中的原脉冲重复周期PRI的1/N；N为正整数；基于新的脉冲重复周期，重新计算得到最大速度V1max；
步骤6：进行第t次迭代计算：基于目标的Vx与迭代的次数，计算该次迭代计算时目标的估计速度；基于新的脉冲重复周期和该次迭代计算时目标的估计速度，对步骤4中的回波数据进行第t次相位补偿；对补偿后的回波数据做距离-速度二维FFT，得到该回波数据的距离-速度二维模糊图；做速度维FFT时的点数为K*1/N；t＝1,2,..,I,其中I为最大迭代次数；
步骤7：在步骤6中的距离-速度二维模糊图中，选取并保存最大增益值；
步骤8：判断t是否大于等于I，若是，则转步骤9，否则，t+1,并转步骤6；
步骤9：在I个最大增益值中选择最大值，并将最大的最大增益值对应的目标的估计速度作为第x个目标的真实速度，且该真实速度小于V1max；
步骤10：判断x是否大于等于X，若是，则停止计算，否则，x+1，并转步骤3。
进一步的，所述步骤1中基于雷达参数，计算最大速度Vmax，具体采用如下公式：
Figure GDA0003790864410000021
其中，M为等效天线数目，λ为雷达的波长。
进一步的，所述步骤6中基于目标的Vx与迭代的次数，计算该次迭代计算时目标的估计速度：
vi＝Vx+i*Vmax
vi表示目标的估计速度，i＝t-1；
所述基于新的脉冲重复周期和该次迭代计算时目标的估计速度，对步骤4中的回波数据进行第t次相位补偿，具体为：
Figure GDA0003790864410000022
其中，τ表示雷达与单目标x间的双程延时,ΔT＝PRI，λ表示波长。
进一步的，所述步骤7中的最大增益值的计算方式如下所示：
最大增益值＝10*log10(fmax)
其中fmax为步骤6中的距离-速度二维模糊图中的最高峰值。
有益效果：(1)本发明通过牺牲距离分辨率使得通过补偿后可以测出的速度范围提高数倍，在工程实现中可以得到很好的利用。
(2)本发明基于相位补偿进行解速度模糊，直接对脉冲内进行分段处理，不局限于某单一体制，对各种体制各种波形具有普适性。算法思路中补偿的相位较为简化，摒弃了冗余的相位量，便于工程的应用实现。
附图说明
图1为本发明实现的流程图；
图2为解模糊前目标的速度模糊现象；
图3为解模糊后目标的速度。
具体实施方式
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
如图1所示，本实施例提供一种基于相位补偿的解速度模糊方法，该方法具体为：
步骤1、对雷达回波信号进行距离-速度二维傅里叶变换(FFT)，得到目标的速度维信息以及距离-速度模糊图，做速度维FFT(傅里叶变换)时所用点数为K点,此时最大速度为：
Figure GDA0003790864410000031
其中λ为波长，M为等效天线数目，PRI为脉冲重复周期；该最大速度限制了雷达的测速范围，雷达对任意一个目标进行速度测量时，即使目标的速度大于Vmax，得到的该目标的速度也在0～Vmax内；
步骤2、对距离-速度模糊图进行CFAR(恒虚警察)检测，检测到X个目标；
步骤3、提取第x个单目标所在的区域，并将其他区域置零，此时雷达测得该单目标的速度为Vx；x＝1,2,…,X,Vx≤Vmax；
步骤4、对步骤3中已部分置零的距离-速度模糊图进行二维IFFT(逆傅里叶变换)，得到对应于该单目标的原始回波数据。
步骤5、对步骤4中得到的回波数据进行第t次相位φ(τ,vi,ΔT/N)补偿，并对补偿后的信号进行二维FFT到多普勒域(距离-速度二维傅里叶变化)，得到对应该回波数据的距离-速度二维模糊图，在相位补偿时采用的脉冲重复周期为PRI的1/N，多普勒FFT的点数为初始多普勒FFT的1/N；即做速度维FFT时的点数为K*1/N。将脉冲重复周期采用PRI的1/N，利用公式1重新计算最大速度V1max；从而对目标速度的估计更加精确。
具体补偿相位的计算方法为：
Figure GDA0003790864410000041
vi＝Vx+i*Vmax (3)
其中，τ表示雷达与单目标x间的双程延时，vi表示目标的估计度,i＝t-1，ΔT＝PRI。
步骤6、取步骤5中的距离-速度二维模糊图，从中选取最大增益值，最大增益值的计算方式如下所示：
最大增益值＝10*log10(fmax) (4)
其中fmax为步骤6中的距离-速度二维模糊图中的最高峰值。
步骤7、判断t是否大于等于I(本实施例中I＝5)，若是，则转步骤8，否则，t+1,并转步骤5；
步骤8、在I个最大增益值中选择最大值，并将最大的最大增益值对应的目标的估计速度作为第x个目标的真实速度，且该真实的速度小于等于V1max。
步骤9：判断x是否大于等于X，若是，则停止计算，否则，x+1，并转步骤3。
本发明可通过仿真进一步说明：仿真的两个目标，目标一距离为40m，速度为5m/s，目标二距离为30m，速度为30m/s。由最大测速公式和设定的波长、脉冲重复周期的参数可知雷达初始最大测速的速度为19.48m/s，即±9.74m/s。因此目标二的速度会导致速度模糊，形成如附图2所示的两个目标峰值点，此时目标二速度显示为-8.827m/s。将单目标从距离-速度模糊图中通过CFAR提取出来，再对该单目标进行脉冲的拆分，解决速度模糊的问题，以增益作为判别目标真实速度的判据，如附图3所示，此时解模糊后目标二速度显示为29.83m/s，符合预设速度。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (3)

1.一种基于相位补偿的解速度模糊方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：对雷达回波信号进行距离-速度二维傅里叶变换，得到距离-速度模糊图，做速度维的变换时的点数为K；基于雷达参数，计算最大速度Vmax，则雷达对任意一个目标进行速度测量时，得到的该目标的速度均在0～Vmax内；所述雷达参数包括：等效天线数目、雷达的波长、脉冲重复周期PRI；
步骤2：对距离-速度模糊图进行CFAR检测，检测到X个目标；
步骤3：提取第x个单目标所在的区域，并将其他区域置零，此时雷达测得该单目标的速度为Vx；x＝1,2,…,X,Vx≤Vmax；
步骤4：对步骤3中已部分置零的距离-速度模糊图进行二维IFFT，得到对应于该第x个单目标的原始回波数据；
步骤5：将新的脉冲重复周期设为步骤1中的原脉冲重复周期PRI的1/N；N为正整数；基于新的脉冲重复周期，重新计算得到最大速度V1max；
步骤6：进行第t次迭代计算：基于目标的Vx与迭代的次数，计算该次迭代计算时目标的估计速度；基于新的脉冲重复周期和该次迭代计算时目标的估计速度，对步骤4中的回波数据进行第t次相位补偿；对补偿后的回波数据做距离-速度二维FFT，得到该回波数据的距离-速度二维模糊图；做速度维FFT时的点数为K*1/N；t＝1,2,..,I,其中I为最大迭代次数；
步骤7：在步骤6中的距离-速度二维模糊图中，选取并保存最大增益值；
步骤8：判断t是否大于等于I，若是，则转步骤9，否则，t+1,并转步骤6；
步骤9：在I个最大增益值中选择最大值，并将最大的最大增益值对应的目标的估计速度作为第x个目标的真实速度，且该真实速度小于等于V1max；
步骤10：判断x是否大于等于X，若是，则停止计算，否则，x+1，并转步骤3；
所述步骤6中基于目标的Vx与迭代的次数，计算该次迭代计算时目标的估计速度：
vi＝Vx+i*Vmax
vi表示目标的估计速度，i＝t-1；
所述基于新的脉冲重复周期和该次迭代计算时目标的估计速度，对步骤4中的回波数据进行第t次相位补偿，具体为：
Figure FDA0003790864400000011
其中，τ表示雷达与单目标x间的双程延时,ΔT＝PRI，λ表示波长。
2.根据权利要求1所述的一种基于相位补偿的解速度模糊方法，其特征在于，所述步骤1中基于雷达参数，计算最大速度Vmax，具体采用如下公式：
Figure FDA0003790864400000021
其中，M为等效天线数目，λ为雷达的波长。
3.根据权利要求1所述的一种基于相位补偿的解速度模糊方法，其特征在于，所述步骤7中的最大增益值的计算方式如下所示：
最大增益值＝10*log10(fmax)
其中fmax为步骤6中的距离-速度二维模糊图中的最高峰值。
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