CN111551905A - 一种散射点延时参数校准方法和系统 - Google Patents

一种散射点延时参数校准方法和系统 Download PDF

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CN111551905A CN202010313969.XA CN202010313969A CN111551905A CN 111551905 A CN111551905 A CN 111551905A CN 202010313969 A CN202010313969 A CN 202010313969A CN 111551905 A CN111551905 A CN 111551905A
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贾琳
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    • G01S7/4052—Means for monitoring or calibrating by simulation of echoes

Abstract

本申请公开了一种多散射点延时参数校准方法和系统。所述方法包含以下步骤：发射一个标准信号、接收复杂目标回波信号，对复杂目标回波信号进行匹配滤波，产生脉冲序列，以脉冲峰值所在的时间点作为计算所述散射点的实际延时参数的基准。所述系统用于校准回波模拟器，回波模拟器用于产生复杂目标回波信号；信号产生单元用于发射一个标准信号；信号采集单元用于对复杂目标回波信号和标准信号分别进行高速ADC采集；信号处理单元用于对复杂目标回波信号进行匹配滤波，产生脉冲序列，以脉冲峰值所在的时间点作为计算所述散射点的实际延时参数的基准。本申请实现了对多散射点延时参数进行测量校准。

Description

一种散射点延时参数校准方法和系统
技术领域
本申请涉及微波测量技术领域，尤其涉及一种散射点延时参数校准方法和系统。
背景技术
雷达回波模拟器作为雷达性能测试重要保障资源，广泛应用于雷达研究和开发领域，雷达回波模拟器模拟回波的准确性对雷达性能测试的结果起着至关重要的作用，因此对雷达回波模拟器产生回波的散射点特性的校准具有重要的意义。传统的雷达体制发射窄带雷达信号，得到的是单一的理想点形成的回波信息，早期的雷达回波模拟器模拟的是单个散射点回波。针对单个散射点的情况，通过标准仪器就可以对此雷达回波模拟器进行散射点参数校准。
随着武器装备的发展和无线电探测技术的进步，对于雷达的探测距离、精度等方面提出了更高的要求，传统的雷达体制正面临着巨大的挑战。宽带雷达信号可以将目标上的散射中心沿着径向分布在多个距离分辨单元内，每一个距离分辨单元内的目标散射中心都可以近似看作为一个点目标，而点目标的测距精度与带宽成正比，因此宽带雷达信号就具有更高的距离测量精度。
宽带雷达不仅能够得到传统雷达的目标基本信息，还可以提供目标及其周围背景形成的散射中心沿着径向距离上分布的位置信息，能获取更为详细的目标结构信息用于目标识别，具有更为重要的军事意义。宽带雷达回波模拟器产生多个散射点的回波信号，多个散射点的回波信号在时域(或频域)上混叠在一起，无法通过标准仪器将其分开进而进行每个散射点延时参数的测量校准。
现有技术对回波模拟器延时参数校准是通过示波器捕捉回波信号脉冲上升沿与基准脉冲上升沿之间的时间差实现的。能够利用此方法的前提是：回波信号是单个散射点的回波信号，或者多个散射点延时相差大于信号的脉宽。否则的话，多个散射点延时差如果小于脉宽，则多个散射点的回波信号会叠加在一起，不能通过示波器读取每个散射点的延时参数。
发明内容
本申请提出一种多散射点延时参数校准方法和系统，解决了多个散射点延时差小于脉宽时，多个散射点的回波信号会叠加在一起，不能通过示波器读取每个散射点的延时参数，从而无法实现对宽带雷达回波模拟器多散射点延时参数进行测量校准的问题。
本申请实施例提供一种多散射点延时参数校准方法，其特征在于，发射一个标准信号、接收复杂目标回波信号，所述复杂目标回波信号是预设延时参数不同的多个散射点的回波信号的组合；对所述复杂目标回波信号进行匹配滤波，产生脉冲序列，以脉冲峰值所在的时间点作为计算所述散射点的实际延时参数的基准。
优选地，所述标准信号为宽带信号。
优选地，所述标准信号为线性调频信号。
优选地，所述复杂目标回波信号由宽带雷达回波模拟器产生。
优选地，所述匹配滤波的过程为：用所述标准信号的频谱作为匹配滤波器，对所述复杂目标回波信号进行滤波处理，再进一步生成时域信号。
优选地，还包含以下步骤：设定延时参数，对所述标准信号进行延时，产生延时标准信号；用所述延时标准信号与所述脉冲序列中对应的峰值相比较，产生延时参数的校准值。
本申请实施例还提供一种多散射点延时参数校准系统，用于校准回波模拟器，其特征在于，包括信号产生单元、信号采集单元、信号处理单元，所述回波模拟器，用于产生复杂目标回波信号，所述复杂目标回波信号是预设延时参数不同的多个散射点的回波信号的组合；所述信号产生单元，用于发射一个标准信号；所述信号采集单元，用于对所述复杂目标回波信号和所述标准信号分别进行高速ADC采集；所述信号处理单元，用于对所述复杂目标回波信号进行匹配滤波，产生脉冲序列，以脉冲峰值所在的时间点作为计算所述散射点的实际延时参数的基准。
优选地，还包含示波器；所述示波器，用于显示所述标准信号和所述脉冲序列。
本申请实施例还提供一种多散射点延时参数校准系统所述的系统，其特征在于，所述信号产生单元，还用于对所述标准信号进行延时，产生多路延时标准信号；所述信号采集单元，还用于接收所述延时标准信号；所述信号处理单元，还用于用所述延时标准信号与所述脉冲序列中对应的峰值相比较。
优选地，还包含示波器，所述示波器，用于显示所述标准信号、延时标准信号和所述脉冲序列，产生延时参数的校准值。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：实现了对宽带雷达回波模拟器多散射点延时参数进行测量校准，弥补了标准仪器对多散射点特征参数测量校准的不足。解决在宽频带条件下雷达回波模拟器在仿真试验过程中模拟目标的延时参数的量值溯源问题，弥补了通用仪器在目标散射点延时特征参数测量校准方面的不足，可以广泛用于对宽带雷达回波模拟器延时参数测量和校准，为高分辨力雷达系统的综合性能的准确测试提供计量保障。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例和其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请散射点延时参数校准方法的实施例流程图；
图2为复杂目标回波信号示意图；
图3为匹配滤波处理后的脉冲序列示意图；
图4为一种散射点延时参数校准系统的实施例示意图；
图5为本申请系统的另一实施例示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例和相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为本申请散射点延时参数校准方法的实施例流程图。所述方法如下所示。
步骤10：发射一个标准信号。
在步骤10中，在整体运行正常的状况下，雷达向回波模拟器发射一个标准信号。
在本发明的另一实施例中，所述方法还包括：所述标准信号为宽带信号。
在本发明的另一实施例中，所述方法还包括：所述标准信号为线性调频信号。
在本发明的另一实施例中，所述方法还包括以下步骤：设定延时参数，对所述标准信号进行延时，产生延时标准信号。
具体地，在整体运行正常的状态下，对所述标准信号预设延时参数，产生带有延时的标准信号，并将所述带有延时的标准信号发射给回波模拟器。
步骤20：接收复杂目标回波信号，复杂目标回波信号是预设延时参数不同的多个散射点的回波信号的组合。
在步骤20中，雷达接收所述回波模拟器产生的复杂目标回波信号。
所述复杂目标回波信号是由所述回波模拟器接收到雷达发射的所述标准信号后，产生的多个散射点的回波信号，且每个散射点的延时参数不同。
在本发明的另一实施例中，所述方法还包括：所述复杂目标回波信号由宽带雷达回波模拟器产生。
宽带雷达回波信号模拟的面目标和体目标等复杂目标回波信号，可以看成是多个散射点叠加在一起的回波信号。
例如散射点为N个，其中N>1的整数。在本申请的最佳实施例中，N＝16。
步骤30：对复杂目标回波信号进行匹配滤波处理。
在步骤30中，对所述复杂目标回波信号进行匹配滤波处理，借助信号处理算法，将叠加在一起的多个散射点回波信号在时域上进行“分离”。
在本发明的另一实施例中，所述方法还包括：所述匹配滤波的过程为：用所述标准信号的频谱作为匹配滤波器，对所述复杂目标回波信号进行滤波处理，再进一步生成时域信号。
本领域技术人员知晓，滤波后的频谱，经过傅里叶变换可以生成时域信号。
步骤40：产生脉冲序列。
在步骤40中，在对所述复杂目标回波信号进行匹配滤波处理的基础上，叠加在一起的多个散射点回波信号在时域上被分离，产生对应的被分离后的时域信号，被分离后的时域信号是脉冲更窄的多个回波信号，即对应的所述脉冲序列。
步骤50：以脉冲峰值所在的时间点作为计算散射点的实际延时参数的基准，实现多个散射点延时参数的校准。
在步骤50中，通过示波器读取所述脉冲序列，并捕捉所述脉冲峰值，以所述脉冲峰值所在的时间点为计算散射点的实际延时参数的基准，获取每个散射点的延时量，实现多个散射点延时参数的校准。因为回波信号脉冲的峰值是缓变的，无法精确测量具体脉冲峰值位置，这种测量比现有技术中读取回波信号脉冲峰值更精确。
在本发明的另一实施例中，所述方法还包括以下步骤：设定延时参数，对所述标准信号进行延时，产生延时标准信号；用所述延时标准信号与所述脉冲序列中对应的峰值相比较，产生延时参数的校准值。
具体地，在整体运行正常的状态下，对所述标准信号预设延时参数，产生带有延时的标准信号，并将所述带有延时的标准信号发射给回波模拟器；通过示波器读取所述延时标准信号和所述脉冲序列中对应的峰值，两者进行比较，实现多个散射点延时参数的校准。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：实现了对宽带雷达回波模拟器多散射点延时参数进行测量校准，弥补了标准仪器对多散射点特征参数测量校准的不足。解决在宽频带条件下雷达回波模拟器在仿真试验过程中模拟目标的延时参数的量值溯源问题，弥补了通用仪器在目标散射点延时特征参数测量校准方面的不足，可以广泛用于对宽带雷达回波模拟器延时参数测量和校准，为高分辨力雷达系统的综合性能的准确测试提供计量保障。
图2为复杂目标回波信号示意图。
本发明实施例中，所述复杂目标回波信号是由所述回波模拟器接收到雷达发射的所述标准信号后，产生的多个散射点的回波信号，且每个散射点的延时参数不同。
或者，所述复杂目标回波信号由宽带雷达回波模拟器产生。宽带雷达回波信号模拟的面目标和体目标等复杂目标回波信号，可以看成是多个散射点叠加在一起的回波信号。
获取所述复杂目标回波信号的具体原理如下：
设雷达发射的所述标准信号如式1所示：
Figure BDA0002458862770000061
其中t是时间变量，单位为秒，K是线性调频率，单位为Hz/s，T为发射信号脉宽。其中t0为相对于零时刻的目标偏移，则散射点的所述复杂目标回波信号的频谱近似为：
Figure BDA0002458862770000062
所述标准信号的参数和散射点的参数例如可以如表1所示：
表1信号参数及散射点参数
Figure BDA0002458862770000071
以表1中的信号参数及散射点参数进行测算，以16个散射点为例，16个散射点的延时差值为20ns，小于信号的脉宽200ns，获取16个散射点的回波信号如图2所示，图2所示的16个散射点的回波信号在时域上是叠加在一起的，根本无法得到每个散射点回波信号脉冲的脉冲峰值。
图3为匹配滤波处理后的脉冲序列示意图。
本发明实施例中，对所述复杂目标回波信号进行匹配滤波处理，借助信号处理算法,将叠加在一起的多个散射点回波信号在时域上进行“分离”。
具体原理介绍如下：对图2所示的复杂目标回波信号进行脉冲压缩处理，脉冲压缩中的匹配滤波器设计为
Figure BDA0002458862770000072
匹配滤波后的信号频谱为：
Figure BDA0002458862770000073
对Sout(f)进行傅里叶逆变换，得到压缩信号：
sout(t)＝|K|Tsinc{KT(t-t0)} (5)
由上述具体原理公式可知，对接收到的所述标准信号进行脉冲压缩后理论上应该得到sinc函数，通过脉冲压缩后的窄脉冲时域波形可以精确标定出被测散射点的延时。
对图2所示的16个散射点的所述复杂目标回波信号进行上述匹配滤波处理，借助信号处理算法,将叠加在一起的16个散射点回波信号在时域上进行“分离”，获得如表2所示的16个散射点延时参数测量结果表。
表2本方案延时参数测量结果表
实际延时值(ns) 测量延时(ns) 测量精度(ns)
166.6666667 166.5625 -0.1041667
186.6666667 186.5625 -0.1041667
206.6666667 206.5625 -0.1041667
226.6666667 226.5625 -0.1041667
246.6666667 246.5625 -0.1041667
266.6666667 266.5625 -0.1041667
286.6666667 286.5625 -0.1041667
306.6666667 306.5625 -0.1041667
326.6666667 326.5625 -0.1041667
346.6666667 346.5625 -0.1041667
366.6666667 366.5625 -0.1041667
386.6666667 386.5625 -0.1041667
406.6666667 406.5625 -0.1041667
426.6666667 426.5625 -0.1041667
446.6666667 446.5625 -0.1041667
466.6666667 466.5625 -0.1041667
图4为一种散射点延时参数校准系统的实施例示意图。
在本实施例中提供的多散射点延时参数校准系统，用于校准回波模拟器，其特征在于，包括信号产生单元、信号采集单元、信号处理单元。
所述回波模拟器，用于产生复杂目标回波信号，所述复杂目标回波信号是预设延时参数不同的多个散射点的回波信号的组合。
具体地，所述复杂目标回波信号是由所述回波模拟器接收到雷达发射的所述标准信号后，产生的多个散射点的回波信号，且每个散射点的延时参数不同。
所述信号产生单元，用于发射一个标准信号。
在本实施例中，在整体运行正常的状况下，所述信号产生单元向回波模拟器发射一个标准信号。
所述信号采集单元，用于对所述复杂目标回波信号和所述标准信号分别进行高速ADC采集。
在本实施例中，所述信号采集单元对所述信号产生单元产生的所述标准信号进行高速ADC采集。所述信号采集单元对所述回波模拟器产生的所述复杂目标回波信号进行高速ADC采集。
所述信号处理单元，用于对所述复杂目标回波信号进行匹配滤波，产生脉冲序列，以脉冲峰值所在的时间点作为计算所述散射点的实际延时参数的基准。
在本实施例中，对所述复杂目标回波信号进行匹配滤波处理，借助信号处理算法,将叠加在一起的多个散射点回波信号在时域上进行“分离”，产生对应的被分离后的时域信号，被分离后的时域信号是脉冲更窄的多个回波信号，即对应的所述脉冲序列。
例如，所述信号处理单元分别对所述信号产生单元产生的16路带有延时量的宽带线性调频信号和回波模拟器产生的16个散射点的所述复杂目标回波信号进行信号处理，对宽带线性调频信号进行脉冲压缩处理，得到每个散射点的一维距离像。
以所述脉冲序列中每个散射点的脉冲峰值所在的时间点作为计算所述散射点的实际延时参数的基准，获取每个散射点的延时量，实现多个散射点延时参数的校准。
本发明另一实施例中，所述系统还包含示波器；所述示波器，用于显示所述标准信号和所述脉冲序列。
具体地，通过示波器读取所述标准信号和所述脉冲序列，并将所述标准信号和所述脉冲序列在示波器中显示。
图5为本申请系统的另一实施例示意图。所述系统如下所示。
在本实施例中提供的多散射点延时参数校准系统，用于校准回波模拟器。所述信号产生单元，还用于对所述标准信号进行延时，产生多路延时标准信号。
在本实施例中，在整体运行正常的状态下，雷达向所述回波模拟器发射一个标准信号。所述回波模拟器，用于产生复杂目标回波信号，所述复杂目标回波信号是预设延时参数不同的多个散射点的回波信号的组合。具体地，所述复杂目标回波信号是由所述回波模拟器接收到雷达发射的所述标准信号后，产生的多个散射点的回波信号，且每个散射点的延时参数不同。
根据回波模拟器设置散射点的延时参数，对所述标准信号进行延时，产生多路相应带有延时参数的标准信号。
例如，所述信号产生单元由FPGA和16路高速DAC构成，产生17路宽带线性调频信号，其中高速DAC0作为所述标准信号发送给回波模拟器。其余16路DAC(DAC1～DAC16)根据回波模拟器设置散射点延时参数，产生相应延时参数的宽带线性调频信号，并且这16路带有延时参数的宽带线性调频信号经过合路器进行合路输出。
所述信号采集单元，还用于接收所述延时标准信号。
具体地，所述信号采集单元还用于对所述信号产生单元产生的16路带有延时参数的宽带线性调频信号进行高速ADC采集。
所述信号处理单元，还用于用所述延时标准信号与所述脉冲序列中对应的峰值相比较。
在本实施例中，所述信号处理单元分别对所述延时标准信号和所述复杂目标回波信号进行匹配滤波处理，借助信号处理算法，分别将叠加在一起的多个散射点回波信号和带有延时的标准信号分别在时域上进行“分离”，产生对应的两组所述脉冲序列，对所述延时标准信号与所述脉冲序列中对应的峰值进行比较，实现多个散射点延时参数的校准。
本发明另一实施例中，所述系统还包含示波器所述示波器；所述示波器，用于显示所述标准信号、延时标准信号和所述脉冲序列，产生延时参数的校准值。
所述示波器是通用标准仪器，用于显示所述标准信号、带有延时参数的标准信号和对所述复杂回波信号进行匹配滤波处理后产生的所述脉冲序列，实现多个散射点延时参数的校准。
例如，对一维距离像进行格式转化为示波器可读取的文件内容，利用所述示波器读取信号处理得到的两个一维距离像数据，分别输入给所述示波器不同的两个通道。以所述信号产生单元产生的16路带有延时量的宽带线性调频信号的延时值为准，对回波模拟器产生的16个散射点的回波信号的每个散射点的延时参数进行测量校准。
本实施例中16路DAC产生的宽带线性调频信号的延时参数是通过所述FPGA控制的足够精确，利用所述FPGA对ADC采集信号进行内部存储转发，不同的存储深度实现不同的时延，再由DAC输出产生LFM信号时改变其相对基准延时量。因此在测量和校准回波模拟产生的散射点回波信号时可以以此为基准。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：实现了对宽带雷达回波模拟器多散射点延时参数进行测量校准，弥补了标准仪器对多散射点特征参数测量校准的不足。解决在宽频带条件下雷达回波模拟器在仿真试验过程中模拟目标的延时参数的量值溯源问题，弥补了通用仪器在目标散射点延时特征参数测量校准方面的不足，可以广泛用于对宽带雷达回波模拟器延时参数测量和校准，为高分辨力雷达系统的综合性能的准确测试提供计量保障。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种多散射点延时参数校准方法，其特征在于，
发射一个标准信号、接收复杂目标回波信号，所述复杂目标回波信号是预设延时参数不同的多个散射点的回波信号的组合；
对所述复杂目标回波信号进行匹配滤波，产生脉冲序列，以脉冲峰值所在的时间点作为计算所述散射点的实际延时参数的基准。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准信号为宽带信号。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准信号为线性调频信号。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述复杂目标回波信号由宽带雷达回波模拟器产生。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述匹配滤波的过程为：
用所述标准信号的频谱作为匹配滤波器，对所述复杂目标回波信号进行滤波处理，再进一步生成时域信号。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于，还包含以下步骤：
设定延时参数，对所述标准信号进行延时，产生延时标准信号；
用所述延时标准信号与所述脉冲序列中对应的峰值相比较，产生延时参数的校准值。
7.一种多散射点延时参数校准系统，用于校准回波模拟器，其特征在于，包括信号产生单元、信号采集单元、信号处理单元，
所述回波模拟器，用于产生复杂目标回波信号，所述复杂目标回波信号是预设延时参数不同的多个散射点的回波信号的组合；
所述信号产生单元，用于发射一个标准信号；
所述信号采集单元，用于对所述复杂目标回波信号和所述标准信号分别进行高速ADC采集；
所述信号处理单元，用于对所述复杂目标回波信号进行匹配滤波，产生脉冲序列，以脉冲峰值所在的时间点作为计算所述散射点的实际延时参数的基准。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述信号产生单元，还用于对所述标准信号进行延时，产生多路延时标准信号；
所述信号采集单元，还用于接收所述延时标准信号；
所述信号处理单元，还用于用所述延时标准信号与所述脉冲序列中对应的峰值相比较。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包含示波器；
所述示波器，用于显示所述标准信号和所述脉冲序列。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包含示波器
所述示波器，用于显示所述标准信号、延时标准信号和所述脉冲序列，产生延时参数的校准值。
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