CN112068114A - 用于机械扫描雷达远距离测距的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于机械扫描雷达远距离测距的方法，包括：基于调制脉冲最大占空比和距离分辨率确定发射脉冲波形；基于发射脉冲波形、波束驻留时间和波束驻留帧数确定脉冲最大积累点数；确定调频测距斜率，使得最大频率门误差对应的距离不超过与半个发射脉冲波形对应的距离；对与调频测距斜率对应的目标回波进行处理，获得FMR帧和VS帧的频率、FMR帧和VS帧的距离位置；采用FMR+VS+FMR方式基于FMR帧的频率和VS帧的频率计算原始目标距离，并经距离位置修正获得精确目标距离。本发明提供的测距方法，提高了搜索目标的效率，提升了调频测距精度。在相同扫描速度的情况下，能够获得更高的信噪比，提升了探测距离。

Description

用于机械扫描雷达远距离测距的方法

技术领域

本发明涉及雷达测距技术领域，具体涉及一种用于机械扫描雷达远距离测距的方法。

背景技术

采用调频测距技术计算目标距离与多脉冲重复频率参差方法计算目标距离相比，具有节约系统资源、距离盲区小等优势，已经成为机载火控雷达普遍采用的一种测距方式。但是现有调频测距技术主要应用在雷达天线相位扫描体制下。在雷达天线机械扫描体制下，由于雷达波束不能快速回照，需要重新设计开发调频测距波形。且现有调频测距技术的测距精度低于传统的多脉冲重复频率参差方法。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于机械扫描雷达远距离测距的方法，包括：(1)基于调制脉冲最大占空比和距离分辨率确定发射脉冲波形；(2)基于所述发射脉冲波形、波束驻留时间和波束驻留帧数确定脉冲最大积累点数；(3)确定调频测距斜率K，使得与基于脉冲最大积累点数计算的最大频率门误差对应的距离不超过与半个发射脉冲波形对应的距离；(4)对与所述调频测距斜率对应的目标回波进行处理，获得FMR帧的频率、VS帧的频率、FMR帧距离位置、VS帧距离位置；(5)采用FMR+VS+FMR方式基于FMR帧的频率和VS帧的频率计算原始目标距离，并经距离位置修正获得精确目标距离。

优选地，基于发射机的工作环境确定所述调制脉冲最大占空比D，所述工作环境包括但不限于供电、供风、发射机工作体制；基于距离分辨率确定发射机脉宽τ，通过发射机脉宽τ与调制脉冲最大占空比D的比值确定最小发射周期T_min。

优选地，确定第二发射周期T_sec，所述第二发射周期T_sec与最小发射周期T_min互质且使得重点探测清晰区最大化；基于发射机脉宽τ、最小发射周期T_min和第二发射周期T_sec确定发射脉冲波形。

优选地，所述调制脉冲最大占空比D为15％，所述距离分辨率为不超过150米，所述发射脉宽τ为1us，最小发射周期T_min为7us，第二发射周期T_sec为9us。

优选地，通过波束宽度与天线扫描速度的比值确定波束驻留时间T_Bp；脉冲最大积累点数N为2的幂次方，N不超过阈值M，M＝T_Bp/((N_Rf/2)×T_min+(N_Rf/2)×T_sec))，其中N_Rf为波束驻留帧数。

优选地，最大频率门误差N_f为最小发射周期T_min与脉冲最大积累点数N乘积的倒数。

优选地，与基于脉冲最大积累点数计算的最大频率门误差对应的距离R₁＝N_f·(C/2)/K，且R₁≤(T_min/2)·C。

优选地，对与所述调频测距斜率对应的目标回波进行处理，包括依次对所述目标回波进行加窗滤波、相参积累、二维CFAR检测和求质心处理，得到FMR帧的频率F_FMR、VS帧的频率F_VS、FMR帧距离位置、VS帧距离位置。

优选地，原始目标距离R₁＝|F_FMR-F_VS|×(C/2)/K，；基于原始目标距离位置与FMR帧距离位置的差值对所述原始目标距离进行修正获得精确目标距离R₂。

优选地，采用FMR+VS+FMR方式计算原始目标距离，当波束驻留帧数为6时，获得与最小发射周期T_min内的第一帧FMR、第二帧VS、第三帧FMR分别对应的频率F_FMR1、F_VS2和F_FMR3和与第二发射周期内的第四帧FMR、第五帧VS、第六帧FMR分别对应的频率F_FMR4、F_VS5和F_FMR6，并由此获得4次原始目标距离。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用调频测距技术测量目标距离，提升了搜索目标的效率，在相同扫描速度的情况下，可以获得更高的信噪比，进而提升了探测距离；本发明采用FMR+VS+FMR的方式，比传统的VS+FMR方式多计算一次目标距离，提高了计算效率；采取两重互质的7μs和9μs重复周期，在重点探测距离区域，可最大化避免落入检测闭塞区；通过每个脉冲重复频率波形的距离门反确认，有效提升测量距离精度。

附图说明

图1为本发明的用于机械扫描雷达远距离测距的方法的流程图；

图2为本发明实施例的采用FMR+VS+FMR方法解算目标的示意图；

图3为现有技术的采用FMR+VS方法解算目标的示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种用于机械扫描雷达远距离测距的方法，包括如下步骤：

步骤100：基于调制脉冲最大占空比和距离分辨率确定发射脉冲波形。基于发射机的工作环境确定调制脉冲最大占空比D，工作环境包括但不限于供电、供风、发射机工作体制。基于距离分辨率确定发射机脉宽τ，通过发射机脉宽τ与调制脉冲最大占空比D的比值确定最小发射周期T_min。

确定第二发射周期T_sec，第二发射周期T_sec与最小发射周期T_min互质且使得重点探测清晰区最大化。基于发射机脉宽τ、最小发射周期T_min和第二发射周期T_sec确定发射脉冲波形。

所述调制脉冲最大占空比D为15％，所述距离分辨率为不超过150米，所述发射脉宽τ为1us，最小发射周期T_min为7us，第二发射周期T_sec为9us。

步骤102：基于所述发射脉冲波形、波束驻留时间和波束驻留帧数确定脉冲最大积累点数。通过波束宽度与天线扫描速度的比值确定波束驻留时间T_Bp。脉冲最大积累点数N为2的幂次方，N不超过阈值M，M＝T_Bp/((N_Rf/2)×T_min+(N_Rf/2)×T_sec))，其中N_Rf为波束驻留帧数。

步骤104：确定调频测距斜率K，使得与基于脉冲最大积累点数计算的最大频率门误差对应的距离不超过与半个发射脉冲波形对应的距离。最大频率门误差N_f为最小发射周期T_min与脉冲最大积累点数N乘积的倒数。最大频率门误差对应的距离R₁＝N_f·(C/2)/K，且R₁≤(T_min/2)·C。

步骤106：对与调频测距斜率对应的目标回波进行处理，包括依次对所述目标回波进行加窗滤波、相参积累、二维CFAR检测和求质心处理，得到FMR帧的频率F_FMR、VS帧的频率F_VS、FMR帧距离位置、VS帧距离位置。

步骤108：采用FMR+VS+FMR方式基于FMR帧的频率和VS帧的频率计算原始目标距离，当波束驻留帧数为6时，获得与最小发射周期T_min内的第一帧FMR、第二帧VS、第三帧FMR分别对应的频率F_FMR1、F_VS2和F_FMR3和与第二发射周期内的第四帧FMR、第五帧VS、第六帧FMR分别对应的频率F_FMR4、F_VS5和F_FMR6，并由此获得4次原始目标距离。原始目标距离R₁＝|F_FMR-F_VS|×(C/2)/K，基于原始目标距离位置与FMR帧距离位置的差值对原始目标距离进行修正获得精确目标距离R₂。

实施例2

以下结合具体实验对本发明的技术方案作进一步说明。本实施例的步骤方法同实施例1，实验过程如下：

(1)确定发射脉冲波形

根据载机平台提供的资源，主要是供电，供风等，选定固态发射机，该发射机调制脉冲最大占空比为15％。因为距离分辨率限定了发射机脉宽为1us，根据最大占空比，可确定最小发射周期为7us。根据互质原则且使得重点探测清晰区最大化，选定另一脉冲周期为9us波形。

(2)确定脉冲最大积累点数

根据天线扫描速度(25°/s)、波束宽度(6°)，可确定波束驻留时间为240ms，240ms/(3*7us+3*9us)＝5000。脉冲最大积累点数为2的幂次方且不超过5000，因此选择4096为脉冲最大积累点数。

(3)确定调频测距斜率

因为目标距离R＝－(△f-△f_d)×(C/2)/K，为保证目标检测不落入杂波区，当目标距离大于天线波束的打地距离，调频斜率选择负，反之斜率选择正。本实施例考虑雷达实际的探测能力，所以选择正斜率。

由上式可知调频斜率越大，测距越精确，但是调频斜率受硬件实际性能的限制。为使最大频率门误差对应的距离不超过半个发射脉冲波形对应的距离，并考虑硬件步进及精度，最后确定调频斜率为8.7311MHz/s。

(4)目标回波处理

收到对应调频测距斜率的目标回波信号，通过加窗滤波处理后相参积累，进行二维CFAR检测，对检测出的目标进行求质心处理，得到FMR帧的频率F_FMR、VS帧的频率F_VS、FMR帧距离位置、VS帧距离位置。

(5)计算原始目标距离

通过F_VS计算出目标速度，F_FMR和F_VS联合求解距离，R＝|F_FMR-F_VS|×(C/2)/K。

(6)根据距离位置差修正目标距离

对步骤(5)计算出的原始距离位置与FMR帧距离位置进行比较，通过差值对原始目标距离进行修正获得精确目标距离。

上述用于机械扫描雷达远距离测距的方法，采取两种脉冲重复频率轮换，在每一脉冲重复周期内都采取FMR+VS+FMR的方式。如图2和图3所示，比起传统的VS+FMR方式，FMR+VS+FMR方式波束内可驻留6帧，在这6帧里多一次解算目标，有效的提升了搜索效率。同时通过每个脉冲重复频率波形的距离门反确认，提升了调频测距精度。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于机械扫描雷达远距离测距的方法，包括：

(1)基于调制脉冲最大占空比和距离分辨率确定发射脉冲波形；

(2)基于所述发射脉冲波形、波束驻留时间和波束驻留帧数确定脉冲最大积累点数；

(3)确定调频测距斜率K，使得与基于脉冲最大积累点数计算的最大频率门误差对应的距离不超过与半个发射脉冲波形对应的距离；

(4)对与所述调频测距斜率对应的目标回波进行处理，获得FMR帧的频率、VS帧的频率、FMR帧距离位置、VS帧距离位置；

(5)采用FMR+VS+FMR方式基于FMR帧的频率和VS帧的频率计算原始目标距离，并经距离位置修正获得精确目标距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于发射机的工作环境确定所述调制脉冲最大占空比D，所述工作环境包括但不限于供电、供风、发射机工作体制；基于距离分辨率确定发射机脉宽τ，通过发射机脉宽τ与调制脉冲最大占空比D的比值确定最小发射周期T_min。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定第二发射周期T_sec，所述第二发射周期T_sec与最小发射周期T_min互质且使得重点探测清晰区最大化；基于发射机脉宽τ、最小发射周期T_min和第二发射周期T_sec确定发射脉冲波形。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述调制脉冲最大占空比D为15％，所述距离分辨率为不超过150米，所述发射脉宽τ为1us，最小发射周期T_min为7us，第二发射周期T_sec为9us。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过波束宽度与天线扫描速度的比值确定波束驻留时间T_Bp；脉冲最大积累点数N为2的幂次方，N不超过阈值M，M＝T_Bp/((N_Rf/2)×T_min+(N_Rf/2)×T_sec))，其中N_Rf为波束驻留帧数。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，最大频率门误差N_f为最小发射周期T_min与脉冲最大积累点数N乘积的倒数。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，与基于脉冲最大积累点数计算的最大频率门误差对应的距离R₁＝N_f·(C/2)/K，且R₁≤(T_min/2)·C。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，对与所述调频测距斜率对应的目标回波进行处理，包括依次对所述目标回波进行加窗滤波、相参积累、二维CFAR检测和求质心处理，得到FMR帧的频率F_FMR、VS帧的频率F_VS、FMR帧距离位置、VS帧距离位置。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，原始目标距离R₁＝|F_FMR-F_VS|×(C/2)/K，；基于原始目标距离位置与FMR帧距离位置的差值对所述原始目标距离进行修正获得精确目标距离R₂。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，采用FMR+VS+FMR方式计算原始目标距离，当波束驻留帧数为6时，获得与最小发射周期T_min内的第一帧FMR、第二帧VS、第三帧FMR分别对应的频率F_FMR1、F_VS2和F_FMR3和与第二发射周期内的第四帧FMR、第五帧VS、第六帧FMR分别对应的频率F_FMR4、F_VS5和F_FMR6，并由此获得4次原始目标距离。

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