CN113534072A - 一种高海情下浪速与舰速联合补偿处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高海情下浪速与舰速联合补偿处理方法及系统，该方法包括确定浪速补偿方向及浪速补偿量；根据本舰航速、本舰航向角、浪速补偿方位角、浪速补偿量、波束指向对应的舷角解算海浪实时径向速度；根据海浪实时径向速度对回波基带信号进行多普勒偏移运算，获得海浪径向速度补偿后的回波信号。本发明可以同时实现舰速补偿和高海情浪速补偿，解决舰船航行状态下高海情海浪杂波抑制问题。

Description

一种高海情下浪速与舰速联合补偿处理方法及系统
技术领域
本发明属于雷达总体设计技术，具体为一种高海情下浪速与舰速联合补偿处理方法及系统。
背景技术
舰载警戒搜索雷达进行低空探测时通常采用MTI(动目标显示)或MTD(动目标检测)技术抑制海浪杂波，为抵消舰船航行导致的杂波速度谱中心偏移，舰载雷达一般具有舰速补偿功能，舰船运动会引起回波信号附加一个多普勒频率，舰速补偿功能可将这个附加的多普勒频率补偿为接近零，以保证MTI/MTD的杂波抑制性能不会随舰船运动而恶化。然而在高海情下(如4级以上海况)，由于海浪杂波速度谱中心偏移较大且幅度较强，使得雷达对海浪杂波抑制效果较差，杂波剩余较多，会严重影响雷达对空中目标的观察和检测。
发明内容
本发明提出了一种高海情下浪速与舰速联合补偿处理方法。
实现本发明的技术解决方案为：一种高海情下浪速与舰速联合补偿处理方法，具体步骤为：
步骤1：确定浪速补偿方向及浪速补偿量；
步骤2：根据本舰航速、本舰航向角、浪速补偿方位角、浪速补偿量、波束指向对应的舷角解算海浪实时径向速度；
步骤3：根据海浪实时径向速度对回波基带信号进行多普勒偏移运算，获得海浪径向速度补偿后的回波信号。
优选地，确定浪速补偿量的具体方法为：
通过在杂波回波中进行增、减浪速补偿量，使得海浪杂波回波视频中杂波回波减到最弱或消失，此时的浪速补偿量为确定的浪速补偿量。
优选地，浪速补偿方向录取值范围为0°～360°，分辨率为0.1°。
优选地，浪速补偿量初始值为0m/s，步进量为0.5m/s，调节范围为–20m/s～+20m/s。
优选地，根据本舰航速、本舰航向角、浪速补偿方位角、浪速补偿量、波束指向对应的舷角解算海浪实时径向速度的具体公式为：
Vd(t)＝Vs·cos(φ(t))+Vw·cos(φ(t)-φw)
式中，Vs为本舰航速，Vw为浪速补偿量，Vd(t)为海浪实时径向速度，φ(t)为天线转动实时舷角，φw为浪速补偿方向对应的舷角。
优选地，海浪径向速度补偿后的回波信号为：
Figure BDA0003113032800000021
式中，
Figure BDA0003113032800000022
Vd(t)为海浪实时径向速度，fc为雷达当前工作载频频率，s(t)为补偿前的回波信号。
优选地，每个重频脉冲解算一次海浪实时径向速度，并相应获取一次海浪径向速度补偿后的回波信号。
本发明还提出了一种高海情下浪速与舰速联合补偿处理系统，包括雷达显控台、径向速度解算模块以及径速补偿模块，所述雷达显控台用于确定浪速补偿方向及浪速补偿量，所述径向速度解算模块用于根据本舰航速、本舰航向角、浪速补偿方位角、浪速补偿量、波束指向对应的舷角解算海浪实时径向速度，所述径速补偿模块用于根据海浪实时径向速度对回波基带信号进行多普勒偏移运算，获得海浪径向速度补偿后的回波信号。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明可以同时实现舰速补偿和高海情浪速补偿，解决舰船航行状态下高海情海浪杂波抑制问题。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1是高海情下浪速与舰速联合补偿处理系统原理框图。
图2是海高海情海杂波视频回波示意图。
图3是本舰航向角、浪速补偿方位角、浪速补偿方向对应的舷角和天线转动实时舷角之间的关系示意图。
具体实施方式
一种高海情下浪速与舰速联合补偿处理系统，适用于图1所示的具有MTI/MTD(动目标显示/动目标检测)功能的舰载低空警戒搜索雷达系统，包括雷达显控台、径向速度解算模块以及径速补偿模块，所述雷达显控台用于确定浪速补偿方向及浪速补偿量，所述径向速度解算模块用于根据本舰航速、本舰航向角、浪速补偿方位角、浪速补偿量、波束指向对应的舷角解算海浪实时径向速度，所述径速补偿模块用于根据海浪实时径向速度对回波基带信号进行多普勒偏移运算，获得海浪径向速度补偿后的回波信号。
进一步的实施例中，所述径速补偿模块设置在信号处理机中。
一种舰载雷达浪速与舰速联合补偿处理方法，包括浪速补偿方向和浪速补偿量的获取、径向速度解算、径速补偿等，具体步骤如下：
步骤1：确定浪速补偿方向及浪速补偿量；
在雷达显控台设置有“浪速补偿”开关按键和“+”、“–”增减量按键，同时设置有摸球鼠标。点击“浪速补偿”按键，使浪速补偿功能有效时，可通过滚动摸球鼠标上的摸球移动光标到需要进行浪速补偿的方向，点击鼠标上的确认按键录取浪速补偿方向，然后再通过“+”或“–”按键调节浪速补偿量，浪速补偿量默认初始值为0m/s，步进量为0.5m/s，调节范围为–20m/s～+20m/s。浪速补偿方向录取值范围为360°，分辨率为0.1°.录取的浪速补偿方向和调节设置的浪速补偿量信息可通过雷达内部传输通道送至伺服分机径速解算模块。
雷达屏幕显示海浪杂波回波视频分布状况，高海情下杂波强弱变化具有明显的方向性，即：迎浪方向杂波回波最强、最密，背浪方向杂波回波稍弱，垂直迎浪或背浪方向杂波回波最弱或消失，介于迎浪或背浪方向与垂直迎浪或背浪方向之间的杂波回波，由迎浪或背浪方向向垂直迎浪或背浪方向逐渐减弱。当海浪杂波回波视频强弱变化具有明显的方向性时，如图2所示，点击“浪速补偿”功能按键使之有效，通过鼠标移动光标线到迎浪方向或背浪方向，并点击录取浪速补偿方向；再通过“+”或“–”按键调节浪速补偿量，若光标录取的浪速补偿方向为迎浪方向，则连续点击“+”键，增加浪速补偿量，直至屏幕显示的海浪杂波视频减到最弱或消失。若光标录取的浪速补偿方向为背浪方向，则连续点击“–”键，减少浪速补偿量，直至屏幕显示的海浪杂波视频减到最弱或消失，此时的浪速补偿量为最佳补偿量。
步骤2：根据本舰航速、本舰航向角、浪速补偿方位角、浪速补偿量、波束指向对应的舷角解算海浪实时径向速度；
径向速度解算模块根据接收到的本舰航速、本舰航向角、浪速补偿方位角、浪速补偿量、波束指向对应的舷角等信息进行实时海浪径向速度解算，即：将由本舰航行运动和高海清海浪运动速度投影到波束指向方向，径向速度解算的具体公式为：
Vd(t)＝Vs·cos(φ(t))+Vw·cos(φ(t)-φw) (1)
其中，Vs为本舰航速，单位为m/s，由本舰计程仪或综合导航系统通过通信舰网送给本雷达伺服分机径向速度解算模块，数据率为40次/秒。Vw为浪速补偿量，单位为m/s，该信息由雷达显控台通过内部网络送给伺服分机径向速度解算模块，当操控台浪速补偿功能关闭时(“浪速补偿”按键处于无效状态)Vw＝0m/s。浪速补偿功能打开时(“浪速补偿”按键处于有效状态)的默认初始值也为Vw＝0m/s。Vd(t)为径向速度，φ(t)为天线转动实时舷角，单位为度，该信息由伺服分机舷角传感器送给伺服分机径向速度解算模块。对于方位电扫相控阵雷达，φ(t)为波束扫描舷角。φ(t)为信息采样数据率为雷达脉冲重复频率，即每个重频脉冲采样一次。φw为浪速补偿方向对应的舷角，φw＝B-C，B为浪速补偿方位角，该信息由雷达显控台通过内部网络送给伺服分机径向速度解算模块。C为本舰航向角，该由本舰计程仪或综合导航系统通过通信舰网送给本雷达伺服分机径向速度解算模块，数据率为40次/秒。C、B、φw、φ(t)的关系见图3所示。
每个重频脉冲根据公式(1)计算一次，计算得到的Vd(t)送给信号处理分机径速补偿模块，数据率为雷达脉冲重复频率。
步骤3：根据海浪实时径向速度对回波基带信号进行多普勒偏移运算，获得海浪径向速度补偿后的回波信号。径速补偿模块根据径向速度解算模块解算得到的海浪实时径向速度Vd(t)，对回波基带信号进行多普勒偏移运算，实现海浪径向速度补偿。具体补偿算法为：
设径速补偿模块输入的每个脉冲回波信号复数表达为s(t)
则径速补偿模块输出每个脉冲回波信号为：
Figure BDA0003113032800000041
其中，
Figure BDA0003113032800000051
Vd(t)为径向速度解算模块解算得到的实时径向速度，m/s，数据率等于雷达脉冲重复频率。λ为雷达工作波长，fc为雷达当前工作载频频率，单位为MHz；t为每个脉冲的时间序列，取值范围为：
Figure BDA0003113032800000052
其中r0为最小处理距离，rm为最大处理距离(量程距离)，c为光速，距离单元对应的时间间隔为
Figure BDA0003113032800000053
Bs为雷达信号带宽。
根据每个重频脉冲接收到的径向速度信息Vd(t)，按公式(2)对脉冲内所有距离单元进行舰速和浪速联合补偿计算，从而完成海浪杂波多普勒偏移补偿，经MTI(动目标显示)或MTD(动目标检测)杂波滤波处理后达到抑制海浪杂波的目的。
本发明能够明显改善舰船运动状态下MTI/MTD低空探测雷达在高海情下的海浪杂波抑制效果，提高雷达对低空高速运动目标的检测能力和观察性能。

Claims (9)

1.一种高海情下浪速与舰速联合补偿处理方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤1：确定浪速补偿方向及浪速补偿量；
步骤2：根据本舰航速、本舰航向角、浪速补偿方位角、浪速补偿量、波束指向对应的舷角解算海浪实时径向速度；
步骤3：根据海浪实时径向速度对回波基带信号进行多普勒偏移运算，获得海浪径向速度补偿后的回波信号。
2.根据权利要求1所述的高海情下浪速与舰速联合补偿处理方法，其特征在于，确定浪速补偿量的具体方法为：
通过在杂波回波中进行增、减浪速补偿量，使得海浪杂波回波视频中杂波回波减到最弱或消失，此时的浪速补偿量为确定的浪速补偿量。
3.根据权利要求1所述的高海情下浪速与舰速联合补偿处理方法，其特征在于，浪速补偿方向录取值范围为0°～360°，分辨率为0.1°。
4.根据权利要求1所述的高海情下浪速与舰速联合补偿处理方法，其特征在于，浪速补偿量初始值为0m/s，步进量为0.5m/s，调节范围为–20m/s～+20m/s。
5.根据权利要求1所述的高海情下浪速与舰速联合补偿处理方法，其特征在于，根据本舰航速、本舰航向角、浪速补偿方位角、浪速补偿量、波束指向对应的舷角解算海浪实时径向速度的具体公式为：
Vd(t)＝Vs·cos(φ(t))+Vw·cos(φ(t)-φw)
式中，Vs为本舰航速，Vw为浪速补偿量，Vd(t)为海浪实时径向速度，φ(t)为天线转动实时舷角，φw为浪速补偿方向对应的舷角。
6.根据权利要求1所述的高海情下浪速与舰速联合补偿处理方法，其特征在于，海浪径向速度补偿后的回波信号为：
Figure FDA0003113032790000011
式中，
Figure FDA0003113032790000012
Vd(t)为海浪实时径向速度，fc为雷达当前工作载频频率，s(t)为补偿前的回波信号。
7.根据权利要求1所述的高海情下浪速与舰速联合补偿处理方法，其特征在于，每个重频脉冲解算一次海浪实时径向速度，并相应获取一次海浪径向速度补偿后的回波信号。
8.一种高海情下浪速与舰速联合补偿处理系统，其特征在于，包括雷达显控台、径向速度解算模块以及径速补偿模块，所述雷达显控台用于确定浪速补偿方向及浪速补偿量，所述径向速度解算模块用于根据本舰航速、本舰航向角、浪速补偿方位角、浪速补偿量、波束指向对应的舷角解算海浪实时径向速度，所述径速补偿模块用于根据海浪实时径向速度对回波基带信号进行多普勒偏移运算，获得海浪径向速度补偿后的回波信号。
9.根据权利要求8所述的高海情下浪速与舰速联合补偿处理系统，其特征在于，所述径速补偿模块设置在信号处理机中。
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