CN113835077A - 基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法及系统，包括以下步骤：S1、根据雷达任务确定的搜索数据率计算天线波速扫描速度V，将雷达天线波速实际扫描速度设为2V；S2、根据实际扫描速度将计算周期分为第一个扫描周期和第二个扫描周期；S3、将第一个天线扫描周期作为粗检测阶段，标定出包含部分虚警的潜在目标点的空间位置；S4、将第二个天线扫描周期作为精检测阶段，对第一个天线扫描周期中所标记的潜在目标进行进一步甄别，判断其为虚警目标或是真实目标，剔除虚警目标后得出真实目标的信息。本发明能够在保证雷达工作时效性要求和搜索数据率的情况下，提高对低信噪比目标信号的检测能力。

Description

基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法及系统

技术领域

本发明涉及雷达信号检测技术领域，具体涉及一种基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法及系统。

背景技术

搜索雷达主要用于对来自远距离任意空域的目标进行检测搜索和跟踪，为目标指示及武器系统等提供目标信息。由于搜索雷达波束较宽，且发射功率大，雷达回波数据即使经过滤波和放大处理后，仍有大量杂波和噪声存在，给后续目标探测带来了极大困难。对接收到的雷达波束范围内的目标回波信号，现代雷达接收机的处理流程一般为：首先将接收到的射频模拟信号经过低噪放大和混频处理变频至中频，将得到的中频信号直接进行A/D采样；然后对采样数据在数字域上进行包括解调、滤波、数字下变频等预处理；最后将获得的数字I/Q基带信号送至信号处理模块完成目标检测跟踪任务。

目前，各类雷达的信号处理一般都是对数字下变频后I/Q基带信号进行脉压和积累等操作，利用目标与噪声不同的相关性，提高目标信噪比，再采用基于强度门限的恒虚警处理方法来检测出目标。一般而言，使用较高的积累脉冲数有利于提高和改善信号的信噪比，如在相参积累情况下，信噪比改善倍数等于积累脉冲数。根据搜索雷达工作原理，在一个天线扫描周期内对特定目标的可积累脉冲数取决于天线波束的扫描速度、扫描平面上天线波束宽度和雷达脉冲重复频率等因素。天线波束宽度主要与天线尺寸及雷达工作波长有关，在实际工作中较难进行调整。降低天线波束扫描速度虽可增加可积累脉冲数，但是会明显降低搜索数据率，对雷达工作任务完成产生不利影响。通过提高雷达脉冲重复频率手段增加脉冲积累数，也会导致雷达单位时间处理数据率的大幅提高，从而对系统硬件存储资源、运算能力和实时性等都提出更高的要求，导致系统的硬件规模和复杂程度大大增加。如何在不改变雷达基本硬件条件，增加系统控制复杂度的前提下满足雷达高性能与实时性的要求，是雷达系统需要妥善解决的一个重要问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法解决了雷达信号处理过程中检测性能和实时性存在矛盾的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法，包括以下步骤：

S1、根据雷达任务确定的搜索数据率计算天线波速扫描速度V，将雷达天线波速实际扫描速度设为2V；

S2、根据实际扫描速度将计算周期分为第一个扫描周期和第二个扫描周期；

S3、将第一个天线扫描周期作为粗检测阶段，标定出包含部分虚警的潜在目标点的空间位置；

S4、将第二个天线扫描周期作为精检测阶段，对第一个天线扫描周期中所标记的潜在目标进行进一步甄别，判断其为虚警目标或是真实目标，剔除虚警目标后得出真实目标的信息。

进一步地：所述步骤S3的具体步骤为：在第一个天线扫描周期，基于常规脉冲重复频率进行信号发射与回波信号积累，进行目标粗检测，通过降低信号检测门限，保证信噪比低的目标信号能够超过门限保留下来，同时允许部分噪声和杂波作为虚警留存，对所有超过检测门限的潜在目标的距离、方位、俯仰和强度信息进行标记。

进一步地：所述步骤S4的具体步骤为：在第二个天线扫描周期，仅对天线第一个扫描周期中所标记的潜在目标附近给定邻域范围，采用第一个天线扫描周期两倍以上的脉冲重复频率进行信号发射与回波信号积累，并进行精检测，采用适当门限从潜在目标点中剔除虚警，保留真实的目标信号。

进一步地：所述步骤S4中如存在由于提高脉冲重复频率导致潜在目标存在距离模糊问题时，根据雷达发射信号形式，可基于调频测距法采用单一固定的高脉冲重复频率进行积累，也可基于脉冲测距法采用多重脉冲重复频率进行积累。

一种基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测系统，其特征在于，包括天线、射频收发模块、发射控制模块、中频接收模块、粗检测模块、精检测模块和雷达显控系统，所述天线与射频收发模块的信号输入端、输出端分别连接，所述射频收发模块的信号输出端还与中频接收模块的信号输入端连接，所述中频接收模块的信号输出端分别与粗检测模块的信号输入端和精检测模块的信号输入端连接，所述粗检测模块的信号输出端与发射控制模块的信号输入端连接，所述发射控制模块的信号输出端与射频收发模块的信号输入端连接，所述精检测模块的信号输出端与雷达显控系统的信号输入端连接。

进一步地：所述射频收发模块包括射频发射和射频接收两个部分，用于实现雷达发射信号的上变频和将接收雷达回波下变频到中频。

进一步地：所述发射控制模块用于产生雷达探测所需要的信号波形，设置雷达发射信号重复频率。

进一步地：所述中频接收模块用于对雷达中频信号进行采样、混频和滤波处理。

本发明的有益效果为：本发明涉及的变脉冲重复频率雷达目标检测方法，数据处理量可调控，避免了全程高脉冲重复频率的大数据量处理，能够在保证雷达工作时效性要求和搜索数据率的情况下，提高对低信噪比目标信号的检测能力。本发明可不改变现有雷达系统的基本架构，在保证搜索数据率的前提下，大幅减小低信噪比目标信号检测提取处理的运算量和数据存储量及其对硬件资源的要求，是一种能够保证在现有硬件和技术条件下实时实现的有效处理方式。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明实施例中雷达天线扫描速度设为6转/分回波脉冲多普勒一维示意图；

图3为本发明实施例中雷达天线扫描速度设为12转/分回波脉冲多普勒一维示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法，包括以下步骤：

S1、根据雷达任务确定的搜索数据率计算天线波速扫描速度V，将雷达天线波速实际扫描速度设为2V；

S2、根据实际扫描速度将计算周期分为第一个扫描周期和第二个扫描周期；由于实际天线扫描速度为2V，采用两个天线周期进行一次目标检测仍可满足雷达任务搜索数据率要求；

S3、将第一个天线扫描周期作为粗检测阶段，标定出包含部分虚警的潜在目标点的空间位置；

具体步骤为：在第一个天线扫描周期，基于常规脉冲重复频率进行信号发射与回波信号积累，进行目标粗检测，通过降低信号检测门限，保证信噪比低的目标信号能够超过门限保留下来，同时允许部分噪声和杂波作为虚警留存，对所有超过检测门限的潜在目标的距离、方位、俯仰和强度信息进行标记。

S4、将第二个天线扫描周期作为精检测阶段，对第一个天线扫描周期中所标记的潜在目标进行进一步甄别，判断其为虚警目标或是真实目标，剔除虚警目标后得出真实目标的信息。

具体步骤为：在第二个天线扫描周期，仅对天线第一个扫描周期中所标记的潜在目标附近给定邻域范围，采用第一个天线扫描周期两倍以上的脉冲重复频率进行信号发射与回波信号积累，并进行精检测，采用适当门限从潜在目标点中剔除虚警，保留真实的目标信号。

如存在由于提高脉冲重复频率导致潜在目标存在距离模糊问题时，根据雷达发射信号形式，可基于调频测距法采用单一固定的高脉冲重复频率进行积累，也可基于脉冲测距法采用多重脉冲重复频率进行积累。

一种基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测系统，其特征在于，

包括天线、射频收发模块、发射控制模块、中频接收模块、粗检测模块、精检测模块和雷达显控系统，所述天线与射频收发模块的信号输入端、输出端分别连接，所述射频收发模块的信号输出端还与中频接收模块的信号输入端连接，所述中频接收模块的信号输出端分别与粗检测模块的信号输入端和精检测模块的信号输入端连接，所述粗检测模块的信号输出端与发射控制模块的信号输入端连接，所述发射控制模块的信号输出端与射频收发模块的信号输入端连接，所述精检测模块的信号输出端与雷达显控系统的信号输入端连接。

具体流程为：根据雷达任务确定的搜索数据率计算天线波束扫描速度V，设置雷达天线10实际扫描速度为2V。将一次目标检测过程分为两个天线扫描周期完成，在雷达天线的第一个扫描周期，即粗检测阶段，射频收发模块11产生较低脉冲重复频率发射信号，并对接收的雷达回波进行下变频到中频处理。在中频接收模块13中，完成对雷达中频信号的采样、混频、滤波等处理操作。接下来，通过粗检测模块14进行回波积累，并设置较低的检测门限进行目标粗检测，例如将检测门限从12～15dB降至8～11dB甚至更低，以保证信噪比较低的目标信号能够超过门限保留下来，同时允许部分噪声和杂波作为虚警留存，对所有超过检测门限的潜在目标的距离、方位、俯仰、强度等信息进行标记，将结果传至发射控制模块12。根据粗检测阶段所标记的潜在目标点位置情况，在第二个扫描周期，即精检测阶段，仅在潜在目标点附近给定邻域范围内，通过发射控制模块12设置，对射频收发模块11采用高于粗检测阶段两倍以上的较高脉冲重复频率发射信号，这一步根据潜在目标是否产生距离模糊以及雷达信号发射形式，可用固定的单一高脉冲重复频率，也可采用多重脉冲重复频率发射。射频收发模块11同时完成对接收的雷达回波下变频到中频处理。在中频接收模块15中，完成对雷达中频信号的采样、混频、滤波等处理操作后，通过精检测模块16进行回波积累，并设置较高的检测门限进行精检测，判断其属于目标或是杂波，从潜在目标点中剔除虚警，保留真实的目标信号，从而改善检测性能。目标检测结果在雷达显控系统17的显示界面17进行显示。

下面结合数据处理试验对比对本发明应用效果做具体描述。

参见图2和图3，为不同雷达天线扫描速率和脉冲重复频率下，仿真得到的脉冲多普勒一维图对比，通过对常规二维脉冲多普勒图在各距离单元取各速度门最大信号幅度得到，其中横坐标代表距离采样点序号，纵坐标代表信号幅度。仿真中设原雷达天线扫描速率为6转/分，脉冲重复频率260Hz，发射信号为线性调频信号，脉冲宽度150us，信号带宽6MHz。图2为利用原雷达系统参数得到的积累后脉冲多普勒二维图，由该图可知，目标与周围噪声背景的功率差异较小，信噪比较低，采用门限检测理论进行目标检测时，若门限设置过低，易出现较多的虚警，图中A、B、C、T这四个点在某一门限下均可能被视为目标，而实际上只有T为真实目标，A、B、C均为噪声虚警点，其中A、B、C点的信号幅度甚至高于目标T，在此情况下如果要检出目标T必然导致产生虚警。图3为保持雷达信号参数不变，将天线扫描速度设为12转/分，脉冲重复频率提高为1040Hz得到的积累后脉冲多普勒二维图，此时图2中对应的A、B、C三个噪声虚警点的信号幅度均明显低于目标T，且在整个距离范围内目标T的信号幅度都高于背景噪声，因而可通过设置适当的判决门限来剔除粗检测中存在的虚警A、B、C，而只保留下真实目标T。

Claims (8)

1.一种基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据雷达任务确定的搜索数据率计算天线波速扫描速度V，将雷达天线波速实际扫描速度设为2V；

S2、根据实际扫描速度将计算周期分为第一个扫描周期和第二个扫描周期；

S3、将第一个天线扫描周期作为粗检测阶段，标定出包含部分虚警的潜在目标点的空间位置；

S4、将第二个天线扫描周期作为精检测阶段，对第一个天线扫描周期中所标记的潜在目标进行进一步甄别，判断其为虚警目标或是真实目标，剔除虚警目标后得出真实目标的信息。

2.根据权利要求1所述的基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤为：在第一个天线扫描周期，基于常规脉冲重复频率进行信号发射与回波信号积累，进行目标粗检测，通过降低信号检测门限，保证信噪比低的目标信号能够超过门限保留下来，同时允许部分噪声和杂波作为虚警留存，对所有超过检测门限的潜在目标的距离、方位、俯仰和强度信息进行标记。

3.根据权利要求1所述的基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法，其特征在于，所述步骤S4的具体步骤为：在第二个天线扫描周期，仅对天线第一个扫描周期中所标记的潜在目标附近给定邻域范围，采用第一个天线扫描周期两倍以上的脉冲重复频率进行信号发射与回波信号积累，并进行精检测，采用适当门限从潜在目标点中剔除虚警，保留真实的目标信号。

4.根据权利要求1所述的基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法，其特征在于，所述步骤S4中如存在由于提高脉冲重复频率导致潜在目标存在距离模糊问题时，根据雷达发射信号形式，可基于调频测距法采用单一固定的高脉冲重复频率进行积累，也可基于脉冲测距法采用多重脉冲重复频率进行积累。

5.一种基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测系统，其特征在于，包括天线、射频收发模块、发射控制模块、中频接收模块、粗检测模块、精检测模块和雷达显控系统，所述天线与射频收发模块的信号输入端、输出端分别连接，所述射频收发模块的信号输出端还与中频接收模块的信号输入端连接，所述中频接收模块的信号输出端分别与粗检测模块的信号输入端和精检测模块的信号输入端连接，所述粗检测模块的信号输出端与发射控制模块的信号输入端连接，所述发射控制模块的信号输出端与射频收发模块的信号输入端连接，所述精检测模块的信号输出端与雷达显控系统的信号输入端连接。

6.根据权利要求5所述的基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测系统，其特征在于，所述射频收发模块包括射频发射和射频接收两个部分，用于实现雷达发射信号的上变频和将接收雷达回波下变频到中频。

7.根据权利要求5所述的基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测系统，其特征在于，所述发射控制模块用于产生雷达探测所需要的信号波形，设置雷达发射信号重复频率。

8.根据权利要求5所述的基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测系统，其特征在于，所述中频接收模块用于对雷达中频信号进行采样、混频和滤波处理。

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