CN116930944A - 一种针对tdma距离解模糊的脉冲相位编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法，包括：使雷达以随机发射方式发射脉冲，获取第一目标回波数据；使雷达以随机发射方式发射脉冲，并在发射时添加脉冲编码相位，获取第二目标回波数据；根据雷达最远的目标斜距和最大不模糊距离计算最大距离模糊次数；由第一目标回波数据或第二目标回波数据中不同模糊次数的距离处于稳态的回波数据和最大距离模糊次数计算若干自适应的滤波器权系数，得到若干滤波器；使若干滤波器对第一目标回波数据或第二目标回波数据进行相干积累，并根据不同滤波器的输出功率与可调节功率比阈值的关系判断滤波器对当前角度目标的解距离模糊能力，得到解距离模糊结果。该方法实现在整个扫描范围内距离解模糊。

Description

一种针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法
技术领域
本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法。
背景技术
在很多MIMO雷达的研究中，发射信号采用正交波形，这样就可以在接收端分离不同发射波形对应的回波。MIMO雷达正交波形分为快时间正交波形与慢时间正交波形两类。快时间MIMO雷达正交波形包括码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)和频分多址(Frequency Division Multiple Access，FDMA)，通过在发射端发射正交波形，并在接收端通过快时间的滤波器分离发射信号来实现多发多收。慢时间MIMO雷达正交波形包括多普勒频分多址(Doppler Division Multiple Access，DDMA)和时分多址(Time DivisionMultiple Access，TDMA)，各发射阵元采用相同的基带波形，通过在每个发射阵元上附加相位调制或者控制它们在不同时间发射，使回波信号的脉冲串能够彼此区分，从而在慢时间域分离各阵元发射波形产生的回波。对于机载雷达，快时间正交波形MIMO雷达相对于慢时间正交波形MIMO雷达来说存在一定的缺陷，一方面各阵元产生和发射和分离不同的基带波形需要更加复杂的硬件和信号处理电路，增加了系统的复杂性和成本；另一方面，各阵元发射的不同正交波形往往具有不同的频谱，会破坏发射阵元间杂波的相关性，难以利用发射自由度进行杂波抑制，不利于发挥MIMO雷达的优势。与传统的相控阵雷达系统相比，TDMA-MIMO雷达中提供的发射自由度理论上能够在目标检测、角度估计和杂波抑制等方面提供了更好的性能。对于慢时间正交波形MIMO雷达中的TDMA-MIMO雷达，这种雷达不需要对各个发射阵元进行单独的波形设计，只需要各个阵元分时发射，能够减小雷达系统结构的复杂度；另一方面所有阵元、所有脉冲发射波形的地面杂波具有很高的相关性，有利于杂波抑制。
在机载雷达平台中，如果一个目标的前一个脉冲的回波还没有被接收到而下一个脉冲已经发射，就会出现距离模糊。距离模糊问题使目标的真实距离与视在距离相差PRF对应的最大不模糊距离的整数倍，严格周期性的脉冲发射导致目标真实距离难以判断。传统相控阵雷达解距离模糊方法常见方法是脉冲重复频率参差，通过采用不同的重复频率发射脉冲，可使得远距离的目标得到不同的视在距离，利用多重频对应的不同视在距离求解真实距离。但是多重频的方法需要发射不同重复频率脉冲信号求解模糊次数，工作时间更长。而在TDMA-MIMO雷达由于发射相位中心随脉冲变化，并且由于阵列长度有限，发射相位中心不满足与脉冲序号之间的线性关系，因此回波导向矢量的相位不满足传统的SIMO雷达随脉冲数递增的线性关系。这就意味着回波处于稳态时不同距离模糊数对应的距离区间的目标回波具有不同形式的导向矢量，使存在目标距离模糊时的信号更加复杂，给目标相干积累带来困难。考虑到不同距离模糊次数的目标回波导向矢量也不同，因此可以利用TDMA-MIMO雷达这一特性用于解距离模糊。在随机发射模式下通过使用多个不同的导向矢量计算多个滤波权矢量，对回波数据进行滤波，可以在获得较好的目标相干积累的同时，实现距离解模糊。但是随机发射模式下目标接近阵列法线方向无法正确解距离模糊。因此需要结合随机发射模式下回波特性研究一种可以在整个扫描范围内实现对目标信号解距离模糊的波形设计方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法，包括步骤：
使TDMA-MIMO雷达以随机发射方式发射脉冲，获取第一目标回波数据；
使TDMA-MIMO雷达以所述随机发射方式发射脉冲，并在发射时添加脉冲编码相位，获取第二目标回波数据；
根据雷达所能探测到的最远的目标斜距和最大不模糊距离计算最大距离模糊次数；
根据TDMA-MIMO雷达不同距离模糊段导向矢量不同的特点，由所述第一目标回波数据或第二目标回波数据中不同模糊次数的距离处于稳态的回波数据和所述最大距离模糊次数计算若干自适应的滤波器权系数，得到若干滤波器；
使所述若干滤波器对相应的第一目标回波数据或第二目标回波数据进行相干积累，并根据不同滤波器的输出功率与可调节功率比阈值的关系判断滤波器对当前角度目标的解距离模糊能力，得到解距离模糊结果。
在本发明的一个实施例中，使TDMA-MIMO雷达以随机发射方式发射脉冲，获取第一目标回波数据，包括：
使TDMA-MIMO雷达以随机发射方式发射脉冲，获取第n个阵元接收的目标回波信号：
其中，ar表示接收信号的复幅度，k表示第k个脉冲，K表示1个相干处理时间间隔内发射K个脉冲，up表示脉冲发射的基带波形，t表示对应时刻，Tr表示脉冲重复周期，f0表示发射信号的载波频率，ψ0表示发射信号的初始相位，τ表示延迟，τ＝τR(t)-τR-τT，τR(t)＝2R(t)/c＝2(R0-vt)/c，R(t)表示参考阵元相对于目标的距离，c表示光速，R0表示初始时刻参考阵元与目标间的距离，v表示目标与飞机之间的相对运动速度，τR＝ndcosψt/c，n表示第n个阵元，d表示阵元间距，ψt表示目标相对于机载平台的入射锥角，τT＝dt(k)dcosψt/c，dt(k)表示第k次脉冲挑选的发射阵元序号；
根据所述第n个阵元接收的目标回波信号进行下变频和匹配滤波推出的回波信号计算接收端空域导向矢量、时域导向矢量、发射端空域导向矢量：
其中，ar(ψt)表示接收端空域导向矢量，b(ftTr)为时域导向矢量，at(ψt)为发射端空域导向矢量，λ0表示信号波长，N表示接收阵元数，fd表示多普勒频率，dt表示对应脉冲挑选的发射阵元序号；
根据所述接收端空域导向矢量、时域导向矢量、发射端空域导向矢量计算目标的空时二维导向矢量：
利用所述空时二维导向矢量计算所述第一目标回波数据：
xt＝atvt
其中，at表示回波的复幅度。
在本发明的一个实施例中，所述脉冲编码相位为：
φk＝2πdk*0.5＝πdk
其中，dk表示第k次脉冲挑选的发射阵元序号；
相应的，法线方向接收到的第二目标回波数据为：
其中，τ0表示目标对应的回波时延，fd0表示目标径向速度引起的多普勒频率，fs0表示角度为法线方向的目标空间频率，值为0，φk表示编码相位，fsx表示角度为0度的目标空间频率。
在本发明的一个实施例中，所述最大距离模糊次数为：
其中，表示向下取整，Rmax表示雷达所能探测到的最远的目标斜距，Ru表示最大不模糊距离，Ru＝c/2fr，fr表示脉冲重复频率。
在本发明的一个实施例中，根据TDMA-MIMO雷达不同距离模糊段导向矢量不同的特点，由所述目标回波数据中不同模糊次数的距离处于稳态的回波数据和所述最大距离模糊次数计算若干自适应的滤波器权系数，得到若干滤波器，包括：
由所述目标回波数据获取距离模糊次数为l的距离Rl处于稳态的回波数据：
其中，l表示距离模糊次数；
根据所述处于稳态的回波数据定义不同模糊次数的偏移矩阵：
其中，i表示偏移矩阵的行序号，j表示偏移矩阵的列序号；
利用所述偏移矩阵计算不同模糊次数的目标回波导向矢量：
其中，v't表示回波处于稳态时对应的回波导向矢量，大小为N(K-Nr)×1，表示目标全部脉冲的空时二维导向矢量，大小为NK×1，EN表示N×N大小的单位矩阵；
根据所述目标回波导向矢量计算滤波器权矢量：
其中，wl表示假设距离模糊次数为l构建的滤波器权矢量，l＝0，1，…，Nr，μ表示常量，Rcn表示杂波和噪声信号的协方差矩阵，v'tl表示假设距离模糊次数为l的导向矢量；
利用所述滤波器权矢量和所述最大距离模糊次数构建一组自适应的滤波器权系数，得到所述若干滤波器，其中，所述滤波器权系数为：
在本发明的一个实施例中，使所述若干滤波器对相应的第一目标回波数据进行相干积累的过程中，法线方向的距离模糊函数为：
其中，Δτ表示目标间的时延差值，N表示接收阵元数目，K表示一个CPI内脉冲数，χp表示载频信号对应的模糊函数，k1表示一组脉冲序号，k2表示另一组脉冲序号，Tr表示脉冲重复周期。
在本发明的一个实施例中，使所述若干滤波器对相应的第二目标回波数据进行相干积累的过程中，法线方向的距离模糊函数为：
其中，fs0表示角度为法线方向的目标空间频率，fsx表示角度为0度的目标空间频率，表示一组脉冲对应的发射阵元序号，/>表示另一组脉冲对应的发射阵元序号；
完全模糊函数为：
其中，Δfd表示目标间的多普勒频率差，fs1表示不同空间角度对应的空间频率。
在本发明的一个实施例中，添加脉冲编码后的等效角度为：
其中，β表示等效角度，α表示编码前角度。
在本发明的一个实施例中，根据不同滤波器的输出功率与可调节功率比阈值的关系判断滤波器对当前角度目标的解距离模糊能力，包括：
设定可调节功率比阈值Pa，计算任意两个滤波器的输出功率的比值10log(Pa/Pb)，当所述比值10log(Pa/Pb)满足10log(P0/P1)>Pa时，判断输出功率较大的滤波器的距离模糊次数为当前角度目标的距离模糊次数。
在本发明的一个实施例中，得到解距离模糊结果之后，还包括步骤：
根据所述解距离模糊结果，获取第一目标回波数据对应的第一滤波结果平均差值曲线和第二目标回波数据对应的第二滤波结果平均差值曲线，并将所述第一滤波结果平均差值曲线和所述第二滤波结果平均差值曲线结合，实现扫描范围内对目标距离解模糊。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的方法利用机载TDMA-MIMO雷达不同距离模糊段导向矢量不同的特点，构建多组滤波器对目标信号进行相干积累，可以在得到最优相干积累的同时实现距离解模糊，相对于传统的脉冲重复频率参差方法，减少了雷达工作时间；针对随机发射模式下机载TDMA-MIMO雷达进行脉冲相位编码的波形设计，使原本在阵列法线方向附近距离解模糊能力的缺陷偏移到扫描范围极限两侧，脉冲相位编码前后的结合实现在整个扫描范围内距离解模糊，改进了原本不能对接近阵列法线方向的目标距离解模糊的缺陷。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种随机发射模式示意图；
图4为是随机发射模式下脉冲相位编码前后TDMA-MIMO雷达不同角度的一维距离模糊函数拼接图；
图5为随机发射模式下不同滤波器对空时二维平面任意目标滤波结果及差值图；
图6为随机发射模式脉冲相位编码前后不同角度滤波结果平均差值曲线图；
图7为随机发射模式脉冲相位编码前后不同角度滤波结果平均差值曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
本实施例的思路为：机载TDMA-MIMO雷达随机发射模式下使用多个不同的导向矢量计算多个滤波权矢量，对回波数据进行滤波，可以在获得较好的目标相干积累的同时，并在目标远离阵列法线方向时实现距离解模糊，但是当目标接近阵列法线方向时无法正确解距离模糊；本实施例是在其基础上进行波形设计，提出一种脉冲相位编码方法，编码后使目标越靠近天线法线方向解距离模糊能力越差的缺陷偏移到扫描范围两侧，编码前后对不同角度目标解距离模糊能力形成互补，两者结合实现在整个扫描范围内解距离模糊。
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法的流程示意图。该针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法包括步骤：
S1、使TDMA-MIMO雷达以随机发射方式发射脉冲，获取第一目标回波数据。
机载TDMA-MIMO雷达系统包含M个发射阵元和N个接收阵元，收发共置且排布为均匀线性阵列，一个相干处理时间间隔内发射K个脉冲，TDMA发射方式采取随机发射方式、采用TDMA时分多址形式发射信号，随机发射方式是指在不同的脉冲随机挑选发射阵元发射信号，记dt(k)表示第k次脉冲挑选的发射阵元序号。机载TDMA-MIMO雷达为正侧视扫描，发射信号为窄带信号，机载平台运动方向与阵列方向平行。
步骤S1具体包括以下步骤：
S11、使TDMA-MIMO雷达以随机发射方式发射脉冲，获取第n个阵元接收的目标回波信号。
具体的，一个相干处理时间间隔CPI内全部脉冲发射的完整时域波形如下：
其中，t表示对应时刻，at表示回波的复幅度，k表示脉冲序号，K表示一个CPI内脉冲数，up表示基带信号波形，Tr表示脉冲重复周期，f0表示发射信号的载波频率，ψ0表示发射信号的初始相位。
第n个阵元接收的目标回波信号表达式为：
其中，ar表示接收信号的复幅度，k表示第k个脉冲，K表示1个相干处理时间间隔内发射K个脉冲，up表示基带信号波形，t表示对应时刻，Tr表示脉冲重复周期，fo表示发射信号的载波频率，ψ0表示发射信号的初始相位；τ表示延迟，τ分为以下几个部分：
τ＝τR(t)-τR-τT
其中，第一部分时延τR(t)＝2R(t)/c＝2(R0-vt)/c表示从参考阵元发射信号经过目标反射再次被参考阵元接收的时间延迟，R(t)表示参考阵元相对于目标的距离，c表示光速，R0表示初始时刻参考阵元相对于目标的距离，v表示目标与飞机之间的相对运动速度。第二部分时延τR＝ndcosψt/c表示接收阵元间的波程差时延，即阵元n相对于参考阵元来说从目标接收信号的波程差时延，n表示第n个阵元，d表示接收阵元间距，ψt表示目标相对于机载平台的入射锥角。第三部分时延τT＝dt(k)dcosψt/c表示在第k个脉冲下选取的发射阵元dt(k)引起相对参考阵元的波程差时延，dt(k)表示第k次脉冲挑选的发射阵元序号。
S12、根据所述第n个阵元接收的目标回波信号进行下变频和匹配滤波推出的回波信号计算接收端空域导向矢量、时域导向矢量、发射端空域导向矢量。
具体的，接收的目标回波信号在下变频和匹配滤波之后推出回波信号：
其中，tk表示第k个脉冲对应的接收时刻，λ0表示信号波长，fd表示多普勒频率。
第k个脉冲接收到的回波信号可以表示成：
xk＝[x0,k,x1,k,…,xN-1,k]T
其中，xn,k表示第n个阵元第k个脉冲接收到的回波信号，n＝0,1，...，N-1，“T”为转置符号，N表示接收阵元数。
则接收端空域导向矢量ar(ψt)为：
利用接收端空域导向矢量ar(ψt)化简第k个脉冲接收到的回波为：
目标回波是由空间导向矢量与时间导向矢量相结合的形式：
上式表示一个空时快拍接收的目标回波，大小为NK×1。
令，
其中，b(ftTr)为时域导向矢量，大小为K×1。at(ψt)为发射端对应的空域导向矢量，是由于发射阵元随脉冲变化引起的相对于参考阵元位置发生偏移出现波程差导致的，大小也为K×1，λ0表示信号波长，N表示接收阵元数，fd表示多普勒频率，dt(k)表示第k次脉冲挑选的发射阵元序号。
根据所述接收端空域导向矢量、时域导向矢量、发射端空域导向矢量计算目标的空时二维导向矢量：
进一步，利用所述空时二维导向矢量计算所述第一目标回波数据，得到动目标对应大小为NK×1的回波矢量如下：
xt＝atvt
其中，at表示回波的复幅度。
S2、根据雷达所能探测到的最远的目标斜距和最大不模糊距离计算最大距离模糊次数。
具体地，设信号带宽为B，则距离分辨率为：
式中，c表示光速。
雷达所能探测到的最远的目标斜距记为Rmax，机载平台高度为H，最大不模糊距离为：
Ru＝c/2fr
当0<Rc≤Ru时，杂波块处于不模糊区间，当Rc>Ru时，杂波块处于模糊区间，其中，Rc表示目标和机载雷达之间的斜距。
根据雷达所能探测到的最远的目标斜距Rmax和最大不模糊距离Rmax计算可得最大距离模糊次数：
其中，表示向下取整，Rmax表示雷达所能探测到的最远的目标斜距，Ru表示最大不模糊距离，Ru＝c/2fr，fr表示脉冲重复频率。
S3、根据TDMA-MIMO雷达不同距离模糊段导向矢量不同的特点，由所述第一目标回波数据中不同模糊次数的距离处于稳态的回波数据和所述最大距离模糊次数计算若干自适应的滤波器权系数，得到若干滤波器。具体包括步骤：
S31、由所述目标回波数据获取距离模糊次数为l的距离Rl处于稳态的回波数据。
具体的，虑到发生距离模糊时会在同一时刻收到来自不同模糊次数距离门的回波数据。对于不同模糊次数距离门：
Ri＝R0+iRu
其中，Ri表示距离模糊次数为i的目标真实距离，R0表示目标的视在距离。
当雷达回波处于稳态时，在同一时刻接收到的不同模糊次数距离门对应的发射脉冲不同。当前时刻可表示为：
tk＝τc0+kTr
＝τci+(k-i)Tr
其中，tk表示当前时刻，τci表示飞机相对于距离Ri位置目标对应的时延，i表示目标回波信号距离模糊次数。对机载平台接收到的信号，假设只考虑稳态时刻接收的回波，那么在发射脉冲Nr之后接收回波处于稳态。
设接收的目标回波模糊次数l，那么对于tk时刻接收的回波来自脉冲K-l，即tk＝τcl+(k-l)Tr，可得回波：
其中，atl表示回波信号复幅度，ψtu表示目标相对于机载平台的入射锥角，ft表示回波信号多普勒频率。
不同模糊次数的动目标处于稳态的对应的发射脉冲序号也不同。对于模糊次数为l的距离Rl所处的距离单元来说，处于稳态时对应的回波脉冲为第Nr-l脉冲到第K-1-l个脉冲。所以对于模糊次数为l的距离Rl处于稳态的回波数据为：
其中，l表示距离模糊次数。
S32、根据所述处于稳态的回波数据定义不同模糊次数的偏移矩阵。
具体的，根据所述处于稳态的回波数据xtl定义不同模糊次数的偏移矩阵如下：
其中，i表示偏移矩阵的行序号，j表示偏移矩阵的列序号，偏移矩阵Jl的大小为(K-Nr)×K。
S33、利用所述偏移矩阵计算不同模糊次数的目标回波导向矢量：
其中，表示目标全部脉冲的空时二维导向矢量，大小为NK×1。EN表示N×N大小的单位矩阵。v't表示回波处于稳态时对应的回波导向矢量，大小为N(K-Nr)×1。l表示目标距离模糊次数。
S34、根据所述目标回波导向矢量计算滤波器权矢量：
其中，wl表示假设距离模糊次数为l构建的滤波器权矢量，l＝0，1，…，Nr，μ表示常量，Rcn表示杂波和噪声信号的协方差矩阵，v'tl表示假设距离模糊次数为l的导向矢量。
S35、利用所述滤波器权矢量和所述最大距离模糊次数构建一组自适应的滤波器权系数，得到所述若干滤波器。
具体的，可以根据不同的距离模糊次数得到一组完备的自适应的滤波器权系数：
S4、使所述若干滤波器对相应的第一目标回波数据进行相干积累，并根据不同滤波器的输出功率与可调节功率比阈值的关系判断滤波器对当前角度目标的解距离模糊能力，得到解距离模糊结果滤波结果得到对应的不同角度距离解模糊效果。
具体的，使所述若干滤波器对相应的第一目标回波数据进行相干积累以实现滤波器滤波，在相干积累过程中推导出距离模糊函数，相干积累完成后得到滤波器的输出功率，根据滤波器的。
假设目标来自天线法线方向，对于常规的随机发射模式下的TDMA-MIMO雷达来说，在法线方向无法附近区分不同模糊区间的目标。法线方向的距离模糊函数为：
其中，Δτ表示目标间的时延差值，N表示接收阵元数目，K表示一个CPI内脉冲数，χp表示载频信号对应的模糊函数，k1表示一组脉冲序号，k2表示另一组脉冲序号，Tr表示脉冲重复周期。
进一步的，考虑到目标处于不同角度时，随机发射TDMA-MIMO雷达解距离模糊能力不同。因此，对不同滤波器滤波结果进行比较，设定可调节功率比阈值Pa，当滤波器输出功率比满足超过设定可调节功率比阈值Pa时，可以认为对当前角度的目标有良好的解距离模糊能力。以回波最远模糊一次的场景为例，设定可调节功率比阈值Pa，当任意两个滤波器输出功率比满足10log(P0/P1)>Pa时，可以认为对当前角度的目标有良好的解距离模糊能力，将输出功率较大的滤波器的距离模糊次数为当前角度目标的距离模糊次数，从而得到解距离模糊结果。
S5、使TDMA-MIMO雷达以所述随机发射方式发射脉冲，并在发射时添加脉冲编码相位，获取第二目标回波数据。
由第一目标回波数据对应的法线方向的距离模糊函数公式可以发现，此时的模糊函数已经退化成常规的相控阵雷达的模糊函数，因此对于随机发射模式下的TDMA-MIMO雷达来说，法线方向的目标需要单独分析。常规TDMA-MIMO雷达对目标在扫描范围极限两侧解距离模糊能力很强，所以根据这个特点，在发射时进行脉冲相位编码，使得其编码后对应的相位等价于编码前其它角度的相位，这样就可以利用其他角度解模糊的能力对法线方向的目标进行解模糊区分。
假设目标处于法线方向附近，则在发射时添加编码相位φk，使得目标回波的相位相对于编码前发生改变。经过相位编码后法线方向的目标距离模糊函数等价为编码前0度的目标距离模糊函数，即：
dk
其中，fsx为角度为0度的目标空间频率，值为0.5，fs0为角度为法线方向的目标空间频率，值为0。所以可以得到脉冲编码相位：
φk＝2πdk*0.5＝πdk
其中，dk表示第k次脉冲对应的发射阵元序号。
进一步的，保持阵元随脉冲轮流次序不变，在发射时添加脉冲编码相位φk，使得目标回波的相位相对于编码前发生改变，获取脉冲相位编码后的第二目标回波数据。添加的编码相位是一个随脉冲变化的量，对于在法线方向接收到的目标回波，法线方向接收到的第二目标回波数据形式是：
其中，τ0表示目标对应的回波时延，fd0表示目标径向速度引起的多普勒频率。
S6、根据TDMA-MIMO雷达不同距离模糊段导向矢量不同的特点，由所述第二目标回波数据中不同模糊次数的距离处于稳态的回波数据和所述最大距离模糊次数计算若干自适应的滤波器权系数，得到若干滤波器。
该步骤的具体实施方式与步骤S3相同，此处不再赘述。
S7、使所述若干滤波器对相应的第二目标回波数据进行相干积累，并根据不同滤波器的输出功率与可调节功率比阈值的关系判断滤波器对当前角度目标的解距离模糊能力，得到解距离模糊结果。
具体的，使所述若干滤波器对相应的第二目标回波数据进行相干积累以实现滤波器滤波，在相干积累过程中推导出距离模糊函数，相干积累完成后得到滤波器的输出功率。
常规的TDMA-MIMO雷达的模糊函数推导相类似，最终可以得到在法线方向的模糊函数：
其中，fs0表示角度为法线方向的目标空间频率，fsx表示角度为0度的目标空间频率，表示一组脉冲对应的发射阵元序号，/>表示另一组脉冲对应的发射阵元序号。
由上式可以发现，经过脉冲相位编码后，在法线方向的距离模糊函数其它参数均未改变，只是等价于法线方向90度的空间频率搬移到0度，最终脉冲相位编码后在法线方向的距离模糊函数图像会和编码前0度的模糊函数图像一致。但是相位编码后不只是针对法线方向上进行编码，其它方向也会叠加上编码相位。最终得到的脉冲编码后的完全模糊函数如下所示：
其中，Δfd表示目标间的多普勒频率差，fs1表示不同空间角度对应的空间频率。
上式可以改写为：
其中，Δfs表示目标间的空间频率差值。
由公式可以看出，脉冲相位编码后等效的空间频率相对于之前增加了0.5，从角度方面来看，令编码后等效角度为β，编码前角度为α，则
那么编码后等效角度为：
其中，β表示等效角度，α表示编码前角度。
进一步，据不同滤波器的输出功率与可调节功率比阈值的关系判断滤波器对当前角度目标的解距离模糊能力，该步骤的具体实施方式与步骤S4相同，此处不再赘述。
S8、根据所述解距离模糊结果，获取第一目标回波数据对应的第一滤波结果平均差值曲线和第二目标回波数据对应的第二滤波结果平均差值曲线，并将所述第一滤波结果平均差值曲线和所述第二滤波结果平均差值曲线结合，实现扫描范围内对目标距离解模糊。
需要说明的是，本实施例可以使得TDMA-MIMO雷达以随机发射方式发射脉冲，获取第一目标回波数据并进行解模糊，当无法对接近阵列法线方向的目标距离解模糊时，使TDMA-MIMO雷达以所述随机发射方式发射脉冲，并在发射时添加脉冲编码相位，获取第二目标回波数据进行解模糊，即按照图1中所示的顺序依次进行，两种方式的结合可以实现在整个扫描范围内对目标距离解模糊。也可以施例可以使得TDMA-MIMO雷达以随机发射方式发射脉冲，获取第一目标回波数据，同时使TDMA-MIMO雷达以所述随机发射方式发射脉冲，并在发射时添加脉冲编码相位，获取第二目标回波数据，之后对第一目标回波数据和第二目标回避数据同时进行解模糊，即进行步骤S1、S3、S4的同时进行步骤S5、S6、S7，如图2所示，图2为本发明实施例提供的另一种针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法的流程示意图，这样方式的结合也可以实现整个扫描范围内对目标距离解模糊。
本实施例利用机载TDMA-MIMO雷达不同距离模糊段导向矢量不同的特点，构建多组滤波器对目标信号进行相干积累，可以在得到最优相干积累的同时实现距离解模糊，相对于传统的脉冲重复频率参差方法，减少了雷达工作时间；针对随机发射模式下机载TDMA-MIMO雷达进行脉冲相位编码的波形设计，使原本在阵列法线方向附近距离解模糊能力的缺陷偏移到扫描范围极限两侧，脉冲相位编码前后的结合实现在整个扫描范围内距离解模糊，改进了原本不能对接近阵列法线方向的目标距离解模糊的缺陷。
本发明的效果通过以下仿真实验进一步说明：
(一)仿真实验参数
TDMA-MIMO雷达以随机发射方式发射脉冲，随机发射模式存在多种情况，请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种随机发射模式示意图，图3说明随机发射模式的TDMA-MIMO雷达发射方式的随机性。
仿真参数：载机飞行高度9km，载机为正侧视扫描，回波信号最远距离模糊一次，发射和接收阵元数均为16呈线性排布，阵元间距0.15m，脉冲重复频率为2000Hz，一个CPI内脉冲数为64。
(二)仿真数据处理结果及分析
请参见图4，图4为是随机发射模式下脉冲相位编码前后TDMA-MIMO雷达不同角度的一维距离模糊函数拼接图。
图4(a)是随机发射TDMA-MIMO雷达在脉冲相位编码前不同角度的一维距离模糊函数拼接图。图4(a)中，不同于传统的角度距离模糊函数图，传统的角度距离模糊函数图是二维模糊函数，角度维代表两目标之间角度差；而不同角度的一维距离模糊函数拼接图依然是一维模糊函数，是由不同角度的距离模糊函数图拼接而成。可以发现随机发射模式下的TDMA-MIMO雷达在解距离模糊方面有着巨大的优势，动目标越偏离阵列法线方向解距离模糊能力越强，越靠近法线方向解距离模糊能力越弱。图4(b)是随机发射TDMA-MIMO雷达在脉冲相位编码后不同角度的一维距离模糊函数拼接图。从图中可以看出，随机发射TDMA-MIMO雷达未添加脉冲相位编码时，动目标越偏离阵列法线方向解距离模糊能力越强，越靠近法线方向解距离模糊能力越弱。编码后动目标越偏离阵列法线方向解距离模糊能力越强，越靠近法线方向解距离模糊能力越弱。对于不同角度的距离模糊函数，编码后在法线方向附近得到了良好的解模糊效果，但是要注意到编码后距离模糊函数在扫描范围两侧附近解模糊能力大大下降。编码前与编码后随机发射模式下的TDMA-MIMO雷达两种形式的模糊函数在不同角度恰好形成互补。
图5为随机发射模式下不同滤波器对空时二维平面任意目标滤波结果及差值图，可以发现随机发射模式下的TDMA-MIMO雷达因为随机挑选阵元发射的优势，发射导向矢量因为随机发射的关系导致完全打破了对应的时域导向矢量与脉冲数的线性关系，使得不同模糊区间对应的导向矢量也有了很大的区分。但是由于在天线法线方向对应的发射阵元引起的相位差与接收阵元引起的相位差均为0，在天线法线方向不同模糊次数对应的目标导向矢量相同，所以无法在法线方向附近根据滤波结果得到目标模糊次数。用不同滤波器滤波结果，当目标不模糊时，可以发现目标在整个空时二维平面上，在远离天线法线方向均可以利用不同模糊次数滤波器滤波结果直接判断目标距离模糊次数。
图6为随机发射模式脉冲相位编码前后不同角度滤波结果平均差值曲线图，经过相位编码后的随机发射模式下的TDMA-MIMO雷达，改善了原本随机发射模式下TDMA-MIMO雷达法线方向附近无法区分不同模糊区间的问题。经过改进，在法线方向及其附近的位置可以做到良好的区分，在0度以及180两端附近区分效果变差，这也和改进后随机发射模式下的TDMA波形对应的不同角度的模糊函数图保持一致。可以发现目标在整个空时二维平面上，用不同滤波器滤波后去解距离模糊，相位编码后的随机发射TDMA-MIMO雷达在角度搜索范围的两端区分效果变差，在法线方向得到很好的改进。在改善之前在天线阵列法线方向附近滤波结果非常接近，无法做到准确的区分，而在改善之后法线方向的区分已经得到极大程度的改善。由差值图可以得到，不考虑角度搜索范围两端，区分度基本维持在6dB以上。
图7为随机发射模式脉冲相位编码前后不同角度滤波结果平均差值曲线图，以滤波结果相差超过6dB认为可以得到良好的解距离模糊效果，则当前仿真参数条件下，对于编码后随机发射模式下TDMA-MIMO雷达目标在方位角(0,11)度以及(169,180)度范围以外可用多重模糊次数滤波器滤波方法来判定目标距离模糊次数，而在未添加脉冲相位编码的随机发射模式下TDMA-MIMO雷达目标在方位角(86,94)度范围以外可用于解距离模糊，两种方案形成互补，最终实现在整个扫描范围内解距离模糊。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法，其特征在于，包括步骤：
使TDMA-MIMO雷达以随机发射方式发射脉冲，获取第一目标回波数据；
使TDMA-MIMO雷达以所述随机发射方式发射脉冲，并在发射时添加脉冲编码相位，获取第二目标回波数据；
根据雷达所能探测到的最远的目标斜距和最大不模糊距离计算最大距离模糊次数；
根据TDMA-MIMO雷达不同距离模糊段导向矢量不同的特点，由所述第一目标回波数据或第二目标回波数据中不同模糊次数的距离处于稳态的回波数据和所述最大距离模糊次数计算若干自适应的滤波器权系数，得到若干滤波器；
使所述若干滤波器对相应的第一目标回波数据或第二目标回波数据进行相干积累，并根据不同滤波器的输出功率与可调节功率比阈值的关系判断滤波器对当前角度目标的解距离模糊能力，得到解距离模糊结果。
2.根据权利要求1所述的针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法，其特征在于，使TDMA-MIMO雷达以随机发射方式发射脉冲，获取第一目标回波数据，包括：
使TDMA-MIMO雷达以随机发射方式发射脉冲，获取第n个阵元接收的目标回波信号：
其中，ar表示接收信号的复幅度，k表示第k个脉冲，K表示1个相干处理时间间隔内发射K个脉冲，up表示脉冲发射的基带波形，t表示对应时刻，Tr表示脉冲重复周期，f0表示发射信号的载波频率，ψ0表示发射信号的初始相位，τ表示延迟，τ＝τR(t)-τR-τT，τR(t)＝2R(t)/c＝2(R0-vt)/c，R(t)表示参考阵元相对于目标的距离，c表示光速，R0表示初始时刻参考阵元与目标间的距离，v表示目标与飞机之间的相对运动速度，τR＝ndcosψt/c，n表示第n个阵元，d表示阵元间距，ψt表示目标相对于机载平台的入射锥角，τT＝dt(k)dcosψt/c，dt(k)表示第k次脉冲挑选的发射阵元序号；
根据所述第n个阵元接收的目标回波信号进行下变频和匹配滤波推出的回波信号计算接收端空域导向矢量、时域导向矢量、发射端空域导向矢量：
其中，ar(ψt)表示接收端空域导向矢量，b(ftTr)为时域导向矢量，at(ψt)为发射端空域导向矢量，λ0表示信号波长，N表示接收阵元数，fd表示多普勒频率，dt表示对应脉冲挑选的发射阵元序号；
根据所述接收端空域导向矢量、时域导向矢量、发射端空域导向矢量计算目标的空时二维导向矢量：
利用所述空时二维导向矢量计算所述第一目标回波数据：
xt＝atvt
其中，at表示回波的复幅度。
3.根据权利要求1所述的针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法，其特征在于，所述脉冲编码相位为：
φk＝2πdk*0.5＝πdk
其中，dk表示第k次脉冲挑选的发射阵元序号；
相应的，法线方向接收到的第二目标回波数据为：
其中，τ0表示目标对应的回波时延，fd0表示目标径向速度引起的多普勒频率，fs0表示角度为法线方向的目标空间频率，值为0，φk表示编码相位，fsx表示角度为0度的目标空间频率。
4.根据权利要求1所述的针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法，其特征在于，所述最大距离模糊次数为：
其中，表示向下取整，Rmax表示雷达所能探测到的最远的目标斜距，Ru表示最大不模糊距离，Ru＝c/2fr，fr表示脉冲重复频率。
5.根据权利要求1所述的针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法，其特征在于，根据TDMA-MIMO雷达不同距离模糊段导向矢量不同的特点，由所述目标回波数据中不同模糊次数的距离处于稳态的回波数据和所述最大距离模糊次数计算若干自适应的滤波器权系数，得到若干滤波器，包括：
由所述目标回波数据获取距离模糊次数为l的距离Rl处于稳态的回波数据：
其中，l表示距离模糊次数；
根据所述处于稳态的回波数据定义不同模糊次数的偏移矩阵：
其中，i表示偏移矩阵的行序号，j表示偏移矩阵的列序号；
利用所述偏移矩阵计算不同模糊次数的目标回波导向矢量：
其中，v't表示回波处于稳态时对应的回波导向矢量，大小为N(K-Nr)×1，表示目标全部脉冲的空时二维导向矢量，大小为NK×1，EN表示N×N大小的单位矩阵；
根据所述目标回波导向矢量计算滤波器权矢量：
其中，wl表示假设距离模糊次数为l构建的滤波器权矢量，l＝0，1，…，Nr，μ表示常量，Rcn表示杂波和噪声信号的协方差矩阵，v'tl表示假设距离模糊次数为l的导向矢量；
利用所述滤波器权矢量和所述最大距离模糊次数构建一组自适应的滤波器权系数，得到所述若干滤波器，其中，所述滤波器权系数为：
6.根据权利要求1所述的针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法，其特征在于，使所述若干滤波器对相应的第一目标回波数据进行相干积累的过程中，法线方向的距离模糊函数为：
其中，Δτ表示目标间的时延差值，N表示接收阵元数目，K表示一个CPI内脉冲数，χp表示载频信号对应的模糊函数，k1表示一组脉冲序号，k2表示另一组脉冲序号，Tr表示脉冲重复周期。
7.根据权利要求1所述的针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法，其特征在于，使所述若干滤波器对相应的第二目标回波数据进行相干积累的过程中，法线方向的距离模糊函数为：
其中，fs0表示角度为法线方向的目标空间频率，fsx表示角度为0度的目标空间频率，表示一组脉冲对应的发射阵元序号，/>表示另一组脉冲对应的发射阵元序号；
完全模糊函数为：
其中，Δfd表示目标间的多普勒频率差，fs1表示不同空间角度对应的空间频率。
8.根据权利要求1所述的针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法，其特征在于，添加脉冲编码后的等效角度为：
其中，β表示等效角度，α表示编码前角度。
9.根据权利要求1所述的针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法，其特征在于，根据不同滤波器的输出功率与可调节功率比阈值的关系判断滤波器对当前角度目标的解距离模糊能力，包括：
设定可调节功率比阈值Pa，计算任意两个滤波器的输出功率的比值10log(Pa/Pb)，当所述比值10log(Pa/Pb)满足10log(P0/P1)>Pa时，判断输出功率较大的滤波器的距离模糊次数为当前角度目标的距离模糊次数。
10.根据权利要求1所述的针对TDMA距离解模糊的脉冲相位编码方法，其特征在于，得到解距离模糊结果之后，还包括步骤：
根据所述解距离模糊结果，获取第一目标回波数据对应的第一滤波结果平均差值曲线和第二目标回波数据对应的第二滤波结果平均差值曲线，并将所述第一滤波结果平均差值曲线和所述第二滤波结果平均差值曲线结合，实现扫描范围内对目标距离解模糊。
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