CN117111109A - 一种用于低空监视的时序控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于低空监视的时序控制方法，属于雷达技术领域，将远距离探测信号和近距离探测信号进行合并，采样器的带宽展宽，必须覆盖频率f1和f2。增加2路复数共轭相乘，增加2路窄带滤波，解决了分时设计存在的速度分辨率和探测精度不同、时间资源紧张的技术问题，本发明的时间资源节省10％～20％，进而导致功率或者口径规模下降10～20％，低空监视远距离探测和近距离探测可实现相同的速度分辨率，速度分辨率提高10％～20％。

Description

一种用于低空监视的时序控制方法
技术领域
本发明属于雷达技术领域，涉及一种用于低空监视的时序控制方法。
背景技术
雷达系统信号处理有同步处理和异步处理两种方式。同步处理方式要求信号处理的时序与雷达系统发射/接收时序严格同步；异步处理方式，则不同，并不要求信号处理时序与发射/接收时序同步，只是要求处理速度与目标回波数据生成速度匹配即可。当前，绝大部分雷达系统采用异步处理方式。
低空监视雷达需要探测远不同距离、不同高度的目标，速度从几米/秒到几百米/秒不等。探测远距离目标时，需要采用大脉宽、长周期时序；探测近距离目标时，需要采用小脉宽、短周期时序。两者之间存在矛盾，为了解决这一矛盾，常规的做法是分时实现，也就是说，先采用大脉宽、长周期时序探测远距离目标，然后采用小脉宽、短周期时序探测近距离目标。
分时实现不同距离的目标探测，会带来以下2个方面的问题：
1)会导致不同距离目标的速度分辨率和测速精度不同。
由于近距离目标和远距离目标采用不同的时序，因此，不同距离目标的速度分辨率和测速精度不同。远距离目标采用大脉宽、长周期时序，速度分辨率高、速度测量精度高；近距离目标采用小脉宽、短周期时序，速度分辨率低、速度测量精度差。而对于低空监视雷达而言，探测对象具有低空、慢速特点，不管距离远近，都需要确保高速度分辨率和高测速精度，因此，分时实现不同距离目标探测的方法应用低空监视雷达时，会导致不同距离目标的速度分辨率和测速精度不同，设置导致近距离目标的速度分辨率和测速精度不能满足要求的问题。
2)会导致时间资源紧张。
尽管，近距离目标探测采用小脉宽、短周期时序，但为了保证对小目标的检测能力，需要足够多的脉冲数，因此，近距离目标探测需要占用一定的时间资源。低空目标监视雷达的时间资源有限，近距离目标探测占用的时间资源必然导致远距离目标探测时间资源减少，出现低空监视雷达时间资源紧张的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于低空监视的时序控制方法，解决了分时设计存在的速度分辨率和探测精度不同、时间资源紧张的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于低空监视的时序控制方法，包括如下步骤：
步骤1：信号源对远距离探测信号和近距离探测信号进行合并，通过采用不同的频率来区分远距离探测信号和近距离探测信号，并通过雷达发射合并后的信号，设定远距离探测信号的频率为f1，近距离探测信号的频率为f2；
步骤2：雷达接收到的回波信号后,信号处理装置对雷达接收到的回波信号通过以下步骤进行处理：
步骤2-1：拓展采样带宽，使采样带宽覆盖频率f1和频率f2；
步骤2-2：对接收到的回波信号进行采样后，将采样结果为两路采样信号，分别将这两路采样信号与不同的复数数字信号进行共轭相乘，得到两路共轭相乘结果；
步骤2-3：将两路共轭相乘结果分别通过两个窄带滤波器，以提取远距离探测信号的回波信号和近距离探测信号的回波信号；
步骤2-4：分别对远距离探测信号的回波信号和近距离探测信号的回波信号进行识别。
优选的，在执行步骤1时，具体为将远距离探测信号的信号时序和近距离探测信号的信号时序进行合并。
优选的，所述远距离探测信号和所述近距离探测信号均为周期性脉冲信号。
优选的，在执行步骤2-2时，对于远距离探测信号，通过以下公式进行共轭相乘：
cos(2×π×f1×n)+jsin(2×π×f1×n)；
其中，j表示虚数符号，n表示离散化采样时间；
对于近距离探测信号，通过以下公式进行共轭相乘：
cos(2×π×f2×n)+jsin(2×π×f2×n)；
其中，j表示虚数符号，n表示离散化采样时间。
本发明所述的一种用于低空监视的时序控制方法，解决了分时设计存在的速度分辨率和探测精度不同、时间资源紧张的技术问题，本发明的时间资源节省10％～20％，进而导致功率或者口径规模下降10～20％，低空监视远距离探测和近距离探测可实现相同的速度分辨率，速度分辨率提高10％～20％。
附图说明
图1为常规时间资源分配方式；
图2为本发明的时间资源分配方式；
图3为本发明的信号处理流程。
具体实施方式
如图1-图3所述的一种用于低空监视的时序控制方法，包括如下步骤：
步骤1：信号源对远距离探测信号和近距离探测信号进行合并，具体为将远距离探测信号的信号时序和近距离探测信号的信号时序进行合并。
通过采用不同的频率来区分远距离探测信号和近距离探测信号，并通过雷达发射合并后的信号，所述远距离探测信号和所述近距离探测信号均为周期性脉冲信号。设定远距离探测信号的频率为f1，近距离探测信号的频率为f2。
功率、口径和时间是雷达系统核心资源，三种之间相互影响，当功率、口径资源较为丰富时，可以降低时间资源的需求；当时间资源较为充裕时，可降低功率、口径的需求。时间资源一方面与功率、口径密切关联；另一方面，与数据率、覆盖空域、速度分辨率、同时跟踪目标数等战术指标有关。
为了论述的方便，假设低空监视雷达探测最大探测距离为40km，最小探测距离为300m，工作在X波段，每个波位驻留时间32ms(即为时间资源的上限)。常规设计时，远距离探测的脉宽设计为53us、周期设计为320us。远距离探测的近区盲区约为8km，为了实现近区盲区的覆盖，需要增加近区探测时序，其脉宽为2us、周期为53us。在驻留时间30ms的约束条件下，远距离探测积累80个脉冲，占用时间约25.6ms，占总时间的80％，速度分辨率约为0.6m/s；近距离探测积累120个脉冲，占用时间约6.4ms，占总时间的20％，速度分辨率约为2.4m/s，时间资源的分配方式如图1所示。
常规低空监视雷达按照图1所示的方式分配时间资源，这种分配方式中：
1)远距离探测模式和近距离探测模式的速度分辨率存在较大差异(图1所示的时间资源分配方式下，速度分辨率差3倍)；
2)时间资源浪费20％。
本发明将远距离目标探测时序和近距离目标探测时序统一设计，时间资源的分配方式如图2所示，将近距离探测脉冲和远距离探测脉冲合并，通过采用不同频率来区分近距离脉冲和远距离脉冲。通过采用图2所示的时间资源分配方式，远距离探测和近距离探测的速度分辨率均约0.5m/s，通过远距离探测的时间资源增加17％，意味着可节省17％的功率、口径资源。
步骤2：雷达接收到的回波信号后,信号处理装置对雷达接收到的回波信号通过以下步骤进行处理。
步骤2-1：拓展采样带宽，使采样带宽覆盖频率f1和频率f2。
步骤2-2：对接收到的回波信号进行采样后，将采样结果为两路采样信号，分别将这两路采样信号与不同的复数数字信号进行共轭相乘，得到两路共轭相乘结果。
在执行步骤2-2时，对于远距离探测信号，通过以下公式进行共轭相乘：
cos(2×π×f1×n)+jsin(2×π×f1×n)；
其中，j表示虚数符号，n表示离散化采样时间；
对于近距离探测信号，通过以下公式进行共轭相乘：
cos(2×π×f2×n)+jsin(2×π×f2×n)；
其中，j表示虚数符号，n表示离散化采样时间。
步骤2-3：将两路共轭相乘结果分别通过两个窄带滤波器，以提取远距离探测信号的回波信号和近距离探测信号的回波信号。
步骤2-4：分别对远距离探测信号的回波信号和近距离探测信号的回波信号进行识别。
采用图2所示的时间资源分配方式后，信号处理过程将发生变化，如图3所示。与常规信号处理流程相比，主要以下3个方面发生变化。
1)采样器的带宽展宽，必须覆盖频率f1和f2。
2)增加2路复数共轭相乘的步骤。
3)增加2路窄带滤波步骤。
本实施例中信号处理装置中设有采样器和信号处理设备，采样器用于对回波信号进行采样，信号处理设备用于对采样结果进行数字化处理。
以低空监视雷达系统作为本发明的实施例，低空监视雷达探测主要战技指标如下：
威力：最大探测距离为40km，最小探测距离为300m；
频段：X波段；
体制：方位相扫，俯仰维宽波束；
数据率：搜索5s，跟踪1s；
同时跟踪目标数：20批；
覆盖空域：方位±45°、俯仰20°；
天线阵面口径：0.6m×0.1m；
扫描波位数：40个波位；
采用传统的常规方式设计时，该低空监视雷达系统的时间资源分配如表1所示。
时序号 用途 周期 数量 总时间 备注
1 远距离搜索 320us 90×40 1.152s
2 近距离搜索 53us 120×40 0.2544s
3 远距离目标跟踪 320us 90×20×5 2.88s
4 近距离目标跟踪 53us 120×20×5 0.636s
表1
表1中：“90”表示90个脉冲；“40”表示40个波位；“20”表示20批目标；“5”表示5s之内，每个目标需跟踪5次。
由表1可知，搜索总时间为1.4064s，跟踪总时间为3.516s，搜索、跟踪总时间为4.9224s，满足数据率5s的要求，其中搜索时间占总时间的28.6％，跟踪占总时间的71.4％。
采用本发明的控制方式，该低空监视雷达系统的时间资源分配如
表2所示：
时序号 用途 脉宽 周期 数量 总时间 备注
1 搜索 53us 320us 110×40 1.408s
2 跟踪 53us 320us 110×20×5 3.52s
表2
表2中：“110”表示110个脉冲；“40”表示40个波位；“20”表示20批目标；“5”表示5s之内，每个目标需跟踪5次；脉宽53us分为近距离探测脉冲2us和远距离探测51us。
由表2可知，搜索总时间为1.408s，跟踪总时间为3.52s，搜索、跟踪总时间为4.928s，满足数据率5s的要求，其中搜索时间占总时间的28.6％，跟踪占总时间的71.4％。
表1中每个波位目标搜索时，总脉冲宽度为53us×90＝4770us，表2中每个波位目标搜索时，总脉冲宽度为51us×110＝5610us，与常规方式相比，总脉冲宽度增加17.6％，采用本发明的控制方式，总功率可节省17.6％。
本发明适用于异步处理方式，在发射时间内进行信号处理，可节省时间资源10％～20％，进而导致功率或者口径规模下降10～20％。
本发明所述的一种用于低空监视的时序控制方法，解决了分时设计存在的速度分辨率和探测精度不同、时间资源紧张的技术问题，本发明的时间资源节省10％～20％，进而导致功率或者口径规模下降10～20％，低空监视远距离探测和近距离探测可实现相同的速度分辨率，速度分辨率提高10％～20％。

Claims (4)

1.一种用于低空监视的时序控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：信号源对远距离探测信号和近距离探测信号进行合并，通过采用不同的频率来区分远距离探测信号和近距离探测信号，并通过雷达发射合并后的信号，设定远距离探测信号的频率为f1，近距离探测信号的频率为f2；
步骤2：雷达接收到的回波信号后,信号处理装置对雷达接收到的回波信号通过以下步骤进行处理：
步骤2-1：拓展采样带宽，使采样带宽覆盖频率f1和频率f2；
步骤2-2：对接收到的回波信号进行采样后，将采样结果为两路采样信号，分别将这两路采样信号与不同的复数数字信号进行共轭相乘，得到两路共轭相乘结果；
步骤2-3：将两路共轭相乘结果分别通过两个窄带滤波器，以提取远距离探测信号的回波信号和近距离探测信号的回波信号；
步骤2-4：分别对远距离探测信号的回波信号和近距离探测信号的回波信号进行识别。
2.如权利要求1所述的一种用于低空监视的时序控制方法，其特征在于：在执行步骤1时，具体为将远距离探测信号的信号时序和近距离探测信号的信号时序进行合并。
3.如权利要求1所述的一种用于低空监视的时序控制方法，其特征在于：所述远距离探测信号和所述近距离探测信号均为周期性脉冲信号。
4.如权利要求1所述的一种用于低空监视的时序控制方法，其特征在于：在执行步骤2-2时，对于远距离探测信号，通过以下公式进行共轭相乘：
cos(2×π×f1×n)+jsin(2×π×f1×n)；
其中，j表示虚数符号，n表示离散化采样时间；
对于近距离探测信号，通过以下公式进行共轭相乘：
cos(2×π×f2×n)+jsin(2×π×f2×n)；
其中，j表示虚数符号，n表示离散化采样时间。
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王钊;顾红;苏卫民;陈志仁;陈金立;: "基于共轭噪声组的宽带噪声雷达机动目标参数估计", 电子与信息学报, no. 05, 31 May 2015 (2015-05-31) *

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