CN117169845A - 单脉冲雷达回波信号的处理方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单脉冲雷达的信号处理方法、装置及存储介质，该方法包括：使用预定的发射脉冲间隔时间序列来发射脉冲，其中所述发射脉冲间隔时间序列为非等间隔时间的发射抖动序列；对每一次脉冲发射返回的信号进行目标识别，当被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与所述发射抖动序列相关时，确定所述目标信号为来自上一个脉冲的干扰信号。利用上述技术方案，可识别由上一个脉冲的返回信号造成的干扰信号，避免雷达对虚假目标的误判和产生距离的测量误差，并提高雷达系统的性能。
Description
技术领域
本发明涉及雷达回波信号处理的技术领域，特别是涉及一种单脉冲雷达回波信号的处理方法、装置及存储介质。
背景技术
单脉冲雷达是一种精密跟踪雷达，其具有跟踪精度高、获取数据率大、抗干扰性能好等优点。但是，在传统的单脉冲雷达中，当雷达发射一个脉冲信号后，接下来的采样信号中不仅会接收到本次目标回波，也可能会出现上一个脉冲的返回信号。这种回波干扰会叠加到本次采样信号中，导致雷达对虚假目标的误判和距离的测量误差，这降低了雷达系统的性能。
发明内容
本发明的实施例提供了一种单脉冲雷达回波信号的处理方法、装置及存储介质，以识别由上一个脉冲的返回信号造成的干扰信号。
为了实现上述目的，一方面，提供一种单脉冲雷达的信号处理方法，包括：使用预定的发射脉冲间隔时间序列来发射脉冲，其中所述发射脉冲间隔时间序列为非等间隔时间的发射抖动序列；对每一次脉冲发射返回的信号进行目标识别，当被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与所述发射抖动序列相关时，确定所述目标信号为来自上一个脉冲的干扰信号。
优选地，当被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与所述发射抖动序列存在预定的关联关系时，确定所述目标信号为来自上一个脉冲的干扰信号。
优选地，当被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与所述发射抖动序列存在预定的负相关关系时，确定所述目标信号为来自上一个脉冲的干扰信号。
优选地，所述的信号处理方法，在所述发射抖动序列中，发射脉冲间隔时间都不相同或至少相邻的发射脉冲间隔时间不同。
优选地，所述的信号处理方法，在所述发射抖动序列中，发射脉冲间隔时间按发射顺序递增、递减或随机生成。
优选地，所述的信号处理方法，根据目标信号的强度和/或边沿形状特性的是否一致来确定目标信号对应的目标是否为同一目标。
优选地，所述的信号处理方法，其中，所述目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列为：
由在各次返回的信号中、所述目标信号出现的时间与该返回信号的采样开始时刻的时间差组成的时间序列。
优选地，所述的信号处理方法，其中，通过计算所述目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与所述发射抖动序列的皮尔逊相关性系数R来判断被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与所述发射抖动序列是否相关。
优选地，所述的信号处理方法，其中，所述相关为达到预定程度的负相关，判断被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与所述发射抖动序列是否为达到预定程度的负相关包括：
使用如下公式计算所述目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与所述发射抖动序列的皮尔逊相关性系数R：
其中，N为序列的长度，为所述时间序列的均值；δi为所述时间序列中的第i个时间；/>为所述发射抖动序列的均值；PIi为所述发射抖动序列中的第i个脉冲间隔时间；
判断所述R与-1之间的接近程度是否达到预设的接近条件；如是，则确定所述时间序列与所述发射抖动序列为达到预定程度的负相关。
优选地，所述的信号处理方法，其中，在确定所述目标信号为来自上一个脉冲的干扰信号后，还包括：
消除所述干扰信号。
另一方面，提供了一种单脉冲雷达的信号处理装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如上文任一所述的信号处理方法。
又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如上文任一所述的信号处理方法。
上述技术方案具有如下技术效果：
本发明实施例的技术方案提供了一种新的单脉冲雷达的信号发射和接收处理方法，不采用等间隔的脉冲发射方式，通过在每一次发射的重复频率上引入变化，这个变化通常是微小的变化，形成发射抖动序列；然后，通过对每一次返回的信号进行目标识别，利用在多次返回的时间序列中、由上一个脉冲信号的返回信号所造成的对下一个脉冲返回信号的干扰信号出现的时间与发射抖动序列之间的相关性来识别脉冲返回信号中由上一个脉冲的返回信号带来的干扰信号，从而实现了对回波信号中的目标识别和区分。
进一步地，可以准确地消除了上一个脉冲回波信号对当前脉冲回波信号目标的上述干扰信号，避免了雷达对虚假目标的误判和距离的测量误差，提高了雷达系统的性能。
附图说明
图1为本发明一实施例单脉冲雷达的信号处理方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例中使用的脉冲重复间隔序列示意图；
图3为本发明一实施例中接收的5个回波信号的采样示意图；
图4为图3所示回波信号的目标分组分析示意图；
图5为本发明实施例的单脉冲雷达的信号处理装置的结构示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例一：
图1为本发明一实施例单脉冲雷达的信号处理方法的流程示意图。在该实施例中，单脉冲雷达的信号处理方法包括如下步骤：
使用预定的发射脉冲间隔时间序列来发射脉冲，其中发射脉冲间隔时间序列为非等间隔时间的发射抖动序列；
对每一次脉冲发射返回的信号进行目标识别，当被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与发射抖动序列相关时，确定目标信号为来自上一个脉冲的干扰信号。
其中，来自上一个脉冲的干扰信号即为由上一个脉冲的返回信号产生的干扰信号。通常，这种干扰信号是由于上一个脉冲发射出去后，由量程之外的物体反射回来的信号而产生的。
优选地，上述发射抖动序列中，发射脉冲间隔时间都不相同或至少相邻的发射脉冲间隔时间不同。具体实现中，发射抖动序列中的发射脉冲间隔时间按发射顺序递增、递减或随机生成。
具体实现中，通过在每一次脉冲发射的重复频率上引入微小的变化来形成发射抖动序列。
优选地，根据目标信号的强度和/或边沿形状特性的是否一致来确定目标信号对应的目标是否为同一目标。
优选地，上述目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列指的是：由在各次返回的信号中、上述目标信号出现的时间与该返回信号的采样开始时刻的时间差组成的时间序列。其中，各次返回的信号的顺序与脉冲发射的顺序相对应，该时间序列与脉冲返回信号的返回顺序相对应。
在一种可能的实现中，被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与发射抖动序列的相关是大致的相关，只要被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与发射抖动序列存在预定的关联关系即认为被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与发射抖动序列的相关。上述预定的关联关系包括：预定的负相关关系。
优选地，被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与发射抖动序列的相关通过皮尔逊相关性系数R来衡量，该皮尔逊相关性系数R用来衡量两组变量之间的线性相关性。
实施例二：
下面对本发明另一实施例的单脉冲雷达的信号处理方法进行说明。该实施例的单脉冲雷达的信号处理方法即信号发射和接收方法包括如下步骤：
步骤1：设置脉冲重复间隔抖动序列即发射抖动序列；
通过控制发射机的脉冲重复间隔抖动，实现按照设置的脉冲重复间隔抖动序列进行脉冲发射，使得脉冲与脉冲之间发射的间隔时间是抖动的；优选地，上述抖动序列包含一系列微小的脉冲间隔变化，从而使发射脉冲与脉冲之间产生微小的间隔时间差异。
图2为该例中使用的脉冲重复间隔序列示意图。该例中，以5个脉冲为一组来设置如下脉冲重复间隔序列：{PI1,PI2,PI3,PI4}。按照这个脉冲重复间隔序列中的间隔时间按顺序发射5次脉冲，在图2中分别用数字①-⑤来表示。其中，在t0时刻第1次发射脉冲，在t1时刻第2次发射脉冲，在t2时刻第3次发射脉冲，在t4时刻第4次发射脉冲，在t5时刻第5次发射脉冲；其中，t1与t0之间的发射时间间隔即发射时间差为PI1，t2与t1之间的发射时间间隔为PI2，t3与t2之间的发射间隔时间为PI3，t4与t3之间的发射间隔时间为PI4。
步骤2：记录并分析所接收的各次脉冲的返回信号即回波信号；
图3为该实施例中接收的5个回波信号的采样示意图。如图3，将第①-⑤次发射返回的信号进行采样，形成5条具有时间和强度信息的回波曲线，即回波1至回波5，并记录，以便后续分析。如图3，回波中有突起部分的信号即为检测到的目标反射回来的信号即目标信号，其在曲线中的高度与目标的距离和大小有关。
步骤3：目标抖动识别；
检测回波曲线中的所有目标，图3中，1个突起算一个目标即一个目标信号或目标脉冲。如图3，该例中，5个回波信号共有14个目标，将这个14个目标按照出现的顺序标记为TG1至TG14。如图4，这14个目标具体包括，回波1中的TG1和TG2,回波2中的TG3、TG4和TG5，回波3中的TG6、TG7和TG8，回波4中的TG9、TG10和TG11，回波5中的TG12、TG13和TG14。通过对这14个目标即目标信号按照其强度和/或边沿形状特性对其进行分析，将信号强度和/或边沿形状特性的相似程度满足预定相似度条件的目标即目标脉冲信号确定为同一目标。该例中，将TG{1,3,6,9,12}、TG{4,7,10,13}、TG{2,5,8,11,14}分别认为是同一个目标，并将其分组为A、B、C三组。如图4，A组和C组的目标在各次回波信号中出现的时刻与该回波信号的初始采样点即初始采样时刻之间的时间差几乎不变，A组和C组中的各目标可以被认为是每一次脉冲发射后收到的、在量程范围内的同一个目标。换句话说，对A组和C组的目标而言，由其在各次回波信号中出现的时刻与该回波信号的初始采样点即初始采样时刻之间的时间差组成的时间序列中的各时间基本上是相等；即这个时间序列不受前面的脉冲重复间隔抖动序列即发射抖动序列的影响，与发射抖动序列没有关系。
而B组目标在第一次回波没有出现，但从第二次回波开始出现，而且后续在回波中出现的位置产生了变化，依次记录B组目标在回波中出现的时刻与该次回波采样开始时刻的时间差δi，其中i＝1…4。δ1为B组目标中的在回波2中出现的目标TG4出现的时间与回波2采样开始时刻之间的时间差；δ2为B组目标中在回波3中的TG7出现的时间与回波3采样开始时刻之间的时间差；δ3为B组目标中在回波4中的TG10出现的时间与回波4采样开始时刻之间的时间差；δ4为B组目标中在回波5中的TG13出现的时间与回波5采样开始时刻之间的时间差。
如图4可知，B组目标在各次回波中的时间与对应回波采样开始时刻之间的时间差发生了抖动，其组成的时间序列也是抖动序列，在此称为接收抖动序列。
步骤3：计算上述接收抖动序列与发射抖动序列之间的相关性；
该实施例中，使用皮尔逊相关性系数R来表示接收抖动序列与发射抖动序列之间的相关性，其中，R的计算公式如下：
其中，R为接收抖动序列与发射抖动序列之间的皮尔逊相关系数，用来衡量两组变量之间的线性相关性；N为序列的长度即序列中包含元素的个数，为上述接收抖动序列的均值；δi为接收抖动序列中的第i个时间差；/>为发射脉冲抖动序列的均值；PIi为发射脉冲抖动序列中的第i个脉冲间隔时间。
步骤5：回波信号的匹配和干扰消除
通过计算得到相关系数R后，根据其取值来判定时间间隔序列与抖动序列之间的相关性程度。如果R接近-1，可以认定B组目标在各回波中出现的时间距离该回波初始采样时刻的时间间隔与发射抖动序列高度负相关，即认为B组目标在各回波中出现的目标信号都是来自上一个脉冲的返回，即为上一个脉冲的返回导致的干扰信号。在这种情况下，将其做消除处理，这样可避免对虚假目标的误判。
在具体实现中，可以预设接近条件，通过判断R与-1之间的接近程度是否达到预设的接近条件来判断所比较的两个抖动序列是否达到预定程度的负相关；当所比较的两个抖动序列达到预定程度的负相关时，确定对应的目标信号为干扰信号，可进行消除处理。
优选地，R＝-0.8时，确定所比较的两个抖动序列达到预定程度的负相关。在其它实施例中，可以设置除-0.8之外的其它接近-1的阈值或阈值范围，在此不再赘述。
该实施例中，示例性地，发射抖动序列包括5次脉冲发射的4个脉冲发射时间间隔；在其它实施例中，根据具体需求，发射抖动序列可以包括其它数目的脉冲发射时间间隔，本发明对此不做限制。
实施例三：
本发明还提供一种单脉冲雷达的信号处理装置，如图5所示，该装置包括处理器501、存储器502、总线503、以及存储在所述存储器502中并可在所述处理器501上运行的计算机程序，处理器501包括一个或一个以上处理核心，存储器502通过总线503与处理器501相连，存储器502用于存储程序指令，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例一的上述方法实施例中的步骤。
进一步地，作为一个可执行方案，所述单脉冲雷达的信号处理装置可以是计算机单元，该计算机单元可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述计算机单元可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述计算机单元的组成结构仅仅是计算机单元的示例，并不构成对计算机单元的限定，可以包括比上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。例如所述计算机单元还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等，本发明实施例对此不做限定。
进一步地，作为一个可执行方案，所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述计算机单元的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机单元的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述计算机单元的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
实施例四：
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述方法的步骤。
所述计算机单元集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种单脉冲雷达的信号处理方法，其特征在于，包括：
使用预定的发射脉冲间隔时间序列来发射脉冲，其中所述发射脉冲间隔时间序列为非等间隔时间的发射抖动序列；
对每一次脉冲发射返回的信号进行目标识别，当被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与所述发射抖动序列相关时，确定所述目标信号为来自上一个脉冲的干扰信号。
2.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，在所述发射抖动序列中，发射脉冲间隔时间都不相同或至少相邻的发射脉冲间隔时间不同。
3.根据权利要求2所述的信号处理方法，其特征在于，在所述发射抖动序列中，发射脉冲间隔时间按发射顺序递增、递减或随机生成。
4.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，根据目标信号的强度和/或边沿形状特性的是否一致来确定目标信号对应的目标是否为同一目标。
5.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列为：
由在各次返回的信号中、所述目标信号出现的时间与该返回信号的采样开始时刻的时间差组成的时间序列。
6.根据权利要求5所述的信号处理方法，其特征在于，通过计算所述目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与所述发射抖动序列的皮尔逊相关性系数R来判断被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与所述发射抖动序列是否相关。
7.根据权利要求6所述的信号处理方法，其特征在于，所述相关为达到预定程度的负相关，判断被识别为同一目标的目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与所述发射抖动序列是否为达到预定程度的负相关包括：
使用如下公式计算所述目标信号在各次返回的信号中出现的时间序列与所述发射抖动序列的皮尔逊相关性系数R：
其中，N为序列的长度，为所述时间序列的均值；δi为所述时间序列中的第i个时间；为所述发射抖动序列的均值；PIi为所述发射抖动序列中的第i个脉冲间隔时间；
判断所述R与-1之间的接近程度是否达到预设的接近条件；如是，则确定所述时间序列与所述发射抖动序列为达到预定程度的负相关。
8.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，在确定所述目标信号为来自上一个脉冲的干扰信号后，还包括：
消除所述干扰信号。
9.一种单脉冲雷达的信号处理装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如权利要求1至8任一所述的信号处理方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如权利要求1至8任一所述的信号处理方法。
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