專利名稱：：具有啁啾特性的高精度動(dòng)態(tài)門限目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種具有啁啾特性的高精度動(dòng)態(tài)門限目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
：受相關(guān)技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用需求的促進(jìn)，脈沖序列線性頻率調(diào)制雷達(dá)逐漸應(yīng)用于近距離高分辨率多目標(biāo)探測(cè)與成像，其接收機(jī)隨著DSP數(shù)字信號(hào)處理能力的增強(qiáng)，逐漸開始采用高頻序列脈沖作為發(fā)射信號(hào)，從而完成復(fù)雜功能。常用的發(fā)射信號(hào)由相互銜接的點(diǎn)頻段、掃頻段和回掃段組成，其中掃頻段是指發(fā)射信號(hào)的頻率隨著時(shí)間變化而變化，主要用于目標(biāo)信息獲取，點(diǎn)頻段用于目標(biāo)跟蹤，需要高精度的頻率穩(wěn)定性。通常用雷達(dá)的模糊函數(shù)表示匹配濾波器的輸出，用于描述由于目標(biāo)范圍和多普勒頻移所造成的干擾量。用二元組〈t，fd>表示雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的時(shí)延偏差和多普勒頻率偏差，所述偏差是和標(biāo)定目標(biāo)相比所得，顯然，對(duì)于〈t，fd>=〈0，0>表示和標(biāo)定目標(biāo)完全一致，此時(shí)不存在時(shí)間偏差和多普勒偏差。通常較高的PRI(PulseR印etitionlnterval，簡(jiǎn)稱脈沖重復(fù)間隔)脈沖序列會(huì)引發(fā)較大的距離測(cè)量不確定性，但是對(duì)于具有較低的PRI脈沖序列，在多普勒頻移上又具有較大的模糊特性?？梢酝ㄟ^具有啁啾的變頻調(diào)制波形序列將測(cè)量輪廓線旋轉(zhuǎn)，從而獲得頻率測(cè)量和距離測(cè)量中間較好的折中。脈沖壓縮技術(shù)通過對(duì)于發(fā)射信號(hào)的波形編碼以及回波信號(hào)的解調(diào)處理能夠產(chǎn)生較窄的脈沖，從而提高雷達(dá)的距離分辨力。除此之外，發(fā)射寬脈沖能更有效地利用雷達(dá)所具有的平均功率容量，從而避免產(chǎn)生高峰值功率信號(hào)。雷達(dá)不需增加脈沖重復(fù)頻率就可提高平均功率，因而也就減少了雷達(dá)的距離模糊，從而提高系統(tǒng)的多普勒分辨力。然而，在物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，脈沖雷達(dá)的距離分辨力和多普勒分辨力始終符合測(cè)不準(zhǔn)原理?，F(xiàn)有技術(shù)能夠通過改變雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的PRF(PulseR印etitionFrequency，簡(jiǎn)稱脈沖重復(fù)頻率)通過發(fā)射寬編碼脈沖和處理接收回波以獲得窄脈沖，這樣脈沖壓縮雷達(dá)既保持了窄脈沖的高距離分辨力，又能獲得寬脈沖雷達(dá)系統(tǒng)的強(qiáng)檢測(cè)能力。脈沖壓縮還有許多其它優(yōu)點(diǎn)發(fā)射寬脈沖能更有效地利用雷達(dá)所具有的平均功率容量，從而避免產(chǎn)生高峰值功率信號(hào)；雷達(dá)不需增加脈沖重復(fù)頻率就可提高平均功率，因而也就減少了雷達(dá)的距離模糊；采用寬脈沖還可以提高系統(tǒng)的多普勒分辨力；此外，脈壓雷達(dá)較少受和發(fā)射編碼信號(hào)不同的干擾信號(hào)的干擾。綜上所述，由于探測(cè)目標(biāo)的距離較近時(shí)會(huì)出現(xiàn)探測(cè)模糊的問題，并且在時(shí)間分辨力和頻率分辨力兩個(gè)方面始終存在矛盾，需要有效的方法能夠綜合確定兩個(gè)維度的高精度探測(cè)。通過引入啁啾可以使得模糊圖樣旋轉(zhuǎn)，但是對(duì)于啁啾序列的計(jì)算復(fù)雜度呈現(xiàn)出0(N2)的趨勢(shì)，通過一定程度的對(duì)稱性能夠減小不必要的計(jì)算量，達(dá)到快速計(jì)算的目的?？紤]到前述情況，存在克服相關(guān)技術(shù)中不足的需要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實(shí)施例要解決的技術(shù)問題是提供一種具有啁啾特性的高精度動(dòng)態(tài)門限目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法，通過在發(fā)射脈沖信號(hào)中引入啁啾，借助壓控振蕩器調(diào)整本振信號(hào)源的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)于模糊圖樣的旋轉(zhuǎn)。在接收端，根據(jù)頻域信號(hào)的分析，確定目標(biāo)之間的模糊程度，并通過脈寬調(diào)整(脈沖壓縮/脈沖展寬)的方式縮小某一維度的分辨模糊程度。再根據(jù)系統(tǒng)的需求，旋轉(zhuǎn)模糊圖樣，完成時(shí)_頻域的優(yōu)化。對(duì)于目標(biāo)模糊圖樣的重疊部分通過極坐標(biāo)的變換方式，能夠得到相鄰的誤差判定界限，并對(duì)于具有啁啾特性的脈沖序列的模糊圖樣計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化，使其具有實(shí)用的可能。本發(fā)明所給出的具有啁啾特性的高精度動(dòng)態(tài)門限目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法，可以應(yīng)用于任何一種探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)，反饋回路簡(jiǎn)單有效，對(duì)于慢速系統(tǒng)可以通過多次迭代的調(diào)節(jié)方式，逐步完成優(yōu)化。本發(fā)明的具體內(nèi)容，主要包括時(shí)間分辨力和頻率分辨力的綜合評(píng)定方式，所述系統(tǒng)能夠支持基于脈寬調(diào)整策略的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)自適應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)，并利用工程常用的菲涅耳積分完成頻譜分析，根據(jù)微分學(xué)計(jì)算模糊誤判的極值點(diǎn)得到優(yōu)化目標(biāo)門限。具有啁啾特性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用窄帶角調(diào)信號(hào)作為信號(hào)源產(chǎn)生調(diào)頻脈沖信號(hào)，通過VC0以及本振信號(hào)源聯(lián)合作用下產(chǎn)生啁啾脈沖序列。并在接收端根據(jù)所需定位的精度確定信號(hào)處理時(shí)的快速傅立葉變換規(guī)模下限。本發(fā)明還給出了在多目標(biāo)測(cè)量時(shí)，利用基于模糊圖樣的門限確定方法計(jì)算誤判概率的方法。針對(duì)啁啾脈沖序列的模糊圖樣的計(jì)算量大的特點(diǎn)，利用其對(duì)稱性簡(jiǎn)化計(jì)算。通過對(duì)于時(shí)_頻二維空間模糊圖樣的旋轉(zhuǎn)，改變模糊圖樣的誤差限，進(jìn)一步補(bǔ)償脈寬調(diào)節(jié)后的不平衡性，并在達(dá)到測(cè)量極限后啟用動(dòng)態(tài)門限調(diào)節(jié)功能。從以上技術(shù)方案中可以看出，本發(fā)明通過啁啾信號(hào)的引入，能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)-頻域復(fù)雜的定位精度調(diào)整，并針對(duì)可能會(huì)引入的新的問題提出相應(yīng)的解決方法，能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)的高精度雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)。通過動(dòng)態(tài)調(diào)整的方式實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)優(yōu)化，反饋回路信號(hào)易于獲得，具有成本較低等特點(diǎn)。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解，本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可通過在縮寫的說明書、權(quán)利要求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。結(jié)合描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例的附圖，根據(jù)以下對(duì)本發(fā)明的各發(fā)明的詳細(xì)描述，將更易于理解本發(fā)明的這些和其它特征，其中圖1示意性示出了運(yùn)動(dòng)物體對(duì)于脈沖壓縮雷達(dá)探測(cè)的影響；圖2示意性示出多目標(biāo)探測(cè)時(shí)的模糊圖樣分辨門限確定方法；圖3給出了脈沖寬度為ls的雷達(dá)脈沖序列的模糊圖樣；圖4給出了脈沖寬度為0.ls的雷達(dá)脈沖序列的模糊圖樣；圖5給出了脈沖寬度為0.Ols的雷達(dá)脈沖序列的模糊圖樣；圖6描述了具有啁啾特性的發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)框圖；圖7示意性示出了引入啁啾后的模糊圖樣；5圖8描述了具有N脈沖啁啾序列的快速模糊圖樣分析算法；圖9描述了啁啾信號(hào)的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)門限調(diào)節(jié)流程；具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1示意性示出了運(yùn)動(dòng)物體對(duì)于脈沖壓縮雷達(dá)探測(cè)的影響。其中101為具有脈沖壓縮功能的探測(cè)雷達(dá)，102為運(yùn)動(dòng)的飛行體，fd二2vA-^ose，其中v為物體的運(yùn)動(dòng)速度，e為物體運(yùn)動(dòng)的方向和雷達(dá)的波束方向的夾角，A為雷達(dá)所用波長(zhǎng)，對(duì)于向雷達(dá)運(yùn)動(dòng)方向的物體只有其徑向運(yùn)動(dòng)的速度分量會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，而垂直方向不會(huì)產(chǎn)生任何影響，因此，首先需要將速度進(jìn)行分解，計(jì)算產(chǎn)生多普勒分量的速度分量。對(duì)于逼近雷達(dá)的方向運(yùn)動(dòng)的物體，由于運(yùn)動(dòng)物體的方向和等相位面的運(yùn)動(dòng)方向相反，會(huì)使得等相位面的等效距離縮短，產(chǎn)生的多普勒分量為正，會(huì)使接收到的信號(hào)頻率偏高，而相反方向運(yùn)動(dòng)的物體其多普勒分量為fd=-2vA-^ose。對(duì)于在三維空間中運(yùn)動(dòng)的物體，其夾角的余弦可以表示為C0Se=COSeeCOs9a，其中96和9a分別為仰視角和方位角，發(fā)射寬脈沖可以由多個(gè)窄脈沖產(chǎn)生，根據(jù)窄脈沖中的相位關(guān)系確定畸變?yōu)V波器的相位，產(chǎn)生展寬的脈沖。在接收端可以通過壓縮濾波器重新調(diào)整各個(gè)頻率分量的相位關(guān)系，產(chǎn)生窄脈沖。所謂脈沖壓縮比，是指展寬的脈沖與壓縮脈沖的寬度比。脈沖壓縮技術(shù)提高定位精度，目標(biāo)與雷達(dá)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則脈沖被壓縮，相反運(yùn)動(dòng)則被展寬，雷達(dá)信號(hào)的脈沖壓縮比不易控制。常用的脈沖壓縮雷達(dá)系統(tǒng)的信號(hào)產(chǎn)生可以利用對(duì)載波進(jìn)行相位或頻率調(diào)制得到信號(hào)波形，如載波的數(shù)字相位控制。也可以通過窄脈沖激勵(lì)某種器件或網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取時(shí)間展寬的編碼脈沖，如SAW(SurfaceAcousticWave，簡(jiǎn)稱聲表面波)延遲器件所組成的展寬網(wǎng)絡(luò)。通過引入頻率啁啾，可以采用多延遲和多相關(guān)器來(lái)覆蓋每個(gè)相關(guān)處理器有限的距離范圍，而且脈沖的展寬和壓縮可以使用相同的濾波器，或同一個(gè)濾波器，只須在發(fā)射和接收間進(jìn)行適當(dāng)?shù)那袚Q。由信號(hào)h(t)和匹配濾波器的共軛沖激響應(yīng)的巻積得到濾波器的輸出y(0=f/2(T)傳統(tǒng)的脈沖雷達(dá)調(diào)制方式，在進(jìn)行目標(biāo)定位時(shí)引入了距離誤差，且在多普勒頻移較大時(shí)，接收信號(hào)具有信噪比、時(shí)間副瓣性能差等特點(diǎn)，對(duì)于雜波干擾的抑制性能差。通過頻率啁啾，可以無(wú)需加權(quán)處理就可獲得低距離副瓣，具體距離副瓣由波形的設(shè)計(jì)決定。不同的應(yīng)用可以采用不同的波形作為脈沖信號(hào)源，通常考慮的因素有多普勒頻率范圍/距離多普勒副瓣電平/波形靈活性、雷達(dá)的定位距離、SNR(SignalNoiseRatio,簡(jiǎn)稱信噪比)和干擾抑制性能等，不同的應(yīng)用考慮不同的因素所選用的不同波形，不構(gòu)成對(duì)于本發(fā)明的限制。對(duì)于發(fā)射信號(hào)，可以通過在脈沖寬度上利用掃頻的方式產(chǎn)生啁啾信號(hào)，匹配濾波器的帶寬和掃描的帶寬成正比，而與相應(yīng)的脈沖寬度無(wú)關(guān)，對(duì)于信號(hào)相位為=2^/。"^")其中f。為雷達(dá)的中心頻率，_t/2《t《t/2，通過頻率調(diào)制可以得到具有上啁啾的脈沖波，假定發(fā)射信號(hào)采用的基帶信號(hào)波形為方波信號(hào)Rect(t/"，t為方波信號(hào)的脈沖寬度，則具有啁啾特性的發(fā)射信號(hào)可以表示為i^"(^"^^"'+^。經(jīng)過頻譜分析后，可以得到該信號(hào)的頻譜并經(jīng)過坐標(biāo)變換后<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>，其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>經(jīng)過合并后該頻譜可以表示為菲涅耳積分<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中B為信號(hào)帶寬，c(t)和5(0為經(jīng)典的菲涅耳積分，在工程應(yīng)用上可以通過查表得出，因此該頻譜的分析速度所需時(shí)間被大大的縮短。圖2示意性示出多目標(biāo)探測(cè)時(shí)的模糊圖樣分辨門限確定方法。其中，201和202分別表示兩個(gè)目標(biāo)的模糊圖樣，203和204為兩個(gè)模糊圖樣的三維空間圖，205為確定模糊圖樣的門限。信號(hào)的模糊函數(shù)是指當(dāng)信號(hào)的距離和速度均存在差異時(shí)兩個(gè)目標(biāo)的分辨特性，用于衡量信號(hào)模糊程度。對(duì)于雷達(dá)信號(hào)s(t)，其模糊函數(shù)用下式表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>當(dāng)完全匹配時(shí)有，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>,其中E為信號(hào)能量，并利用<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>關(guān)系等式。同樣，利用帕賽瓦爾定理，模糊函數(shù)在頻域的表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>模糊函數(shù)還具有對(duì)于距離和多普勒頻移的對(duì)稱性，在整個(gè)時(shí)頻域的積分具有有限值，并且和發(fā)送信號(hào)的能量相關(guān)。某些研究人員喜歡使用IX;fd)I表示時(shí)間域和頻率域的偏差，該函數(shù)稱為不確定函數(shù)。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>通常采用等高輪廓線來(lái)描述模糊圖形，根據(jù)峰值相關(guān)特性確定模糊判定門限。假定目標(biāo)201的模糊圖樣為tl，而目標(biāo)202的模糊圖樣為t2，確定門限為Vt，于是整個(gè)誤判概率可以表示為目標(biāo)1信號(hào)被誤判為目標(biāo)2或者目標(biāo)2被誤判為目標(biāo)1，Pe=p(t》Ix(e11》12+p(t2)Ix(e112)|2其中，Ix(e11》12和Ix(e112)|2分別表示tl模糊函數(shù)被誤判為t2和t2模糊函數(shù)被誤判為tl，Vt為判決門限，另外，IzWOI2—〖>y("y24'c/,|2，k(e|,2)MJ[(,)/(/—f2"'",|2當(dāng)"^=0時(shí)，可以取到最佳門限值，當(dāng)目標(biāo)的恃征值相同時(shí)，所形成的模糊圉樣相同，于是所形成的最佳門限值為兩個(gè)脈沖模糊圖樣的中心點(diǎn)，對(duì)于其余情況，均需根據(jù)偏微分方程的極值點(diǎn)來(lái)計(jì)算。圖3-圖5分別表示模糊函數(shù)在脈沖寬度為ls，O.Is和0.01s時(shí)的模糊函數(shù)三維分布圖和等輪廓二維曲線。模糊函數(shù)可以表示信號(hào)的時(shí)間、頻率的定位準(zhǔn)確性。通常三維的模糊函數(shù)能夠表示三維空間內(nèi)的模糊函數(shù)幅度分布，通常不同的脈沖信號(hào)序列具有不同的模糊波形，雷達(dá)發(fā)射帶寬對(duì)于模糊函數(shù)的影響通過三維模糊函數(shù)和其中的等高輪廓線可以表示出來(lái)。當(dāng)對(duì)應(yīng)于模糊函數(shù)的峰值時(shí)，此時(shí)具有完美匹配，和峰值的偏離表明了信號(hào)的偏差程度，偏差越大，相應(yīng)的模糊函數(shù)值越小?？梢钥闯?，在時(shí)間域和頻率域的準(zhǔn)確度相互制約，時(shí)間精度提高會(huì)抑制頻率域的測(cè)量精度。lj(r;/J|2=|f(0/(/-ry^A卩為信號(hào)s(t)的模糊函數(shù)，當(dāng)存在多個(gè)目標(biāo)時(shí)，模糊圖樣相鄰很近時(shí)，無(wú)法區(qū)別出具體是屬于哪個(gè)范圍內(nèi)的目標(biāo)所形成的圖樣，可以通過模糊圖樣的門限設(shè)定進(jìn)行判斷。圖6描述了具有啁啾特性的發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)框圖。其中601為窄帶調(diào)頻器，用于產(chǎn)生單頻率的調(diào)頻信號(hào)。該窄帶角調(diào)信號(hào)經(jīng)過602倍頻、乘法器可以得到相應(yīng)的寬頻調(diào)制信號(hào)，通過帶通濾波器603向外發(fā)送。輸入信號(hào)的另一個(gè)分支經(jīng)過分路器，送至積分器，將脈沖發(fā)送周期內(nèi)的脈沖信號(hào)的能量進(jìn)行積分運(yùn)算604，并通過該累計(jì)能量控制VCO(VoltageControlledOscillator,簡(jiǎn)稱壓控振蕩器)605的振蕩頻率，為了保障VCO在中心頻率的穩(wěn)定性，還可以引入分頻器確保VCO的準(zhǔn)確度與晶振一致。采用不同的策略可以實(shí)現(xiàn)VCO的中心頻率穩(wěn)定性，該策略不構(gòu)成對(duì)于本發(fā)明的限制。VCO產(chǎn)生的信號(hào)直接作用于本地的本振頻率，從而實(shí)現(xiàn)倍頻信號(hào)的上/下變頻，將發(fā)射信號(hào)的頻譜搬移到所需要的載頻上去產(chǎn)生啁啾信號(hào)。對(duì)于窄帶角調(diào)信號(hào)輸入窄帶調(diào)頻器601后，=4cos(2tt//+,經(jīng)過倍頻器602后可以表示為W0=4cos(2;r""+，在完成和本振信號(hào)606的乘法操作后，該信號(hào)變換為W0=4cos(2r"y>±2;r"/￡。(>>+"^>))。而在接收端，首先經(jīng)過6010混頻器操作，再通過低通濾波器，取出相應(yīng)的基帶信號(hào)，得到該發(fā)射信號(hào)波形。對(duì)于部分的旁瓣信號(hào)賦予新的權(quán)值6011后，進(jìn)行相干監(jiān)測(cè)操作608，并完成A/D變換(AnalogtoDigitalConversion,簡(jiǎn)稱模擬數(shù)字變換)，最后通過傅立葉分析工具計(jì)算出各個(gè)頻率分量的大小。接收到的信號(hào)為^)=^一，[(&+》—^U'其中B為信號(hào)帶寬，R為目標(biāo)所在距離，f0為啁啾初始頻率，可以通過對(duì)瞬時(shí)相位的微分計(jì)算出在時(shí)刻t的瞬時(shí)頻率為2RB/ct'。于是，R=fct'/2B，從而可以通過FFT(FastFourierTransform,簡(jiǎn)稱快速傅里葉變換)計(jì)算出回波信號(hào)的各個(gè)頻率分量，從而得到相應(yīng)的目標(biāo)距離信息。在進(jìn)行接收信號(hào)解調(diào)時(shí)，可以通過微分器，F(xiàn)M/AM變換(FrequencyModulationtoAmplitudeModulation,簡(jiǎn)稱調(diào)頻調(diào)幅變換)，所產(chǎn)生的調(diào)幅調(diào)頻信號(hào)的幅度和調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率成正比，之后可以通過調(diào)幅解調(diào)器進(jìn)行包括探測(cè)，從而恢復(fù)出信號(hào)。也可以利用調(diào)頻負(fù)反饋解調(diào)方案，進(jìn)一步縮小輸入鑒頻器的信號(hào)調(diào)制指數(shù)。或者直接使用鎖相環(huán)，借助相位比較器(乘法器+低通濾波器)擴(kuò)展門限，不同的解調(diào)方式不構(gòu)成對(duì)于本發(fā)明的限制。當(dāng)探測(cè)目標(biāo)為多個(gè)散射體組成時(shí)，經(jīng)過低通濾波器處理后的信號(hào)可以表示為々)=|;4cos{^[(^+/QOc-，經(jīng)過FFT變換后可以得到各個(gè)頻率的分布規(guī)律，F(xiàn)FT的規(guī)模大小將直接決定解析的精度，對(duì)于距離為AR的兩個(gè)散射體，其對(duì)應(yīng)的最小頻率間隔為2BAR/C，而對(duì)于N點(diǎn)的FFT，其計(jì)算頻率范圍限定在[-，,+，]范圍之內(nèi),22考慮散射點(diǎn)的最大距離R^和最小距離Rmin，所能解析的最小頻率精度達(dá)到Af后，其FFT的計(jì)算規(guī)模應(yīng)當(dāng)滿足下述關(guān)系w:。兩波形時(shí)域巻積的頻譜等于這兩個(gè)信號(hào)頻譜的乘積。如果一個(gè)相關(guān)處理器有M個(gè)距離采樣值，那么FFT的采樣數(shù)必須等于M加上參考波形的采樣數(shù)。在參考波形的快速傅里葉變換中要填入M個(gè)零。為了延長(zhǎng)作用距離，必須重復(fù)進(jìn)行相關(guān)處理，并且相鄰的處理要延遲M個(gè)采樣距離。這些相關(guān)處理器能用于任何波形，并且能對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行多普勒偏置從而實(shí)現(xiàn)該多普勒的匹配濾波。圖7示意性示出了引入啁啾后的模糊圖樣。由于較高的PRF脈沖重復(fù)頻率會(huì)導(dǎo)致距離測(cè)量方面的不準(zhǔn)確性，而較低PRF脈沖重復(fù)頻率又會(huì)使得多普勒頻移的測(cè)量不夠準(zhǔn)確。雷達(dá)波形的產(chǎn)生和匹配濾波都經(jīng)常采用數(shù)字技術(shù)。數(shù)字信號(hào)發(fā)生器使用一個(gè)預(yù)定義的相位時(shí)間關(guān)系表來(lái)控制信號(hào)的產(chǎn)生。關(guān)系表可存于存儲(chǔ)器內(nèi)或使用適當(dāng)?shù)某?shù)通過數(shù)字計(jì)算產(chǎn)生。數(shù)字相關(guān)器可實(shí)現(xiàn)任意波形的匹配濾波，或采用展寬線性調(diào)頻波形來(lái)實(shí)現(xiàn)匹配濾波。展寬處理再加上倍頻處理會(huì)進(jìn)一步限制帶寬。數(shù)字匹配濾波通常需要多路相互重疊的處理單元，從而覆蓋整個(gè)作用距離。圖中所示橢圓為引入啁啾后的模糊圖樣，可以看出通過啁啾可以使得時(shí)-頻二維空間的模糊圖樣分布的發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而改變時(shí)間域和頻率域定位精度。陰影部分表示兩個(gè)散射體的模糊圖樣的重疊部分，在接收時(shí)會(huì)發(fā)生誤判操作。虛線部分表示調(diào)整后的目標(biāo)解析度，可以看出通過模糊圖樣的旋轉(zhuǎn)能夠任意調(diào)節(jié)時(shí)間域和頻率的精度，當(dāng)然所能確定的精度的極限值為對(duì)應(yīng)脈沖寬度的時(shí)域和頻域解析度的最小值。于是，可以通過脈沖壓縮技術(shù)或者脈沖展寬技術(shù)來(lái)減小或者擴(kuò)大脈沖的寬度，從而將某個(gè)維度的解析度調(diào)至很高，通過啁啾旋轉(zhuǎn)模糊圖樣，從而達(dá)到兩個(gè)維度的高解析。假定模糊圖樣旋轉(zhuǎn)的角度為9，旋轉(zhuǎn)前和旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)分別為(x，y)和(x'，y')。用極坐標(biāo)表示為x=pC0S(Ky=PsincK其中^二tan-乂Z)為位置向量所對(duì)應(yīng)的極坐標(biāo)角度。在旋轉(zhuǎn)e后，新坐標(biāo)系下的位置可以表示為x'=Pcos(小+e)，y'[x'=pcos^cosP-psin^sinS=yosin^cose+pcos^sin^Psin(小+e)。展開得到，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>用矩陣的形式可以表示為，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>，對(duì)于經(jīng)過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)后的橢圓倡定其半長(zhǎng)軸為a，半短軸為b，于是兩個(gè)在時(shí)間域相距為At的散射點(diǎn)為，9(xcos0+ysine)2+(_ycose-xsin^)2—丄聯(lián)立可以解出相交線的軌跡為，_2(a2sin20-62cos26>)x+A"Z2cos2+a2sin26>)O2+62)sin20可以看出，其斜率和散射體的位置無(wú)關(guān)，而上下偏移量直接和散射體的位置相關(guān)。將上式代入橢圓模糊函數(shù)，可以計(jì)算出香蕉點(diǎn)的位置，用(tl，fl)，(t2，f2)表示，于是則頻率解析度可以表示為/=gO)=f2Mf2M令兩個(gè)模糊圖樣的解析表達(dá)式為fl(t)和f2(t)，于是錯(cuò)誤圖樣比率為陰影部分占整體面積的比例，r"1……、…w~"，其中，u(f)為頻率域的階躍函數(shù)。而誤判概率可以計(jì)算為，Pe=P(t》p(f<g(t)|t》+p(t2)p(f>g(t)It》，該概率不僅和模糊圖樣的形狀相關(guān)，而且和散射點(diǎn)的位置密切相關(guān)。因此，在進(jìn)行脈沖壓縮或者脈沖展寬時(shí)，需要綜合考慮當(dāng)前環(huán)境下的散射體的概率分布密度，從而優(yōu)化模糊圖樣的分布。圖8描述了具有N脈沖啁啾序列的快速模糊圖樣分析算法。對(duì)于啁啾基帶信號(hào)為Sb(t)=T'-1/2Rect(t/T')eJ'"t類型的N脈沖序列，脈沖重復(fù)周期為T，則歸一化脈沖1W-2序列可以表示為w)=jy一根據(jù)模糊函數(shù)的定義，有于是，義、""iV^^L6為了簡(jiǎn)化，將t'-iT變換為新的變量t，可得，力)=^Ze何^ii》(r-(,—y)r;/》W,=0/=。sin(>zT'Or+/J(l—;))其中，^0";/》=一4(1--^"為引入啁啾后的單脈沖模糊;rr'Or+/》(l-;)圖樣。從圖8可以看出，(i，j)對(duì)應(yīng)于二維圖像中的某一點(diǎn)，令q二i-j，于是，該二維平面上的求和，可以轉(zhuǎn)換為斜線曲率的掃描下的求和方式。對(duì)于q<0，有i<j，結(jié)合i-j=q得到10<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>，于是N+|q|，j=N-l對(duì)于q〉0，有i>j，可以得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>代入模糊圖樣的表達(dá)式，可以計(jì)算出，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>經(jīng)過代入化簡(jiǎn)后可得，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>可以計(jì)算出，Z27r=e<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>根據(jù)q的正負(fù)號(hào)可以將上述正負(fù)移位部分的各模糊圖樣進(jìn)行合并可以得到啁啾序列的快速脈沖計(jì)算表達(dá)式，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>代入可以計(jì)算出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>從二維求和空間降低到一維計(jì)算，減小了計(jì)算的復(fù)雜度。圖9描述了啁啾信號(hào)的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)門限調(diào)節(jié)流程。通常測(cè)量的信號(hào)包括多個(gè)不同目標(biāo)的散射回波信號(hào)，對(duì)于經(jīng)過反射后的接收通道處理器后，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析與計(jì)算，并根據(jù)當(dāng)前的計(jì)算結(jié)果，確定探測(cè)信號(hào)的參數(shù)，從而達(dá)到更好的定位時(shí)間精度和頻率精度。在步驟S901，對(duì)系統(tǒng)完成初始化，根據(jù)系統(tǒng)配置的初始參量發(fā)送經(jīng)過調(diào)制后的脈沖探測(cè)序列。經(jīng)過信號(hào)處理后，在步驟S902檢查收到的回波信號(hào)，確定該信號(hào)內(nèi)是否存在模糊點(diǎn)。所謂模糊點(diǎn)，是指對(duì)于兩個(gè)相隔很近的散射體所發(fā)送的回波信號(hào)重疊在一起的情況，當(dāng)然，前提是兩個(gè)散射體之間相距的距離滿足在最小精度范圍之內(nèi)。對(duì)于過于緊湊的兩個(gè)散射體，是無(wú)法準(zhǔn)確、有效地確定是否存在模糊點(diǎn)，也即在當(dāng)前的探測(cè)頻率下無(wú)法進(jìn)行精確區(qū)分。如果步驟S902的結(jié)果為是，則進(jìn)入步驟S903，否則進(jìn)入步驟S906;在步驟S903，根據(jù)當(dāng)前的模糊狀況，確定是在時(shí)間分辨率上發(fā)生模糊還是在頻率分辨率上發(fā)生模糊，根據(jù)需要調(diào)節(jié)脈沖的寬度。對(duì)于時(shí)間分辨率的模糊，則通過減小脈沖寬度，或者脈沖編碼的方式進(jìn)行脈沖壓縮。所用脈沖壓縮的技術(shù)可以采用相關(guān)處理器，也可以采用延伸處理器，不同的脈沖寬度壓縮方法不構(gòu)成對(duì)于本發(fā)明的限制。對(duì)于頻率分辨率的模糊，則進(jìn)行脈沖展寬操作；在步驟S904，確定經(jīng)過脈沖調(diào)整后，目標(biāo)所反射的回波信號(hào)是否出于可解析的范圍之內(nèi)，如果步驟S904的結(jié)果為是，則進(jìn)入步驟S906。否則進(jìn)入步驟S905;在步驟S905，此時(shí)尚未能夠達(dá)到雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)于目標(biāo)定位的無(wú)模糊要求。需要確定當(dāng)前所調(diào)整的脈寬是否已經(jīng)達(dá)到器件限制下的脈寬極限，如果步驟S905的結(jié)果為是，則進(jìn)入步驟S907。否則返回步驟S903，繼續(xù)調(diào)節(jié)脈寬大??；在步驟S906，經(jīng)過調(diào)節(jié)已經(jīng)符合定位的精度或者已經(jīng)達(dá)到系統(tǒng)的最大分辨能力，終止調(diào)節(jié)過程；在步驟S907，此時(shí)已經(jīng)達(dá)到系統(tǒng)所能達(dá)到的脈寬極限，無(wú)法再通過脈寬調(diào)節(jié)的方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高分辨能力。通過在發(fā)射端，對(duì)于系統(tǒng)引入啁啾，旋轉(zhuǎn)脈沖的模糊圖樣，減小模糊分辨的重疊區(qū)域；在步驟S908，確定步驟S907作用后，是否已經(jīng)達(dá)到最小的判定距離。該距離取決于脈沖寬度，以及所加啁啾量大小。如果步驟S908的結(jié)果為是，則進(jìn)入步驟S909。否則進(jìn)入步驟S907;在步驟S909，此時(shí)系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到模糊分辨的理論極限值，只能夠通過在接收端的門限設(shè)定調(diào)整來(lái)減小系統(tǒng)的誤判概率。雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改。權(quán)利要求一種具有啁啾特性的高精度動(dòng)態(tài)門限目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于包括以下內(nèi)容時(shí)間分辨力和頻率分辨力的綜合評(píng)定方式；具有啁啾特性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；多目標(biāo)下基于模糊圖樣的門限確定方法；啁啾脈沖序列的模糊圖樣快速分析方法；自適應(yīng)動(dòng)態(tài)門限調(diào)節(jié)流程；2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有啁啾特性的高精度動(dòng)態(tài)門限目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述時(shí)間分辨力和頻率分辨力的綜合評(píng)定方式，具體包括基于脈寬調(diào)整策略的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)自適應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)；基于菲涅耳積分的頻譜分析方法；模糊誤判最佳門限的微分確定方法；未完3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有啁啾特性的高精度動(dòng)態(tài)門限目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述具有啁啾特性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具體包括窄帶角調(diào)信號(hào)作為信號(hào)源產(chǎn)生調(diào)頻脈沖信號(hào)；VCO以及本振信號(hào)源聯(lián)合作用下產(chǎn)生啁啾脈沖序列；接收端的FFT規(guī)模下限確定方法；4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有啁啾特性的高精度動(dòng)態(tài)門限目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述多目標(biāo)下基于模糊圖樣的門限確定方法，具體包括時(shí)_頻二維空間模糊圖樣的旋轉(zhuǎn)分析；旋轉(zhuǎn)模糊圖樣的誤差限確定；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有啁啾特性的高精度動(dòng)態(tài)門限目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述啁啾脈沖序列的模糊圖樣快速分析方法，具體包括對(duì)于二維空間的累加求和項(xiàng)通過q二i-j變換轉(zhuǎn)換為一維的求和方式得到啁啾序列的模糊圖樣為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>模糊圖樣論跡交線為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>用于體定界；6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有啁啾特性的高精度動(dòng)態(tài)門限目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述自適應(yīng)動(dòng)態(tài)門限調(diào)節(jié)流程，具體包括脈沖寬度調(diào)節(jié)方式減小在某一測(cè)量維度的模糊；通過旋轉(zhuǎn)模糊圖樣進(jìn)一步補(bǔ)償脈寬調(diào)節(jié)后的不平衡性；打到測(cè)量極限后的動(dòng)態(tài)門限調(diào)節(jié)功能。全文摘要本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種具有啁啾特性的高精度動(dòng)態(tài)門限目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明實(shí)施例方法包括時(shí)間分辨力和頻率分辨力的綜合評(píng)定方式；具有啁啾特性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；多目標(biāo)下基于模糊圖樣的門限確定方法；啁啾脈沖序列的模糊圖樣快速分析方法；自適應(yīng)動(dòng)態(tài)門限調(diào)節(jié)流程。根據(jù)本發(fā)明的方法，通過在發(fā)射脈沖信號(hào)中引入啁啾，借助壓控振蕩器調(diào)整本振信號(hào)源的頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于模糊圖樣的旋轉(zhuǎn)，完成時(shí)-頻域復(fù)雜的定位精度調(diào)整。在接收端，根據(jù)頻域信號(hào)的分析，確定目標(biāo)之間的模糊程度，并通過脈寬調(diào)整的方式縮小分辨模糊程度。再根據(jù)系統(tǒng)的需求，旋轉(zhuǎn)模糊圖樣，完成時(shí)-頻域的優(yōu)化。對(duì)于目標(biāo)模糊圖樣的重疊部分通過極坐標(biāo)的變換方式，能夠得到相鄰的誤差判定界限，并對(duì)于具有啁啾特性的脈沖序列的模糊圖樣計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化，使其具有實(shí)用的可能。本發(fā)明采用動(dòng)態(tài)調(diào)整的方式實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)優(yōu)化，反饋回路信號(hào)易于獲得，具有成本較低等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)的高精度雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)。文檔編號(hào)G01S13/53GK101793960SQ20091023668公開日2010年8月4日申請(qǐng)日期2009年10月27日優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日發(fā)明者張杰,李彬,羅沛,顧畹儀,黃善國(guó)申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)