本發(fā)明涉及超寬帶成像雷達領(lǐng)域，具體涉及一種使得所有距離向處回波SNR(Signal Noise Ratio，信噪比)得到提高并保持一致的超寬帶雷達等效采樣方法。

背景技術(shù)：

超寬帶脈沖具有穿透性好、分辨率高、多徑雜波抑制能力強等優(yōu)點，在成像雷達中具有廣泛的應(yīng)用。然而，為了采樣接收超寬帶脈沖回波信號、并在雷達探測距離范圍內(nèi)獲得高質(zhì)量的圖像，主要面臨兩個難點：

一、超寬帶脈沖回波的采樣接收

超寬帶脈沖是無載波的時域窄脈沖信號，其頻譜范圍很寬，若對其進行實時采樣，過高的采樣頻率將使得工程實現(xiàn)難度和成本都很高。因此當(dāng)前在超寬帶雷達系統(tǒng)中等效時間采樣方法得到普遍使用，極大地降低了超寬帶脈沖信號的采樣難度和實現(xiàn)成本。

等效時間采樣簡稱等效采樣，是指對周期性信號的多個周期進行慢速連續(xù)采樣，然后將這些低采樣率的樣本按照與觸發(fā)信號的時間關(guān)系進行重組以獲得一個周期的高速采樣，從而真實重構(gòu)出原始信號波形的采樣方法。作為等效采樣的種類之一，順序等效采樣是指其每次采樣都由某一觸發(fā)信號來啟動，一旦檢測到觸發(fā)信號，采樣器會在一個短時間窗內(nèi)完成采樣，當(dāng)下一次觸發(fā)信號到來時，系統(tǒng)會給采樣微小的延時增量，之后再進行另一次采樣，如此重復(fù)多次，后續(xù)的采樣點均比前一次采樣點有一個微小的時延增量，直至遍歷整個采樣時間窗，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后將采集點按照順序進行組合即可重構(gòu)出信號波形，原理示意圖如圖1所示。圖1中曲線代表雷達脈沖回波波形。

二、脈沖回波信號SNR的改善

為了在雷達探測距離范圍內(nèi)獲得高質(zhì)量的圖像，需要改善所有距離向處回波信號的SNR。由文獻“丁鷺飛，耿富錄編著，雷達原理，西安電子科技大學(xué)出版社，2002，pp.128-132”可知，通常采用的處理方式是對一定時間范圍內(nèi)的多個脈沖回波進行相加積累，使得SNR的改善達到原來的M倍，其中M為積累脈沖的個數(shù)。然而這種常規(guī)脈沖積累方法會導(dǎo)致近距離目標回波SNR高，而遠距離SNR低，無法補償信號傳播損失，從而當(dāng)雷達接收機動態(tài)范圍有限時，遠距離目標回波質(zhì)量很差，無法保證雷達在所有探測距離范圍內(nèi)的成像質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種提高目標信噪比的超寬帶雷達等效采樣方法，該方法解決了現(xiàn)有用于提高雷達目標SNR方法中存在的當(dāng)雷達接收機動態(tài)范圍有限時，遠距離目標回波質(zhì)量很差，無法保證雷達在所有探測距離范圍內(nèi)的成像質(zhì)量技術(shù)問題。

針對常規(guī)脈沖積累方法存在的不足，本發(fā)明提供的方法結(jié)合順序等效采樣方法，基于目標距離對脈沖回波積累數(shù)進行配置，并在順序等效采樣過程中實現(xiàn)脈沖積累以提高SNR，從而使得給定目標在所有距離向處的SNR近似相同，達到補償信號傳播損失的目的。保證了雷達在所有探測距離范圍內(nèi)的成像質(zhì)量。

本發(fā)明提供了一種提高目標信噪比的超寬帶雷達等效采樣方法，包括以下步驟：

步驟S100：從距離向處第一個數(shù)字樣本的采樣時刻t_acq起對M₁個連續(xù)周期回波進行采樣，并對得到的M₁個采樣點s₁進行累加；

步驟S200，繼續(xù)對從采樣時刻t_acq起，經(jīng)過延時△t后的采樣時刻t_acq+(n-1)△t進行M_n個連續(xù)周期回波采樣，并對得到的M_n個采樣點s_n進行累加，且在M_n個連續(xù)周期時間內(nèi)，運動目標處在一個雷達距離單元內(nèi)；

步驟S300，令n＝n+1并重復(fù)步驟S200直至雷達探測范圍內(nèi)樣本采樣結(jié)束后，得到N+1個累加后的采樣點。

進一步地，其中，R_min為雷達最小探測距離，c為光速。

進一步地，步驟S200還包括以下步驟：

步驟S210：對M_n進行判斷，如果則執(zhí)行步驟S300；如果不成立，則令后執(zhí)行步驟S300。

進一步地，所述延時其中，f₀為超寬帶脈沖信號中心頻率。

相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)效果：

本發(fā)明提供的提高目標信噪比的超寬帶雷達等效采樣方法，在順序等效采樣過程中對不同距離向處的回波進行不同脈沖數(shù)目的積累，而后重構(gòu)出一個周期的信號波形，使得所有距離向處的目標SNR得到提高并保持一致，達到補償信號傳播損失的目的。從而提高了雷達在所有探測距離范圍內(nèi)的成像質(zhì)量。

具體請參考根據(jù)本發(fā)明的浮球平臺載體姿態(tài)測量方法提出的各種實施例的如下描述，將使得本發(fā)明的上述和其他方面顯而易見。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中所用順序等效采樣方法示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的提高目標信噪比的超寬帶雷達等效采樣方法示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的提高目標信噪比的超寬帶雷達等效采樣方法流程示意圖；

圖4是本發(fā)明優(yōu)選實施例中提高目標信噪比的超寬帶雷達等效采樣方法流程示意圖；

圖5是對比例中所用常規(guī)脈沖積累方法的脈沖積累數(shù)；

圖6是對比例中采用常規(guī)脈沖積累方法后得到的信噪比；

圖7是本發(fā)明優(yōu)選實施例的所得脈沖積累數(shù)；

圖8是本發(fā)明優(yōu)選實施例的所得信噪比。

具體實施方式

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。

本發(fā)明提供的提高目標信噪比的超寬帶雷達等效采樣方法示意圖如圖2所示，在順序等效采樣過程中對不同距離向處的回波進行不同脈沖數(shù)目的積累，而后重構(gòu)出一個周期的信號波形，使得所有距離向處的目標SNR得到提高并保持一致。

本發(fā)明提供的提高目標信噪比的超寬帶雷達等效采樣方法流程圖如圖3所示，包括以下步驟：

步驟S100，從采樣時刻t_acq起對M₁個連續(xù)周期回波進行采樣，并對得到的M₁個采樣點s₁進行累加；

t_acq表示距離向處第一個數(shù)字樣本的采樣時刻，由雷達最小探測距離R_min決定：

其中c表示光速。

由雷達方程(所用雷達方程式參見文獻“丁鷺飛，耿富錄編著，雷達原理，西安電子科技大學(xué)出版社，2002，pp.128-132”)可知，對于自由空間中的某給定目標來說，其SNRρ定義為目標回波功率與噪聲功率的比值，與1/R⁴成正比，即：

其中，R表示雷達到目標的距離，A表示與雷達系統(tǒng)、噪聲溫度、給定目標的散射截面積等參數(shù)有關(guān)的常量。

因此，對采樣點s₁來說，由式(2)可知，其SNRρ₁為：

為了獲得期望的SNRρ′₁，需經(jīng)過M₁個采樣點的累加，則：

步驟S200，繼續(xù)對從采樣時刻t_acq起，經(jīng)過延時△t后的采樣時刻t_acq+(n-1)△t進行M_n個連續(xù)周期回波采樣，并對得到的M_n個采樣點s_n進行累加。

n表示距離向處的采樣點序號，且n＝2,3,…,N+1。N表示距離向處采樣點的總數(shù)，由雷達探測范圍R_w決定，且：

延時△t表示順序等效采樣的時間間隔，且△t＝1/f_se，其中f_se表示順序等效采樣的采樣率。

優(yōu)選的，為了滿足奈奎斯特采樣定理要求且為做到足夠的波形保真，一般要求采樣頻率是超寬帶脈沖信號中心頻率f₀的10倍左右，如文獻“費元春，超寬帶雷達理論與技術(shù)，國防工業(yè)出版社，2010，pp.45-46”所述。因此本發(fā)明中△t設(shè)計為即可滿足要求。

對于采樣時刻t_acq+(n-1)△t獲取的M_n個采樣點s_n來說，此時對應(yīng)的雷達探測距離R_n為：

積累后的SNRρ′_n為積累前的SNRρ_n的M_n倍：

為了在所有距離向處得到一致的目標SNR，即令ρ′_n＝ρ′₁，則結(jié)合式(3)、式(4)和式(7)可推導(dǎo)得到：

在實際應(yīng)用過程中，如果M_n不是整數(shù)，需對M_n做四舍五入處理。

需要說明的是，M_n需要滿足以下條件：在M_n個連續(xù)周期時間內(nèi)，運動目標應(yīng)處在一個雷達距離單元內(nèi)，即：

其中v表示運動目標速度，T表示雷達脈沖重復(fù)周期，σ表示雷達距離單元。

步驟300，令n＝n+1并重復(fù)步驟S200直至雷達探測范圍內(nèi)樣本采樣結(jié)束。

之后將N+1個累加后的采樣點按照順序進行組合即可重構(gòu)出一個周期的信號波形。

此處所用組合重構(gòu)周期信號波形的方法為現(xiàn)有方法。

以下結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明提供方法進行詳細說明。

假設(shè)某超寬帶成像雷達采用的超寬帶脈沖的中心頻率f₀為2GHz，脈沖重復(fù)周期T為1us，雷達分辨率σ為0.2m，測距范圍R_w為30m，雷達最小探測距離R_min為3m，運動目標速度v為1m/s，參見圖4，具體實施步驟如下：

步驟S100，在距離向處第一個數(shù)字樣本的采樣時刻t_acq對M₁個連續(xù)周期回波進行采樣，并對得到的M₁個采樣點s₁進行累加。假設(shè)經(jīng)過積累目標回波SNR得到10倍的改善，即M₁＝10，且

步驟S200，將前一個采樣時刻進行延時后，在采樣時刻t_acq+(n-1)△t對M_n個連續(xù)周期回波進行采樣，并對得到的M_n個采樣點s_n進行累加。其中n＝2,3,…,N+1，且

步驟S210：利用式(9)對式(8)所示的M_n進行判斷，如果成立，則執(zhí)行步驟S300；如果不成立，則令后執(zhí)行步驟S300。

步驟S300：令n＝n+1，并對所得n值進行判斷，如果n＝N+1，則采樣結(jié)束。如果n≠N+1，則執(zhí)行步驟S200。

之后將N+1個累加后的采樣點。按照順序進行組合即可重構(gòu)出一個周期的信號波形。此處所用波形重構(gòu)方法是現(xiàn)有常用方法。

圖5、圖6為按背景技術(shù)部分中提到的常規(guī)脈沖積累方法對同一樣本進行處理，所得積累脈沖數(shù)和所有距離向處的目標SNR；圖7、圖8為采用本發(fā)明提供采樣方法得到的積累脈沖數(shù)和所有距離向處的目標SNR。顯然，常規(guī)脈沖積累方法在所有距離向處積累的脈沖數(shù)相同，導(dǎo)致近距離目標回波SNR高，而遠距離SNR低，無法補償信號傳播過程中造成的損失；而本發(fā)明提供方法如式(8)所示的公式M_n即表示第n個樣本點(不同的樣本點對應(yīng)于不同的距離向)需要積累的脈沖數(shù)，顯然n不同，積累的脈沖數(shù)目M_n就不同，從而實現(xiàn)對不同距離向處的回波進行不同脈沖數(shù)目的積累，使得所有距離向處的目標SNR得到提高并保持一致，達到補償信號傳播損失的目的。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚本發(fā)明的范圍不限制于以上討論的示例，有可能對其進行若干改變和修改，而不脫離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍。盡管己經(jīng)在附圖和說明書中詳細圖示和描述了本發(fā)明，但這樣的說明和描述僅是說明或示意性的，而非限制性的。本發(fā)明并不限于所公開的實施例。

通過對附圖，說明書和權(quán)利要求書的研究，在實施本發(fā)明時本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解和實現(xiàn)所公開的實施例的變形。在權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”不排除其他步驟或元素，而不定冠詞“一個”或“一種”不排除多個。在彼此不同的從屬權(quán)利要求中引用的某些措施的事實不意味著這些措施的組合不能被有利地使用。權(quán)利要求書中的任何參考標記不構(gòu)成對本發(fā)明的范圍的限制。