本發(fā)明涉及擴展高重頻脈沖雷達測距范圍的波形設計方法，屬于雷達信號設計與處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

脈沖體制雷達的距離折疊問題一直以來是pd雷達關(guān)注的重要問題。脈沖-多普勒體制雷達的距離模糊和速度模糊問題是一對固有的矛盾，延長信號周期可以擴大距離探測范圍，但同時也會使測速范圍縮小進而導致速度模糊。雷達對目標進行探測時，遠距離的折疊回波經(jīng)距離折疊進入檢測區(qū)域，淹沒檢測區(qū)域的目標，造成目標檢測困難。這種模糊現(xiàn)象在高重頻脈沖雷達中更為明顯。高重頻信號具有大的平均功率，能夠增大雷達的作用范圍。同時高重頻脈沖雷達具有大的無模糊測速能力，但高的脈沖重復頻率在獲得以上優(yōu)越性能的同時也會帶來高的測距模糊；當減小脈沖重復頻率時，雷達在增大無模糊測距范圍的同時，會帶來占空比和平均功率減小的問題。

解決折疊回波問題的波形設計的思路是對發(fā)射信號的脈沖進行標記以在回波處理中解模糊，這種標記的方法可以采用脈間頻率編碼、相位編碼等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決高重頻脈沖雷達由脈沖周期重復引起的距離模糊的問題，以及避免在無模糊測距范圍增大的同時占空比和平均功率下降的問題，而提出一種高重頻脈沖雷達擴展測距范圍的波形設計方法。

本發(fā)明的目的是距離高度模糊情況下，設計一種脈內(nèi)調(diào)頻脈間調(diào)相信號通過參數(shù)設計和信號處理方法，將不同距離折疊回波在多普勒維進行分離，從而擴大無模糊測距范圍。該方法主要針對高重頻脈沖雷達距離模糊問題，根據(jù)探測環(huán)境的目標速度范圍和高重頻脈沖雷達測速范圍，考慮將速度探測區(qū)間分成若干部分，設計脈沖波形參數(shù)，使遠距離擴展雜波在多普勒譜上搬移到不同區(qū)域，并使不同折疊次數(shù)回波的多普勒測量范圍不重疊，從而做到將折疊回波在多普勒維進行分離。這種波形設計方法，可以靈活設計參數(shù)在特定情況下提高無模糊測距范圍，又能保持高占空比和平均功率?？梢愿鶕?jù)目標速度范圍，靈活調(diào)整脈間調(diào)相因子，使不同折疊次數(shù)的回波在多普勒域分離開，進而調(diào)整測距和測速范圍。

一種高重頻脈沖雷達擴展測距范圍的波形設計方法包括以下步驟：

步驟一：根據(jù)雷達探測環(huán)境中目標最大速度為v1和高重頻脈沖信號的最大探測速度v，確定脈間調(diào)相因子α，以及確定速度范圍與目標真實速度和距離折疊次數(shù)的對應關(guān)系；

步驟二：根據(jù)步驟一確定的參數(shù)α，對線性調(diào)頻脈沖信號進行脈間相位調(diào)制，得到脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號；

步驟三：雷達發(fā)射脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號，對接收到的目標反射的回波進行距離處理，得到目標的視在距離；

步驟四：對步驟三得到的距離處理結(jié)果，進行脈間多普勒處理，并根據(jù)速度結(jié)果解距離模糊得到目標真實距離。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明方法在保證高的占空比和平均功率的同時解決高重頻雷達的距離模糊問題。高重頻的一個重要優(yōu)勢是能夠為脈沖雷達提供無模糊測速能力。當檢測環(huán)境中目標最大速度遠小于高重頻雷達的最大測速范圍時，可通過采用脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制信號通過靈活設置脈間調(diào)相因子，在多普勒維解距離模糊，進而擴大雷達的無模糊測距范圍。同時又能保持高的占空比和平均功率。

本發(fā)明波形設計方法得到的脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制信號的無模糊測距范圍比相同脈沖重復頻率的線性調(diào)頻脈沖信號增大m倍，無模糊測速范圍縮小為1/m，占空比和平均功率相同。值得注意的是，雖然無模糊測速范圍減小，但是當前探測環(huán)境中目標最大速度僅為無模糊測速范圍的1/m，即測速范圍的減少并不影響雷達對當前環(huán)境中目標的檢測，m由探測環(huán)境中目標最大速度和信號最大無模糊測速范圍決定?？梢造`活設計參數(shù)在特定情況下提高無模糊測距范圍，又能保持高占空比和平均功率。本發(fā)明得到的脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制信號和與它具有同樣測距測速范圍的線性調(diào)頻脈沖信號相比具有更大的占空比和平均功率，是后者的m倍。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所設計信號示意圖，圖中b為線性調(diào)頻脈沖信號的帶寬，f為信號頻率，為線性調(diào)頻脈沖的相位編碼值：

圖2為折疊回波與發(fā)射信號示意圖，τd為回波時間延遲；

圖3為雷達回波的多普勒處理結(jié)果，其中包含位于不同距離折疊范圍擁有最大可檢測速度的目標；

圖4為線性調(diào)頻脈沖仿真實驗結(jié)果圖；

圖5為本發(fā)明所設計信號仿真實驗結(jié)果圖。

具體實施方式

具體實施方式一：一種高重頻脈沖雷達擴展測距范圍的波形設計方法按照以下步驟實施：

高重頻脈沖信號能實現(xiàn)很大的無模糊測速范圍，設為：0～v，假設當前探測情況下目標最大速度為v1，且v1＜v，多普勒探測范圍有部分浪費。這時采用脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間調(diào)相脈沖信號，根據(jù)速度關(guān)系進行參數(shù)設計，使不同折疊距離回波的多普勒頻率搬移到不同區(qū)域，在多普勒維對不同折疊距離的回波進行分離。

脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號的處理過程與線性調(diào)頻信號處理過程基本一致。脈內(nèi)進行相關(guān)處理得到距離信息，脈間多普勒處理得到速度信息，最后根據(jù)處理結(jié)果進行解模糊計算。

步驟一：根據(jù)目標最大速度為v1和高重頻脈沖信號的最大探測速度v，確定脈間調(diào)相因子α；

步驟二：根據(jù)步驟一確定的參數(shù)α，對線性調(diào)頻脈沖信號進行脈間相位調(diào)制，得到脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號；

步驟三：雷達發(fā)射脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號，對接收到的目標反射的回波進行距離相關(guān)處理，此結(jié)果為目標的視在距離；

步驟四：對步驟三得到的距離處理結(jié)果，進行脈間多普勒處理，并根據(jù)速度結(jié)果解距離模糊；根據(jù)處理得到的速度和步驟一確定的速度范圍與目標真實速度和距離折疊次數(shù)的對應關(guān)系，得到目標真實速度與距離折疊次數(shù)，結(jié)合步驟三得到的目標的視在距離，得到目標的真實距離；

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述步驟一中根據(jù)雷達探測環(huán)境中目標最大速度為v1和高重頻脈沖信號的最大探測速度v，確定參數(shù)α，以及確定速度范圍與目標真實速度和距離折疊次數(shù)的對應關(guān)系的具體過程為：

設取m為小于m'的最大整數(shù)，取α＝1/m。

設目標最大速度是多普勒最大探測速度的1/m'，取m為小于m'的最大整數(shù)，因此可將多普勒范圍分為m部分，通過參數(shù)設計，使不同折疊次數(shù)的回波分別落入不同區(qū)域，進而無模糊測距范圍擴大了m倍。

無模糊距離范圍的目標回波的速度范圍為-v1～v1，距離折疊次數(shù)為m的目標回波對應的速度范圍是-v1+mαv～v1+mαv，由fft變換原理可知，多普勒頻率無模糊范圍為-fp/2～fp/2，當頻率為fp/2～fp時，將模糊至-fp/2～0部分，其中fp為脈沖重復頻率。所以折疊回波相對應的速度區(qū)間-v1+mαv～v1+mαv中，超過v小于2v-v1的部分將平移至-v～-v1部分，具體劃分方法見表2及圖3。為使折疊回波的多普勒頻率區(qū)間不產(chǎn)生混疊，該信號的最大可解距離折疊次數(shù)為m。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：所述步驟二中根據(jù)步驟一確定的α，對線性調(diào)頻脈沖信號進行脈間相位調(diào)制，得到脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號的具體過程為：

如圖1所示，本發(fā)明采用的信號是脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號，脈沖信號采用線性調(diào)頻脈沖，為解決脈沖周期重復引起的距離模糊問題，對脈沖信號之間進行二次相位調(diào)制，本發(fā)明采用信號形式如下：

其中n為相干積累周期內(nèi)調(diào)頻脈沖序號，n為相干積累周期數(shù)，k為調(diào)頻斜率，t為調(diào)頻周期，t為時間，tp為脈沖重復周期，f0為載頻。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：所述步驟三中雷達發(fā)射脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號，對接收到的目標反射的回波進行距離處理，得到目標的視在距離具體為：

將每個脈沖重復周期的目標回波用相應脈沖重復周期的發(fā)射脈沖的匹配濾波器進行濾波，得到距離處理結(jié)果，所述距離處理結(jié)果為目標的視在距離r0。

當目標回波為距離折疊回波時，進行上述處理時，距離處理之后的結(jié)果比無模糊回波的結(jié)果多一項相位項，此相位項會對多普勒處理結(jié)果產(chǎn)生影響。圖2所示為折疊1次回波示意圖。設回波距離折疊次數(shù)為m，經(jīng)過距離處理后，由脈間調(diào)相產(chǎn)生的相位偏差和頻移如下式所示：

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是：所述步驟四中對步驟三得到的距離處理結(jié)果，進行脈間多普勒處理，并根據(jù)速度結(jié)果解距離模糊得到目標真實距離的具體過程為：

對相參積累時間內(nèi)n個脈沖的同一個距離單元的數(shù)據(jù)做傅里葉變換，得到速度處理結(jié)果。將速度結(jié)果參照步驟1確定的速度范圍與目標真實速度和距離折疊次數(shù)的對應關(guān)系得到目標的真實速度和距離折疊次數(shù)m，結(jié)合步驟三得到的目標的視在距離r0，得到目標的真實距離rx，其中，c為光速。

脈間多普勒處理時，(3)式中第一項會使回波的多普勒頻率產(chǎn)生頻移，頻移量如式(4)，1/tp為多普勒測量范圍，可知頻移量相對于多普勒測量范圍的大小由脈間調(diào)相因子和折疊次數(shù)決定。當回波無距離模糊時，脈沖間的相位調(diào)制在距離處理過程中相互抵消，不會對速度處理結(jié)果產(chǎn)生影響。

步驟一中假設高重頻脈沖信號的最大探測速度v，當前探測情況下目標最大速度為v1，設為取m為小于m'的最大整數(shù)，設α＝1/m，則

其中，fsum為多普勒處理的多普勒頻率范圍大小。

由(5)式可知，第m次折疊回波的待檢測速度范圍的回波落入速度譜的-v1+mαv～v1+mαv區(qū)域，其中超過v小于2v-v1的部分將搬移至-v～-v1部分，不同折疊次數(shù)回波的多普勒頻率在信號處理之后不會產(chǎn)生混疊，由此可以根據(jù)回波的多普勒頻率確定目標的折疊次數(shù)。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至四之一相同。

由以上分析可知，不同折疊次數(shù)的回波的多普勒頻率會產(chǎn)生不同的搬移，為了能在多普勒維對模糊回波進行區(qū)分，要求折疊回波搬移后多普勒區(qū)域不發(fā)生重疊。顯然無模糊測速范圍相應地縮小，縮小倍數(shù)由最大探測折疊次數(shù)決定。通過參數(shù)設計，可以使各折疊距離內(nèi)一定速度范圍的回波在多普勒譜上不重疊，這樣可以在多普勒維進行距離折疊回波的分離，進而擴大無模糊測距范圍，雖然無模糊測速范圍減小，但因為高重頻無模糊測速范圍比當前檢測環(huán)境中目標的最大速度大很多，設置參數(shù)時可以保證目標最大速度可以被無模糊檢測即可。同時，脈沖信號仍能保持高的占空比和平均功率。

采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果：

實施例一：

信號參數(shù)如表1所示，高重頻雷達最大探測速度為3000m/s，設目標最大速度為：340m/s，根據(jù)參數(shù)可知無模糊測距范圍折疊次數(shù)為8，脈間調(diào)相因子為0.125，多普勒維區(qū)域與折疊次數(shù)的對應關(guān)系如表2和圖3所示，圖3為目標所在距離單元的多普勒處理結(jié)果，展示了每個折疊距離范圍內(nèi)擁有最大速度的目標的多普勒處理結(jié)果，說明了位于不同距離折疊范圍內(nèi)目標的多普勒速度將搬移至不同區(qū)間。仿真實驗中在不同距離折疊范圍內(nèi)設置5個目標，目標信息如表3所示。

表1信號參數(shù)設置

表2多普勒維區(qū)域與折疊次數(shù)對應關(guān)系

表3目標距離速度信息

由表3可知，目標1是無模糊距離內(nèi)目標，其它目標的距離分別經(jīng)1、3、5、6次折疊后模糊距離與目標1相同，且各目標具有相同的速度。若采用線性調(diào)頻脈沖信號進行探測，信號處理之后，所有目標將重合為一點，產(chǎn)生模糊，如附圖4。采用脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位調(diào)制脈沖信號處理結(jié)果如附圖5，結(jié)果顯示在距離維可以得到各目標的模糊距離信息，根據(jù)回波多普勒頻率落入的區(qū)間可以得到目標的折疊次數(shù)和速度信息，進而得到目標真實的距離速度信息。

本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。