本發(fā)明涉及雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，特別是一種脈內(nèi)雙頻退速度模糊和距離模糊方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

天氣雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)主要是對(duì)天氣回波進(jìn)行強(qiáng)度、徑向速度及譜寬估計(jì)處理，以獲取回波信號(hào)強(qiáng)度的風(fēng)場(chǎng)等信息。對(duì)于一固定脈沖重復(fù)頻率的雷達(dá)，其最大無模糊速度由(1)式來表示。

式中：

vmax：最大無模糊速度；

λ：雷達(dá)波長；

prf：雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率。

其最大無模糊距離由(2)式表示。

式中：

rmax：最大無模糊距離；

c：光速。

所以，其最大無模糊速度和最大無模糊距離的乘積為(3)式。

rmaxvmax＝±λc/4(3)

上式右邊為一常數(shù)，因此要獲得最大無模糊速度需要提高雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率，但提高雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率則會(huì)減少最大無模糊距離，有時(shí)將會(huì)存在速度覆蓋和距離覆蓋不能兼顧的矛盾。

為了解決這一矛盾，現(xiàn)有技術(shù)采用雙重復(fù)頻率(一般分為參差變比(aprf)和脈組變比(dprf)兩種方式)消除速度模糊；采用相位編碼方法消除距離模糊。但如果雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率較低或波長較小，采用雙重復(fù)頻率仍不能保證完全消除速度模糊；采用相位編碼法會(huì)導(dǎo)致回波信噪比惡化，對(duì)真實(shí)回波數(shù)據(jù)的恢復(fù)依然有較大影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種一種脈內(nèi)雙頻退速度模糊和距離模糊方法及系統(tǒng)，能夠同時(shí)解決天氣雷達(dá)應(yīng)用中速度模糊和距離模糊的問題，為了同時(shí)解決距離模糊和速度模糊的矛盾，采用脈內(nèi)發(fā)射雙頻數(shù)字波形，數(shù)字波形產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)在脈內(nèi)采用不同的頻率，數(shù)字接收通道通過不同的數(shù)字濾波器進(jìn)行分離，分離后的脈內(nèi)雙頻回波信號(hào)輸出至多普勒信號(hào)處理單元進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)同時(shí)消除速度模糊和距離模糊。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種脈內(nèi)雙頻退速度模糊和距離模糊系統(tǒng)，它包括發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)，它還包括雙路數(shù)字波形產(chǎn)生模塊、數(shù)字中頻接收模塊和多普勒信號(hào)處理模塊，所述的雙路數(shù)字波形產(chǎn)生模塊產(chǎn)生兩路頻率不同的發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，并輸出至發(fā)射系統(tǒng)并經(jīng)天線向空間發(fā)射，天線接收的回波信號(hào)經(jīng)接收系統(tǒng)處理得到中頻信號(hào)，數(shù)字中頻接收模塊接收該中頻信號(hào)，并對(duì)應(yīng)發(fā)射的頻率差產(chǎn)生兩路相應(yīng)的數(shù)字濾波器分別接收處理兩個(gè)頻率的回波信號(hào)至零中頻，再輸出給多普勒信號(hào)處理模塊，多普勒信號(hào)處理模塊對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行進(jìn)行相應(yīng)的解模糊處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)退速度模糊和距離模糊；

所述的兩路頻率不同的發(fā)射激勵(lì)信號(hào)為低重復(fù)頻率信號(hào)，兩路發(fā)射激勵(lì)信號(hào)之間時(shí)間間隔??；

所述的多普勒信號(hào)處理模塊采用脈沖對(duì)處理法計(jì)算擴(kuò)展速度。

所述的兩路頻率不同的發(fā)射激勵(lì)信號(hào)之間的頻率至少相差6mhz。

一種脈內(nèi)雙頻退速度模糊和距離模糊方法，它包括如下步驟：

s1、雙路數(shù)字波形產(chǎn)生模塊產(chǎn)生兩路頻率不同的低重復(fù)頻率發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，并輸出至發(fā)射系統(tǒng)并經(jīng)天線向空間發(fā)射；

s2、天線接收的回波信號(hào)經(jīng)接收系統(tǒng)處理得到中頻信號(hào)；

s3、數(shù)字中頻接收模塊接收該中頻信號(hào)，并對(duì)應(yīng)發(fā)射的頻率差產(chǎn)生兩路相應(yīng)的數(shù)字濾波器分別接收處理兩個(gè)頻率的回波信號(hào)至零中頻，再輸出給多普勒信號(hào)處理模塊；

s4、多普勒信號(hào)處理模塊對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行進(jìn)行相應(yīng)的解模糊處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)退速度模糊和距離模糊；

計(jì)算擴(kuò)展速度：

其中，

λ表示雷達(dá)工作波長；

tf表示脈內(nèi)雙頻間的周期；

φ表示脈沖間的相位差；

采用低重復(fù)頻率發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，避免距離模糊。

所述的兩路頻率不同的低重復(fù)頻率發(fā)射激勵(lì)信號(hào)之間的頻率至少相差6mhz。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種一種脈內(nèi)雙頻退速度模糊和距離模糊方法及系統(tǒng)，能夠同時(shí)解決天氣雷達(dá)應(yīng)用中速度模糊和距離模糊的問題，為了同時(shí)解決距離模糊和速度模糊的矛盾，采用脈內(nèi)發(fā)射雙頻數(shù)字波形，數(shù)字波形產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)在脈內(nèi)采用不同的頻率，數(shù)字接收通道通過不同的數(shù)字濾波器進(jìn)行分離，分離后的脈內(nèi)雙頻回波信號(hào)輸出至多普勒信號(hào)處理單元進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)同時(shí)消除速度模糊和距離模糊。

(1)不管是對(duì)于s、c還是毫米波段天氣雷達(dá)雷達(dá)，采用本發(fā)明可徹底解決速度模糊問題；

(2)降低了雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率，同時(shí)從原理上保證不會(huì)出現(xiàn)距離模糊現(xiàn)象。

附圖說明

圖1為脈內(nèi)雙頻退速度模糊和距離模糊系統(tǒng)組成框圖；

圖2為脈內(nèi)雙頻脈沖發(fā)射示意圖；

圖3為雙路數(shù)字帶通濾波器仿真示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

一種脈內(nèi)雙頻退速度模糊和距離模糊系統(tǒng)，它包括發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)，它還包括雙路數(shù)字波形產(chǎn)生模塊、數(shù)字中頻接收模塊和多普勒信號(hào)處理模塊，所述的雙路數(shù)字波形產(chǎn)生模塊產(chǎn)生兩路頻率不同的發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，并輸出至發(fā)射系統(tǒng)并經(jīng)天線向空間發(fā)射，天線接收的回波信號(hào)經(jīng)接收系統(tǒng)處理得到中頻信號(hào)，數(shù)字中頻接收模塊接收該中頻信號(hào)，并對(duì)應(yīng)發(fā)射的頻率差產(chǎn)生兩路相應(yīng)的數(shù)字濾波器分別接收處理兩個(gè)頻率的回波信號(hào)至零中頻，再輸出給多普勒信號(hào)處理模塊，多普勒信號(hào)處理模塊對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行進(jìn)行相應(yīng)的解模糊處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)退速度模糊和距離模糊；

所述的兩路頻率不同的發(fā)射激勵(lì)信號(hào)為低重復(fù)頻率信號(hào)，兩路發(fā)射激勵(lì)信號(hào)之間時(shí)間間隔??；

所述的多普勒信號(hào)處理模塊采用脈沖對(duì)處理法計(jì)算擴(kuò)展速度。

所述的兩路頻率不同的發(fā)射激勵(lì)信號(hào)之間的頻率至少相差6mhz。

如圖1所示，雙路數(shù)字波形產(chǎn)生模塊根據(jù)控制命令產(chǎn)生頻率分別為f1和f2的兩個(gè)發(fā)射波形并按圖2所示的發(fā)射脈沖形式輸出給發(fā)射系統(tǒng)，并經(jīng)天線向空間發(fā)射。數(shù)字中頻接收模塊接收來自天線接收的回波信號(hào)并經(jīng)接收系統(tǒng)處理后的中頻信號(hào)，并對(duì)應(yīng)發(fā)射的頻率差產(chǎn)生兩路相應(yīng)的數(shù)字濾波器分別接收處理兩個(gè)頻率的回波信號(hào)至零中頻iq信號(hào)輸出給多普勒信號(hào)處理模塊。多普勒信號(hào)處理單元接收數(shù)字中頻輸出的兩路零中頻iq數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其中擴(kuò)展速度模糊處理方法按進(jìn)行處理，強(qiáng)度等其他參數(shù)的估計(jì)和處理采用常規(guī)天氣雷達(dá)信號(hào)處理算法即可。

一種脈內(nèi)雙頻退速度模糊和距離模糊方法，它包括如下步驟：

s1、雙路數(shù)字波形產(chǎn)生模塊產(chǎn)生兩路頻率不同的低重復(fù)頻率發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，并輸出至發(fā)射系統(tǒng)并經(jīng)天線向空間發(fā)射；

s2、天線接收的回波信號(hào)經(jīng)接收系統(tǒng)處理得到中頻信號(hào)；

s3、數(shù)字中頻接收模塊接收該中頻信號(hào)，并對(duì)應(yīng)發(fā)射的頻率差產(chǎn)生兩路相應(yīng)的數(shù)字濾波器分別接收處理兩個(gè)頻率的回波信號(hào)至零中頻，再輸出給多普勒信號(hào)處理模塊；

s4、多普勒信號(hào)處理模塊對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行進(jìn)行相應(yīng)的解模糊處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)退速度模糊和距離模糊；

計(jì)算擴(kuò)展速度：

其中，

λ表示雷達(dá)工作波長；

tf表示脈內(nèi)雙頻間的周期；

φ表示脈沖間的相位差；

采用低重復(fù)頻率發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，避免距離模糊。

所述的兩路頻率不同的低重復(fù)頻率發(fā)射激勵(lì)信號(hào)之間的頻率至少相差6mhz。

采用本發(fā)明在低重頻時(shí)同時(shí)解決速度模糊和距離模糊問題。在計(jì)算強(qiáng)度時(shí)，可以利用同距離段的兩個(gè)脈沖進(jìn)行平均，相同轉(zhuǎn)速下脈沖積累數(shù)在500hz和1000hz時(shí)保持一致，而速度采用脈內(nèi)兩個(gè)脈沖間相差來計(jì)算，脈沖數(shù)相對(duì)減少一半。但因?yàn)閮蓚€(gè)脈沖時(shí)間間隔小，比如10μs，則相當(dāng)于脈沖重復(fù)頻率為100000hz，極大地拓展了多普勒測(cè)速的范圍；同時(shí)因?yàn)椴捎玫椭仡l工作，也避免了距離模糊的出現(xiàn)。其脈沖發(fā)射形式如圖2所示。

脈內(nèi)兩個(gè)頻率f1和f2時(shí)間差tf，脈沖重復(fù)周期為tr進(jìn)行發(fā)射可實(shí)現(xiàn)同時(shí)退速度模糊和距離模糊。

對(duì)于c波段雷達(dá)來說，如工作波長λ取5.45cm，雙頻脈沖間隔10μs(相當(dāng)于脈沖重復(fù)頻率100000hz)，根據(jù)擴(kuò)展速度計(jì)算可知，理論上可分辨±1300m/s的速度場(chǎng)，不可能再出現(xiàn)速度模糊的可能。

為了確保無距離模糊，降低雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率即可實(shí)現(xiàn)。但系統(tǒng)在同一脈沖周期內(nèi)發(fā)射兩個(gè)波形，如兩個(gè)波形之間不采取隔離措施，則會(huì)引入互相干擾，影響天氣雷達(dá)的實(shí)際探測(cè)效果。系統(tǒng)采用頻分發(fā)射方式，即兩個(gè)波形采用不同頻率解決脈內(nèi)脈沖間的干擾問題。數(shù)字波形產(chǎn)生的激勵(lì)在脈內(nèi)兩個(gè)波形之間采用不同的頻率(比如中心頻點(diǎn)采用27mhz和33mhz，至少相差6mhz)，這樣數(shù)字接收通道通過不同的濾波器進(jìn)行分離。6mhz左右的頻率差，對(duì)脈內(nèi)兩個(gè)脈沖之間提供的隔離度可高達(dá)60db以上，兩者之間的隔離度可以保證相鄰脈沖之間幾乎沒有影響，從而確保無距離模糊的同時(shí)確保脈內(nèi)兩個(gè)脈沖之間不會(huì)產(chǎn)生互相干擾。此種處理方法付出的代價(jià)是數(shù)字接收機(jī)輸出的iq通道數(shù)將從一路增加成兩路，不過相對(duì)于實(shí)際探測(cè)效果而言，硬件的增加是完全值得的。帶通數(shù)字濾波器仿真示意圖如圖3所示。

如圖1所示，雙路數(shù)字波形產(chǎn)生模塊根據(jù)控制命令產(chǎn)生頻率分別為f1和f2的兩個(gè)發(fā)射波形并按圖2所示的發(fā)射脈沖形式輸出給發(fā)射系統(tǒng)，并經(jīng)天線向空間發(fā)射。數(shù)字中頻接收模塊接收來自天線接收的回波信號(hào)并經(jīng)接收系統(tǒng)處理后的中頻信號(hào)，并對(duì)應(yīng)發(fā)射的頻率差產(chǎn)生兩路相應(yīng)的數(shù)字濾波器分別接收處理兩個(gè)頻率的回波信號(hào)至零中頻iq信號(hào)輸出給多普勒信號(hào)處理模塊。多普勒信號(hào)處理單元接收數(shù)字中頻輸出的兩路零中頻iq數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其中擴(kuò)展速度模糊處理方法按進(jìn)行處理，強(qiáng)度等其他參數(shù)的估計(jì)和處理采用常規(guī)天氣雷達(dá)信號(hào)處理算法即可。

利用信號(hào)源模擬回波輸入，在不同的頻偏條件下，采用本發(fā)明的方法進(jìn)行擴(kuò)展速度測(cè)量范圍數(shù)據(jù)和理論計(jì)算速度值對(duì)比如表1所示：

表1本發(fā)明方法的速度測(cè)量值和理論計(jì)算速度值對(duì)比

從表1可以看出，本發(fā)明方法的速度測(cè)量值和理論計(jì)算速度值誤差值在0.2m/s以內(nèi)，完全滿足目前多普勒天氣雷達(dá)速度誤差小于1m/s的要求。

利用信號(hào)源作為輸入信號(hào)，分別測(cè)試兩個(gè)頻點(diǎn)間的隔離效果，頻分隔離度測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2兩個(gè)波形間頻分隔離度測(cè)試記錄表

從上表可以看出，采用頻分波形隔離，頻率間隔6mhz時(shí)兩個(gè)脈沖之間隔離度大于69db，低頻率保證無距離模糊的同時(shí)也確保兩個(gè)脈沖之間互不干擾。