CN103592645A - 一种伪随机码调相连续波雷达速度模糊解算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伪随机码调相连续波雷达速度模糊解算方法，它涉及连续波雷达领域中用作对目标速度进行测量。它是一种距离不模糊、速度模糊的设计方法，采用参差伪随机码对载波进行相位调制，并交替轮法，利用两次测量到的目标速度余数进行速度模糊解算，从而可以确定目标的真实速度。该方法保证了在雷达量程范围内距离测量是不模糊的，从而可以通过距离分段目标检测提高雷达对远处目标的探测能力，可以通过距离-灵敏度控制方法降低因近处地、海杂波引起的虚警，提高雷达在复杂环境中对慢速目标的检测能力。

Description

一种伪随机码调相连续波雷达速度模糊解算方法

技术领域

本发明涉及在连续波伪随机码调制雷达领域中的一种用于解算目标速度的方法，特别适用于小型化伪随机码调制连续波雷达的速度测量。

背景技术

目前，在国内外伪随机码调制连续波雷达中采用多普勒目标检测体制，没有速度模糊，但距离模糊严重，其优点是在多普勒较高的检测区是无杂波区，检测性能优越，但在多普勒较底的检测区，杂波、目标经距离相关后往往混叠在一起，难以区分。

发明内容

本发明所要解决的就是在雷达量程范围内距离不模糊，而速度模糊的问题，采用参差伪随机码对载波进行相位调制，并交替轮法，利用两次测量到的目标速度余数进行速度模糊解算，从而可以确定目标的真实速度。该方法保证了在雷达量程范围内距离测量是不模糊的，从而可以通过距离分段目标检测提高雷达对远处目标的探测能力，可以通过距离-灵敏度控制方法降低因近处地、海杂波引起的虚警，提高雷达在复杂环境中对慢速目标的检测能力。

为解决以上提出的问题，本发明提出了一种伪随机码调相连续波雷达速度模糊解算方法，包括以下步骤：

（1）雷达采用a、b两组时钟频率不同的伪随机码在波束驻留时间内完成一次交替轮发；

（2）雷达分别接收目标反射回来的电磁波信号，并从中提取出目标参数，目标参数包括：距离、方位、速度余数和测量时刻；

（3）同一目标的判断：若目标的距离、方位和测量时刻满足数据关联条件，则为同一目标；

步骤（3）具体包括以下三个步骤：

301、时间相关判断：若满足时间相关条件，继续进行下一步骤的相关判断；

时间相关条件为：T₁-T₂≤Δt；

其中：Δt为目标测量周期；

T₁为a组伪随机码测量周期内的目标测量时刻；

T₂为b组伪随机码测量周期内的目标测量时刻；

302、方位相关判断：若满足方位相关条件，继续进行下一步骤的相关判断；

先计算出方位门限：

方位门限： $G_A=\frac{\mathrm{\Δt}{v}_{\max }}{r_{\mathrm{pk}}}+k_A+{\mathrm{\σ}}_A;$

其中v_max为目标运动最大速度，Δt为目标测量周期，σ_A为方位角度误差，k_A分别为方位门限系数；

方位相关条件为：|A₁-A₂|≤G_A

式中：A₁为a组伪随机码测量周期内的目标方位值；

A₂为b组伪随机码测量周期内的目标方位值；

303、距离相关判断：若满足距离相关条件，则认为是同一目标；

距离相关条件：

|R₁-R₂|≤Δtv_max+k_Rσ_R

式中：v_max为目标运动最大速度，Δt为目标测量周期，k_R为距离门限系数，σ_R为距离误差，R₁为a组伪随机码测量周期内的目标距离值，R₂为b组伪随机码测量周期内的目标距离值。

（4）对同一目标的目标参数，分别取a，b两组伪随机码的速度余数和整数倍模糊速度模值相加，获得a，b两组伪随机码各自对应的目标可能速度值：

${\hat{V}}_{\mathrm{ai}}=i\×V_{\mathrm{mod}a}+V_1;$

${\hat{V}}_{\mathrm{bj}}=j\×V_{\mathrm{mod}b}+V_2;$

式中：i、j=0,1,……,N，i、j、N均为自然数；

V₁为发射a组伪随机码时测量到的速度余数；

V₂为发射b组伪随机码时测量到的速度余数；

V_moda为a组伪随机码覆盖的模糊速度模值；

V_modb为b组伪随机码覆盖的模糊速度模值；

为利用a组伪随机码计算到的目标可能速度值；

为利用b组伪随机码计算到的目标可能速度值；

（5）对a组伪随机码对应的目标可能速度值和b组伪随机码对应的目标可能速度值

取差值：

$\mathrm{\Δ}{d}_{\mathrm{ij}}=|{\hat{V}}_{\mathrm{ai}}-{\hat{V}}_{\mathrm{bj}}|;i,j=\mathrm{0,1},......,N;$

当差值Δd_ij≤3σ_v，其中σ_v为速度测量误差，即满足速度误差压缩关系，则对应的i、j为目标速度对应的真实速度模糊模值，记为m、n，目标速度就可以表示为：

V＝m×V_moda+V₁或V＝n×V_modb+V₂；

式中：V为目标速度；

m为a组伪随机码对应的目标真实速度模糊数值；

n为b组伪随机码对应的目标真实速度模糊数值；

完成目标速度解算。

本发明与背景技术相比，具有以下优点：

1.采用距离分段目标检测方法，近距离杂波不会干扰远距离目标的检测，远距离目标检测能力增强；

2.可通过距离-灵敏度控制方法降低因近处地、海杂波引起的虚警，提高雷达在复杂环境中对慢速目标的检测能力。

具体实施方式

一种伪随机码调相连续波雷达速度模糊解算方法，通过合理选择调制伪码的重复频率，使得在雷达量程范围内距离不模糊，而速度是模糊的，具体包括以下步骤：

（1）雷达采用a、b两组时钟频率不同的伪随机码在波束驻留时间内完成一次交替轮发；

实施例中，雷达量程为25km，雷达波长为0.03m，伪随机码a时钟频率选为2.5MHz，伪随机码b时钟频率选为3MHz，伪随机码码长选为511位，对应的无模糊距离是：25.5km；伪随机码a对应的无模糊速度为73.39m/s，伪随机码b对应的无模糊速度为88.06m/s；伪随机码a、b交替轮发，轮发时间间隔为20ms；

（2）雷达分别接收目标反射回来的电磁波信号，并从中提取出目标参数，目标参数包括：距离、方位、速度余数和测量时间；

（3）同一目标的判断：若目标的距离、方位和测量时刻满足数据关联条件，则为同一目标；

步骤（3）具体包括以下三个步骤：

301、时间相关判断：若满足时间相关条件，继续进行下一步骤的相关判断；

时间相关条件为：T₁-T₂≤Δt；

其中：Δt为目标测量周期；

T₁为a组伪随机码测量周期内的目标测量时刻；

T₂为b组伪随机码测量周期内的目标测量时刻；

302、方位相关判断：若满足方位相关条件，继续进行下一步骤的相关判断；

先计算出方位门限：

方位门限： $G_A=\frac{\mathrm{\Δt}{v}_{\max }}{r_{\mathrm{pk}}}+k_A+{\mathrm{\σ}}_A;$

其中v_max为目标运动最大速度，Δt为目标测量周期，σ_A为方位角度误差，k_A分别为方位门限系数；

方位相关条件为：|A₁-A₂|≤G_A

式中：A₁为a组伪随机码测量周期内的目标方位值；

A₂为b组伪随机码测量周期内的目标方位值；

303、距离相关判断：若满足距离相关条件，则认为是同一目标；

距离相关条件：

|R₁-R₂|≤Δtv_max+k_Rσ_R

式中：v_max为目标运动最大速度，Δt为目标测量周期，k_R为距离门限系数，σ_R为距离误差，R₁为a组伪随机码测量周期内的目标距离值，R₂为b组伪随机码测量周期内的目标距离值。

实施例中，a码发射时间段的回波目标参数为R₁=9350m，A₁=35.6°，V₁=60m/s，T₁=10.06s；b码发射时间段的回波目标参数为R₂=9330m，A₂=35.6°，V₂=3m/s，T₂=10.08s；通过计算得到所测量到的距离、方位、时间参数满足数据关联关系，可以认为是同一个目标；

（4）对同一目标的目标参数，分别取a，b两组伪随机码的速度余数和整数倍模糊速度模值相加，获得a，b两组伪随机码各自对应的目标可能速度值：

${\hat{V}}_{\mathrm{ai}}=i\×V_{\mathrm{mod}a}+V_1;$

${\hat{V}}_{\mathrm{bj}}=j\×V_{\mathrm{mod}b}+V_2;$

式中：i、j=0,1,……,N，i、j、N均为自然数；

V₁为发射a组伪随机码时测量到的速度余数；

V₂为发射b组伪随机码时测量到的速度余数；

V_moda为a组伪随机码覆盖的模糊速度模值；

V_modb为b组伪随机码覆盖的模糊速度模值；

为利用a组伪随机码计算到的目标可能速度值；

为利用b组伪随机码计算到的目标可能速度值；

实施例中，计算

${\hat{V}}_{a0}=0\×V_{\mathrm{mod}a}+V_1=0\×73.39+60=60m/s$

${\hat{V}}_{a1}=1\×V_{\mathrm{mod}a}+V_1=1\×73.39+60=133.39m/s$

${\hat{V}}_{a2}=2\×V_{\mathrm{mod}a}+V_1=2\×73.39+60=206.78m/s$

${\hat{V}}_{a3}=3\×V_{\mathrm{mod}a}+V_1=3\×73.39+60=280.17m/s$

${\hat{V}}_{a4}=4\×V_{\mathrm{mod}a}+V_1=4\×73.39+60=353.56m/s$

${\hat{V}}_{a5}=5\×V_{\mathrm{mod}a}+V_1=5\×73.39+60=426.95m/s$

${\hat{V}}_{a6}=6\×V_{\mathrm{mod}a}+V_1=6\×73.39+60=500.34m/s$

计算

${\hat{V}}_{b0}=0\×V_{\mathrm{mod}b}+V_2=0\×88.06+3=3m/s$

${\hat{V}}_{b1}=1\×V_{\mathrm{mod}b}+V_2=1\×88.06+3=91.06m/s$

${\hat{V}}_{b2}=2\×V_{\mathrm{mod}b}+V_2=2\×88.06+3=179.12m/s$

${\hat{V}}_{b3}=3\×V_{\mathrm{mod}b}+V_2=3\×88.06+3=267.18m/s$

${\hat{V}}_{b4}=4\×V_{\mathrm{mod}b}+V_2=4\×88.06+3=355.24m/s$

${\hat{V}}_{b5}=5\×V_{\mathrm{mod}b}+V_2=5\×88.06+3=443.3m/s$

${\hat{V}}_{b6}=6\×V_{\mathrm{mod}b}+V_2=6\×88.06+3=531.36m/s$

（5）对a组伪随机码对应的目标可能速度值

和b组伪随机码对应的目标可能速度值

取差值：

$\mathrm{\Δ}{d}_{\mathrm{ij}}=|{\hat{V}}_{\mathrm{ai}}-{\hat{V}}_{\mathrm{bj}}|;i,j=\mathrm{0,1},......,N;$

当差值Δd_ij≤3σ_v，其中σ_v为速度测量误差，即满足速度误差压缩关系，则对应的i、j为目标速度对应的真实速度模糊模值，记为m、n，目标速度就可以表示为：

V＝m×V_moda+V₁或V＝n×V_modb+V₂；

式中：V为目标速度；

m为a组伪随机码对应的目标真实速度模糊数值；

n为b组伪随机码对应的目标真实速度模糊数值；

完成目标速度解算。

实施例中，计算Δd_ij，表示为矩阵形式如下：

$\mathrm{\Δd}=\left|\begin{array}{ccccccc}57& -31.06& -119.12& -207.18& -295.24& -383.3& -471.36\\ 130.39& 42.33& -45.73& -133.79& -221.85& -309.91& -397.97\\ 203.78& 115.72& 27.66& -60.4& -148.46& -236.52& -324.58\\ 277.17& 189.11& 101.05& 12.99& -75.07& -163.13& -251.19\\ 350.56& 262.5& 174.44& 86.38& -1.68& -89.74& -177.8\\ 423.95& 335.89& 247.83& 159.77& 71.71& -16.35& -104.41\\ 497.34& 409.28& 321.22& 233.16& 145.1& 57.04& -31.02\end{array}\right|$

设雷达测量误差σ_v=2m/s，则满足条件Δd_ij≤3σ_v的只有：

Δd_ij＝-1.68（i=4，j=4）

所以有：m=4，n=4。

目标速度可计算如下：

$\begin{array}{c}V=\frac{1}{2}[(m\×V_{\mathrm{mod}a}+V_1)+(n\×V_{\mathrm{mod}b}+V_2)]\\ =\frac{1}{2}[(4\×73.39+60)+(4\×88.06+3)]=354.4m/s\end{array}$

完成目标速度解算。

Claims (2)

1.一种伪随机码调相连续波雷达速度模糊解算方法，包括以下步骤：

（1）雷达采用a、b两组时钟频率不同的伪随机码在波束驻留时间内完成一次交替轮发；

（2）雷达分别接收目标反射回来的电磁波信号，并从中提取出目标参数，目标参数包括：距离、方位、速度余数和测量时刻；

（3）同一目标的判断：若目标的距离、方位和测量时刻满足数据关联条件，则为同一目标；

（4）对同一目标的目标参数，分别取a，b两组伪随机码的速度余数和整数倍模糊速度模值相加，获得a，b两组伪随机码各自对应的目标可能速度值：

${\hat{V}}_{\mathrm{ai}}=i\×V_{\mathrm{mod}a}+V_1;$

${\hat{V}}_{\mathrm{bj}}=j\×V_{\mathrm{mod}b}+V_2;$

式中：i、j=0,1,……,N，i、j、N均为自然数；

V₁为发射a组伪随机码时测量到的速度余数；

V₂为发射b组伪随机码时测量到的速度余数；

V_moda为a组伪随机码覆盖的模糊速度模值；

V_modb为b组伪随机码覆盖的模糊速度模值；

为利用a组伪随机码计算到的目标可能速度值；

为利用b组伪随机码计算到的目标可能速度值；

（5）对a组伪随机码对应的目标可能速度值

和b组伪随机码对应的目标可能速度值

取差值：

$\mathrm{\Δ}{d}_{\mathrm{ij}}=|{\hat{V}}_{\mathrm{ai}}-{\hat{V}}_{\mathrm{bj}}|;i,j=\mathrm{0,1},......,N;$

当差值Δd_ij≤3σ_v，其中σ_v为速度测量误差，即满足速度误差压缩关系，则对应的i、j为目标速度对应的真实速度模糊模值，记为m、n，目标速度就可以表示为：

V＝m×V_moda+V₁或V＝n×V_modb+V₂；

式中：V为目标速度；

m为a组伪随机码对应的目标真实速度模糊数值；

n为b组伪随机码对应的目标真实速度模糊数值；

完成目标速度解算。

2.根据权利要求1所述的一种伪随机码调相连续波雷达速度模糊解算方法，其特征在于：步骤（3）具体包括以下三个步骤：

301、时间相关判断：若满足时间相关条件，继续进行下一步骤的相关判断；

时间相关条件为：T₁-T₂≤Δt；

其中：Δt为目标测量周期；

T₁为a组伪随机码测量周期内的目标测量时刻；

T₂为b组伪随机码测量周期内的目标测量时刻；

302、方位相关判断：若满足方位相关条件，继续进行下一步骤的相关判断；

先计算出方位门限：

方位门限： $G_A=\frac{\mathrm{\Δt}{v}_{\max }}{r_{\mathrm{pk}}}+k_A+{\mathrm{\σ}}_A;$

其中v_max为目标运动最大速度，Δt为目标测量周期，σ_A为方位角度误差，k_A分别为方位门限系数；

方位相关条件为：|A₁-A₂|≤G_A

式中：A₁为a组伪随机码测量周期内的目标方位值；

A₂为b组伪随机码测量周期内的目标方位值；

303、距离相关判断：若满足距离相关条件，则认为是同一目标；

距离相关条件：

|R₁-R₂|≤Δtv_max+k_Rσ_R

式中：v_max为目标运动最大速度，Δt为目标测量周期，k_R为距离门限系数，σ_R为距离误差，R₁为a组伪随机码测量周期内的目标距离值，R₂为b组伪随机码测量周期内的目标距离值。