CN103048695A - 基于组合巴克码突发脉冲的探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，该装置包括：子脉冲产生单元、脉冲组合单元、脉冲压缩单元、发射单元、接收单元以及处理单元；其中，所述子脉冲产生单元，与所述脉冲组合单元相耦接；所述脉冲组合单元，与所述子脉冲产生单元和脉冲压缩单元相耦接；所述脉冲压缩单元，与所述脉冲组合单元、发射单元以及处理单元相耦接；所述发射单元，与所述脉冲压缩单元相耦接；所述接收单元，与所述处理单元相耦接；所述处理单元，与所述接收单元和脉冲压缩单元相耦接。本发明解决了传统探测装置存在距离模糊和速度模糊不能同时消除的问题。

Description

基于组合巴克码突发脉冲的探测装置

技术领域

本发明涉及电磁波探测领域，具体地说，是涉及一种基于组合巴克码突发脉冲的探测装置。

背景技术

目前，电磁波探测装置多利用多普勒效应进行定位，测速，测距等工作，具体来说，常规的探测装置所用的PRF（pulse recurrence frequency，即脉冲重复频率）范围从几百赫兹到十几万赫兹，而PRF的选择对探测装置的性能有极大的影响，根据该PRF是否使观测距离和多普勒频率模糊可以分为三种基本类型：低PRF、中PRF、高PRF；其中，

低PRF，优点在于：多普勒频率高的目标出现在无杂波频谱区，可得到高平均功率，抑制主瓣杂波时不会同时抑制目标回波。缺点在于：对多普勒频率低的目标，探测距离可能因旁瓣杂波干扰下降，不能采用延时测距，多普勒频率为零的目标可能与高度回波一起被抑制掉。

中PRF，优点在于：抗主瓣杂波和副瓣杂波性能好，易于消除地面动目标，可采用脉冲延时测距。缺点在于：目标的探测距离受旁瓣杂波干扰，需解决距离模糊和多普勒频率模糊，采用专门措施抑制地面旁瓣杂波。

高PRF，优点在于：空-空仰视性能好，测距精度高，距离分辨率高，采用简单脉冲延时测距。缺点在于：占空比较低，多普勒频率模糊很严重。

综上可见，在传统的多普勒探测装置中，若采用单一波形，不能同时解决距离模糊和速度模糊，若采用多种波形，不利于长时间相参积累，也就是说，传统的多普勒探测装置存在距离模糊和速度模糊不能同时消除的缺陷。

因此，如何解决传统探测装置存在距离模糊和速度模糊不能同时消除的缺陷，便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，以解决传统探测装置存在距离模糊和速度模糊不能同时消除的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，其特征在于，该装置包括：子脉冲产生单元、脉冲组合单元、脉冲压缩单元、发射单元、接收单元以及处理单元；其中，

所述子脉冲产生单元，与所述脉冲组合单元相耦接，用于产生至少一组由巴克码组成的子脉冲，并将所述子脉冲发送至所述脉冲组合单元；

所述脉冲组合单元，与所述子脉冲产生单元和脉冲压缩单元相耦接，用于接收所述子脉冲产生单元发送的子脉冲，将所述子脉冲构建为组合巴克码脉冲发送至所述脉冲压缩单元；

所述脉冲压缩单元，与所述脉冲组合单元、发射单元以及处理单元相耦接，用于接收所述脉冲组合单元发送的所述组合巴克码脉冲，将该组合巴克码脉冲进行脉冲压缩处理，产生压缩脉冲传输至所述发射单元；

所述发射单元，与所述脉冲压缩单元相耦接，用于接收所述脉冲压缩单元传输的所述压缩脉冲，并将该压缩脉冲以电磁波的形式发射至外部空间；

所述接收单元，与所述处理单元相耦接，用于接收目标回波，并将该目标回波传输至所述处理单元；

所述处理单元，与所述接收单元和脉冲压缩单元相耦接，用于接收所述接收单元传输的目标回波，并进行分析处理，得到目标的距离及速度信息；同时

进一步地，其中，所述脉冲压缩单元，还用于接收所述处理单元发送的调整指令对压缩脉冲后的子脉冲重复频率和脉冲串之间的重复频率进行调整。

进一步地，其中，所述处理单元，还用于产生调整指令发送至所述脉冲压缩单元。

进一步地，其中，所述子脉冲，进一步为采用13位巴克码且占空比较高的突发脉冲波形。

进一步地，其中，所述组合巴克码脉冲的每一组脉冲串之间采用组合巴克码。

进一步地，其中，所述压缩脉冲的子脉冲之间为高重频，脉冲串之间为低重频。

进一步地，其中，所述处理单元，进一步为高性能的处理芯片、服务器和/或任意具有脉冲分析功能的装置。

与现有技术相比，本发明所述的一种基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，达到了如下效果：

1）本发明所述的一种基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，在发出的波形同时具有高重频和低重频的特性，具有较高的距离分辨率和速度分辨率，解决了传统探测装置存在距离模糊和速度模糊不能同时消除的缺陷；

2）本发明所述的一种基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，其发出电磁波的占空比高，当在峰值功率相同的情况下，平均功率明显地增加，有效增加了探测距离；

3）本发明所述的一种基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，采用唯一波形，可实现长时间相参积累，有效利用时间资源，提高信号处理增益，改善目标检测信噪比，增大作用距离，更利于探测弱小目标。

附图说明

图1是本发明实施例所述的基于组合巴克码突发脉冲的探测装置的结构框图；

图2是本发明具体实施例所述探测装置中所采用的脉冲波形示意图；

图3是本发明应用实施例所述探测装置的巴克码波形频谱示意图；

图4是本发明应用实施例所述探测装置的压缩后的脉冲频谱示意图；

图5是本发明应用实施例所述探测装置的目标回波脉冲频谱示意图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明所述基于组合巴克码突发脉冲的探测装置10，包括：子脉冲产生单元101、脉冲组合单元102、脉冲压缩单元103、发射单元104、接收单元105以及处理单元106；其中，

所述子脉冲产生单元101，与所述脉冲组合单元102相耦接，用于产生至少一组由巴克码组成的子脉冲，并将所述子脉冲发送至所述脉冲组合单元102。

在具体实施例中，所述子脉冲产生单元101产生的所述子脉冲为采用占空比较高的突发脉冲波形，优选地，如图2所示，在本实施例中所述子脉冲内部采用13位巴克码，在此不作出详细限定。

所述脉冲组合单元102，与所述子脉冲产生单元101和脉冲压缩单元103相耦接，用于接收所述子脉冲产生单元101发送的子脉冲，将所述子脉冲构建为组合巴克码脉冲发送至所述脉冲压缩单元103。

在本实施例中，所述组合巴克码脉冲的每一组脉冲串之间采用组合巴克码（如图2所示），在此对上述内容不作出限定。

所述脉冲压缩单元103，与所述脉冲组合单元102、发射单元104以及处理单元106相耦接，用于接收所述脉冲组合单元102发送的所述组合巴克码脉冲，将该组合巴克码脉冲进行脉冲压缩处理，产生压缩脉冲传输至所述发射单元104；同时接收所述处理单元106发送的调整指令对压缩脉冲（脉压）后的子脉冲重复频率和脉冲串之间的重复频率进行调整。

在具体实施例中，所述组合巴克码脉冲经过脉冲压缩处理后，其子脉冲之间为高重频，脉冲串之间为低重频，由于本领域技术人员根据上述内容便知如何进行操作，因此对上述内容不作出详细限定。

所述发射单元104，与所述脉冲压缩单元103相耦接，用于接收所述脉冲压缩单元103传输的所述压缩脉冲，并将该压缩脉冲以电磁波的形式发射至外部空间，以探测目标（当所述发射单元104发出的所述压缩脉冲探测到目标时，会产生目标回波）。

所述接收单元105，与所述处理单元106相耦接，用于接收所述目标回波，并将该目标回波传输至所述处理单元106。

所述处理单元106，与所述接收单元105和脉冲压缩单元103相耦接，用于接收所述接收单元传输的目标回波，并进行分析处理，得到目标的距离及速度信息；同时产生调整指令发送至所述脉冲压缩单元103。

在具体实施例中，所述处理单元106可以是高性能的处理芯片或服务器，也可以是任意具有脉冲分析功能的仪器或装置，对于本领域技术人员来说上述内容不作出详细限定。

下面为采用本发明所述基于组合巴克码突发脉冲的探测装置的具体实施例。

为了实现机载雷达的远距离探测，所述子脉冲产生单元101首先产生一种采用占空比较高的突发脉冲波形，该突发脉冲波形本质上等同于低PRF、长单脉冲波形。采用该突发脉冲波形，在峰值功率相同的情况下，平均功率明显地增加；由于所述突发脉冲波形脉冲串较长，导致距离分辨率较低，所以所述子脉冲产生单元101所产生的子脉冲内部采用13位巴克码，之后所述脉冲组合单元102采用组合巴克码波形，即在子脉冲串之间采用组合巴克码，这样便形成了组合巴克码波形，该波形子脉冲之间为高重频，脉冲串之间为低重频；

接着，所述组合巴克码波形经过所述脉冲压缩单元103，通过脉冲压缩产生参数估计波形，该波形可形成较高的距离分辨率，采用距离波门跟踪方法，通过所述发射单元104发射后，可精确估计目标距离；所述接收单元105接收有所述目标反馈的目标回波发送至所述处理单元106，该处理单元106通过对所述目标回波的多个子脉冲，以及多个周期的脉冲串之间进行多普勒分析，可精确估计目标的速度。

具体地，如图2所示，c在所述子脉冲产生单元101、脉冲组合单元102以及脉冲压缩单元103对脉冲波形进行产生、组合及压缩操作时，遵循下述波形表达式：

设N位巴克码脉冲宽度为Nτ₁，N位巴克码波形为：

$s\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{rect}\left[\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_1}(t-{\mathrm{n\τ}}_1)\right]e^{j(2\mathrm{\π}{f}_{0}t+{\mathrm{\θ}}_0)}$

式中，f₀为信号频率，θ₀为巴克码相位，去0或π。其中，13位巴克码θ₀与n的关系为：当码长为5时，对应的θ₀值为π，π，π，0，π；当所述码长为13时，对应的所述θ₀值为π，π，π，π，π，0，0，π，π，0，π，0，π。

由上述公式确定的脉冲波形有如下特征：

1）K₁组13位巴克码组成一组13K₁位组合巴克码；

2）K₂组13K₁位组合巴克码组成一组13K1K2位组合巴克码。

则该波形脉冲宽度为：

τ＝N×K₁×K₂×τ₁

K₁和K₂根据需要探测的不同最远距离和目标多普勒清晰区进行调整，但都必须从2、3、4、5、7、11、13种选择。

3）较大的多普勒相位旋转足以破坏巴克码之间固有的相位关系，所以设计的子脉冲波形能够将多普勒相位旋转控制在较小的范围内，要求最大相对速度v_max和子脉冲宽度τ满足：

$v_{\max }<\frac{\mathrm{\&lambda;}}{8\mathrm{\&tau;}}$

突发脉冲波形，由13位巴克码为基础，构建更高位数的巴克码波形；巴克码具有良好的相关特性，编码实现简单，并且处理相对容易；巴克码的码长较短，脉冲压缩后信号的主旁瓣比较低。

下面为采用本发明所述基于组合巴克码突发脉冲的探测装置的应用实施例。

结合图3-5，并设定所述探测装置参数为：中频60MHz，采样频率80MHz；波形设计如上所述，N=13，K1=5，K2=13，τ=0.5us，则子脉冲宽度为：32.5us，脉冲宽度为：422.5us，进行20倍抽取。

最大不模糊多普勒为：

$f_{d\max }=\frac{1}{32.5\mathrm{\&mu;s}}=30\mathrm{KHz}$

则如图3所示：13位巴克码相位转换引起的不连续性将信号频谱展宽，并且频谱旁瓣的衰减较慢，所述脉冲的占空比高，在峰值功率相同的情况下，平均功率明显地增加，增加雷达探测距离。

如图4所示，有所述脉冲压缩单元103对所述子脉冲压缩后，该子脉冲之间受目标多普勒调制，其重频为高重频，可保证速度不模糊；脉冲串之间设计为低重频，可保证距离不模糊。

如图5所示，经过单脉冲回波脉冲压缩后，采用唯一波形，可实现长时间相参积累，有效利用时间资源，提高信号处理增益，改善目标检测信噪比，增大雷达作用距离，更利于探测弱小目标，有效提高距离分辨率。

与现有技术相比，本发明所述的一种基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，达到了如下效果：

1）本发明所述的一种基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，在发出的波形同时具有高重频和低重频的特性，具有较高的距离分辨率和速度分辨率，解决了传统探测装置存在距离模糊和速度模糊不能同时消除的缺陷；

2）本发明所述的一种基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，其发出电磁波的占空比高，当在峰值功率相同的情况下，平均功率明显地增加，有效增加了探测距离；

3）本发明所述的一种基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，采用唯一波形，可实现长时间相参积累，有效利用时间资源，提高信号处理增益，改善目标检测信噪比，增大作用距离，更利于探测弱小目标。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，其特征在于，该装置包括：子脉冲产生单元、脉冲组合单元、脉冲压缩单元、发射单元、接收单元以及处理单元；其中，

所述子脉冲产生单元，与所述脉冲组合单元相耦接，用于产生至少一组由巴克码组成的子脉冲，并将所述子脉冲发送至所述脉冲组合单元；

所述脉冲组合单元，与所述子脉冲产生单元和脉冲压缩单元相耦接，用于接收所述子脉冲产生单元发送的子脉冲，将所述子脉冲构建为组合巴克码脉冲发送至所述脉冲压缩单元；

所述脉冲压缩单元，与所述脉冲组合单元、发射单元以及处理单元相耦接，用于接收所述脉冲组合单元发送的所述组合巴克码脉冲，将该组合巴克码脉冲进行脉冲压缩处理，产生压缩脉冲传输至所述发射单元；

所述发射单元，与所述脉冲压缩单元相耦接，用于接收所述脉冲压缩单元传输的所述压缩脉冲，并将该压缩脉冲以电磁波的形式发射至外部空间；

所述接收单元，与所述处理单元相耦接，用于接收目标回波，并将该目标回波传输至所述处理单元；

所述处理单元，与所述接收单元和脉冲压缩单元相耦接，用于接收所述接收单元传输的目标回波，并进行分析处理，得到目标的距离及速度信息。

2.如权利要求1所述的基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，其特征在于，所述脉冲压缩单元，还用于接收所述处理单元发送的调整指令对压缩脉冲后的子脉冲重复频率和脉冲串之间的重复频率进行调整。

3.如权利要求1所述的基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，其特征在于，所述处理单元，还用于产生调整指令发送至所述脉冲压缩单元。

4.如权利要求1所述的基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，其特征在于，所述子脉冲，进一步为采用13位巴克码且占空比较高的突发脉冲波形。

5.如权利要求1所述的基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，其特征在于，所述组合巴克码脉冲的每一组脉冲串之间采用组合巴克码。

6.如权利要求1所述的基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，其特征在于，所述压缩脉冲的子脉冲之间为高重频，脉冲串之间为低重频。

7.如权利要求1所述的基于组合巴克码突发脉冲的探测装置，其特征在于，所述处理单元，进一步为高性能的处理芯片、服务器和/或任意具有脉冲分析功能的装置。

Images