CN106950545B - 一种双频发射方式及基于双频实时处理的杂波抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及雷达总体设计和信号处理领域，特涉及一种双频发射方式及基于双频实时处理的杂波抑制方法。本发明在有限的波束驻留时间内，通过有效的发射方式与相应的处理方法，在波束驻留时间内，增加了近距离脉冲回波数目，提升了杂波抑制能力，解决了杂波抑制与时间资源矛盾的问题。

Description

一种双频发射方式及基于双频实时处理的杂波抑制方法
技术领域
本发明涉及雷达总体设计和信号处理领域中的一种双频发射方式及基于双频实时处理的杂波抑制方法，具体涉及一种提升杂波抑制能力的方法，可广泛用于脉冲雷达的***设计中。
背景技术
杂波环境是由分布在地球表面的、大量的散射单元(例如地形、地物、海浪)或分布在某个空间体积中的散射单元(例如气象反射和金属箔条)所引起的，如不采取有效措施，将严重影响地面雷达低空探测性能。杂波抑制能力是指雷达在探测过程中对来自地面、海面、空中等区域干扰杂波的抑制能力，是评价现代雷达性能的一项重要指标。雷达在探测低空目标时，对于这种地杂波干扰信号，地面雷达一般通过MTD/PD等多普勒滤波的措施抑制杂波。
采用MTD/PD等多普勒滤波取得的抑制效果与脉冲积累时间紧密相关，积累时间越长、脉冲数目越多对应的频率分辨率就越高，相应的抑制效果越好，但是，由于雷达要进行全方位的扫描，在各方位上的波束驻留时间的一定的。为了兼具远距离和近距离的全程探测，通常采用长脉冲进行远距离探测和短脉冲进行近距离探测的工作方式，在波束驻留时间内，传统的工作时序一般有两种，一、远距离与近距离交替发射不同脉宽、相同重复周期的波形，此时近距离与远距离具有相同的脉冲数目和最大的积累时间，两者杂波抑制能力相同；二、远距离与近距离独立发射不同脉宽、不同重复周期的波形，可根据需求调整远距离或近距离的脉冲数目，两者在波束驻留时间内的脉冲数和对应的积累时间可以不同，当分配更多的时间用于近距离产生更多的脉冲数量，以提升近距离杂波抑制能力时，远距离相应的积累时间会有所减少，从而导致雷达探测威力的下降。
上述传统的工作时序中，波束驻留时间限制了杂波抑制能力的提升，但是由于天线转速、波束宽度等基本指标的限制，波束驻留时间是相对固定的，此时就存在杂波抑制与时间资源矛盾的问题。
发明内容
本发明将针对传统模式中的该矛盾，给出一种双频发射方式及基于双频实时处理的杂波抑制方法。本发明在有限的波束驻留时间内，通过有效的发射方式与相应的处理方法，获取最佳的积累时间和脉冲数量，提升杂波抑制能力。
本发明的技术方案是：一种双频发射方法，其特征在于：在一个发射周期内包括一个长脉冲和两个短脉冲，长脉冲时间宽度大于短脉冲时间宽度的10倍以上，长脉冲中心频率与短脉冲中心频率为不同的频率，首先发射长脉冲，在发送结束后，立即发送第一个短脉冲，第一个短脉冲发射起始时刻间隔固定时间后，发射第二个短脉冲，然后重复以上一个发射周期内的波形发射。
根据如上所述的双频发射方法，其特征在于：所述的第一个短脉冲发射与第二个短脉冲发射间隔半个发射周期。
本发明还公开了一种基于双频实时处理的杂波抑制方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤一、产生双频发射波形，双频发射波形产生方法为：在一个发射周期内包括一个长脉冲和两个短脉冲，长脉冲时间宽度大于短脉冲时间宽度的10倍以上，长脉冲中心频率与短脉冲中心频率为不同的频率，首先发射长脉冲，在发送结束后，立即发送第一个短脉冲，第一个短脉冲发射起始时刻间隔固定时间后，发射第二个短脉冲，然后重复以上一个发射周期内的波形发射；
步骤二、双频信号接收处理的步骤，具体包括以下步骤：
a、雷达射频回波信号经过模拟的下变频处理后得到中心载频为零的宽带模拟信号；
b、宽带模拟信号经过A/D转换之后，转换为两路数字信号，其中一路数字信号通过频率为if1的本振信号进行数字混频，将长脉冲信号中心频率搬移至零频，得到长脉冲零中频预处理信号，另一路数字信号通过频率为-if2的本振信号进行数字混频，将短脉冲信号中心频率搬移至零频，得到短脉冲零中频预处理信号；
c、设置低通带宽与信号带宽一致的低通滤波器，对长脉冲零中频预处理信号进行低通滤波处理，滤除带外频率分量之后，得到对应的长脉冲的零中频信号；对短脉冲零中频预处理信号进行低通滤波处理，滤除带外频率分量之后，得到对应的短脉冲的零中频信号；其中，if1和if2分别为长脉冲、短脉冲相对于当前工作频率点中心频率的偏移频率量；
步骤三、杂波抑制的步骤。
根据如上所述的基于双频实时处理的杂波抑制方法，其特征在于：所述的第一个短脉冲发射与第二个短脉冲发射间隔半个发射周期。
本发明的有益效果是：在波束驻留时间内，增加了近距离脉冲回波数目，提升了杂波抑制能力，解决了杂波抑制与时间资源矛盾的问题；长短脉冲使用了不同的载频，可以实现在长脉冲接收区间同时接收短脉冲的回波，而且两者不产生串扰；短脉冲发射脉冲数目多于同方位波位覆盖的长脉冲数目，增加了近距离杂波区回波脉冲数目，提高近距离杂波的多普勒分辨率，在有限的波束驻留时间内，提升了近距离的杂波抑制能力。
附图说明
图1为工作时序图；
图2为双频接收处理流程示意图。
具体实施方式
名词解释：
MTD：动目标检测。
PD：脉冲多普勒。
以下结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
本发明的双频发射方法，在一个发射周期内包括一个长脉冲和两个短脉冲，长脉冲时间宽度最好大于短脉冲时间宽度的10倍以上，长脉冲中心频率与短脉冲中心频率为不同的频率，首先发射一个长脉冲，在发送结束后，立即发送第一个短脉冲，第一个短脉冲发射起始时刻间隔固定时间后，发射第二个短脉冲，然后重复以上一个发射周期内的波形发射。
本发明中，第一个短脉冲发射与第二个短脉冲发射最好间隔半个发射周期。这样在一个接收周期内，第一个回波包括长脉冲中心频率与短脉冲中心频率两种频率的回波，而第二回波只包括短脉冲中心频率回波，其任意两个短脉冲中心频率都相距半个频率周期，便于信号处理和发射接收***的设计，同时具有双倍的脉冲回波数量，在满足全距离、全空域覆盖的情况下，可以利用的回波数量更多，可实现更高的地杂波中目标可见度，提高低空探测性能。
本发明的基于双频实时处理的杂波抑制方法，包括下述步骤：
步骤一、产生双频发射波形：
按照如图1所示产生双频发射波形，适用于长脉冲时间宽度wt1远大于短脉冲时间宽度wt2的脉冲压缩雷达，长脉冲时间宽度最好大于短脉冲时间宽度的10倍以上，例如长脉冲宽度为wt1＝600us，短脉冲宽度为wt2＝20us。首先发送中心频率为f1、脉冲宽度为wt1的长脉冲，在长脉冲发送结束后，紧接着发送中心频率为f2脉冲宽度为wt2的第一个短脉冲，在等待相距第一个短脉冲发射起始时刻Tr2时间后，发送第二个短脉冲，第二个短脉冲接收后，当前重复周期结束，接着等待相距长脉冲发射起始时刻Tr1时间后，开始下按照上述周期重复发射的长、短脉冲。
通过上述时序，在长脉冲的一个重复周期Tr1内，短脉冲的重复周期为Tr2，短脉冲的重复周期是长脉冲的二分之一，那么，在雷达***中，负责探测近距离的短脉冲相对于负责远距离探测的长脉冲，具有双倍的脉冲回波数量，在满足全距离、全空域覆盖的情况下，可以利用的回波数量更多，可实现更高的地杂波中目标可见度，提高低空探测性能。
在保证每个短脉冲对应的接收回波区域近距离威力覆盖的前提下，可以考虑在一个周期内发射三个或更多的短脉冲，进一步提高杂波的抑制能力。
步骤二、双频信号接收处理
双频工作情况下，信号接收处理流程图如图2所示。处理过程如下：
1、雷达射频回波信号SRF中，同时包括了长脉冲和短脉冲的射频回波信号，长脉冲回波信号对应的中心频率f1＝f0-if1，短脉冲回波信号对应的中心频率为f2＝f0+if2，其中if1和if2为长、短脉冲相对于当前工作频率点中心频率f0的偏移频率量。
2、雷达射频回波信号SRF经过模拟的下变频处理后得到中心载频为零的宽带模拟信号SIF，包括了长、短脉冲的中频信息；
3、宽带模拟信号SIF经过A/D转换之后，转换为数字信号S12，接着，一方面，S12通过频率为if1的本振信号进行数字混频，将长脉冲信号中心频率搬移至零频，得到长脉冲零中频预处理信号S10，该信号包含长脉冲零中频信号和中心频率为if1+if2的短脉冲信号，另一方面，S12通过频率为-if2的本振信号进行数字混频，将短脉冲信号中心频率搬移至零频，得到短脉冲零中频预处理信号S20，该信号包含短脉冲零中频信号和中心频率为-(if1+if2)的长脉冲信号；与常规的信号处理方式不同，本步骤中，通过两次提取长脉冲零中频信号、短脉冲零中频信号。
4、设置低通带宽与信号带宽一致的低通滤波器，对长脉冲零中频预处理信号S10进行低通滤波处理，滤除带外频率分量之后，得到对应的长脉冲的零中频信号S1，同时，对短脉冲零中频预处理信号S20进行低通滤波处理，滤除带外频率分量之后，得到对应的短脉冲的零中频信号S2。
步骤三、杂波抑制
杂波抑制过程采用MTD/PD进行处理，由于短脉冲S2的脉冲回波数目是长脉冲S1脉冲回波数目的2倍，后续MTD/PD等杂波抑制处理过程中，提升了短脉冲对应的杂波抑制能力。

Claims (1)

1.一种基于双频实时处理的杂波抑制方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤一、产生双频发射波形，双频发射波形产生方法为：在一个发射周期内包括一个长脉冲和两个短脉冲，长脉冲时间宽度大于短脉冲时间宽度的10倍以上的脉冲压缩雷达，长脉冲中心频率与短脉冲中心频率为不同的频率，首先发射长脉冲，在发送结束后，立即发送第一个短脉冲，第一个短脉冲发射起始时刻间隔固定时间后，发射第二个短脉冲，然后重复以上一个发射周期内的波形发射；
步骤二、双频信号接收处理的步骤，具体包括以下步骤：
a、雷达射频回波信号经过模拟的下变频处理后得到中心载频为零的宽带模拟信号；
b、宽带模拟信号经过A/D转换之后，转换为两路数字信号，其中一路数字信号通过频率为if1的本振信号进行数字混频，将长脉冲信号中心频率搬移至零频，得到长脉冲零中频预处理信号，另一路数字信号通过频率为-if2的本振信号进行数字混频，将短脉冲信号中心频率搬移至零频，得到短脉冲零中频预处理信号；
c、设置低通带宽与信号带宽一致的低通滤波器，对长脉冲零中频预处理信号进行低通滤波处理，滤除带外频率分量之后，得到对应的长脉冲的零中频信号；对短脉冲零中频预处理信号进行低通滤波处理，滤除带外频率分量之后，得到对应的短脉冲的零中频信号；其中，if1和if2分别为长脉冲、短脉冲相对于当前工作频率点中心频率的偏移频率量；
步骤三、杂波抑制的步骤；杂波抑制过程采用MTD/PD进行处理，所述的第一个短脉冲发射与第二个短脉冲发射间隔半个发射周期，短脉冲的重复周期是长脉冲的二分之一。
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