CN108983188B - 一种基于干涉成像高度计的雷达回波的搜索跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于干涉成像高度计的雷达回波的搜索跟踪方法，所述方法包括：步骤1)干涉成像高度计进入噪声测量子模式：在不同的AGC下采集***噪声，计算所有AGC下的***噪声等效幅度；步骤2)干涉成像高度计进入回波搜索子模式：设定采样范围，采样窗在采样范围内移动进行回波搜索；步骤3)在搜索到雷达回波后，干涉成像高度计转入脉冲簇测量子模式：采用高脉冲重复频率对采样窗进行调整，然后进行回波跟踪。本发明的方法通过设计三个子工作模式，实现了干涉成像高度计***噪声测量、大范围回波搜索和回波精细跟踪的功能，满足了干涉成像高度计在高脉冲重复频率下准确搜索跟踪雷达回波信号的要求。

Description

一种基于干涉成像高度计的雷达回波的搜索跟踪方法

技术领域

本发明涉及雷达高度计技术领域，尤其涉及一种基于干涉成像高度计的雷达回波的搜索跟踪方法。

背景技术

干涉成像高度计是一种新型雷达高度计，采用了短基线、小角度干涉测高的新技术体制。相对于传统雷达高度计，干涉成像高度计采用合成孔径技术和新型的高度跟踪技术实现海面高度的高精度测量，并具有宽刈幅和可成像的优点。但是由于干涉成像高度计需要进行方位向合成孔径，所以干涉成像高度计的脉冲重复频率远高于传统雷达高度计。为了满足干涉成像高度计在高脉冲重复频率下正常工作和稳定搜索回波信号的需求，需要根据其具体特点进行工作模式设计。目前，天宫二号所搭载的三维成像微波高度计在国际上首次验证了干涉成像高度计的工作机理。

发明内容

本发明的目的在于，针对干涉成像高度计的工作要求和特点，提供一种基于干涉成像高度计的雷达回波的搜索跟踪方法，可以满足干涉成像高度计在高脉冲重复频率下捕获跟踪雷达回波的要求。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于干涉成像高度计的雷达回波的搜索跟踪方法，所述方法包括：

步骤1)干涉成像高度计进入噪声测量子模式：在不同的AGC下采集***噪声，计算所有AGC下的***噪声等效幅度；

步骤2)干涉成像高度计进入回波搜索子模式：设定采样范围，采样窗在采样范围内移动进行回波搜索；

步骤3)在搜索到雷达回波后，干涉成像高度计转入脉冲簇测量子模式：采用高脉冲重复频率对采样窗进行调整，然后进行回波跟踪。

作为上述方法的一种改进，所述步骤1)具体为：所述干涉成像高度计不发射雷达信号，在不同的AGC下采集***噪声，则噪声的等效幅度A_noise为：

其中，A_noise为噪声等效幅度，N为采样窗内采样点数，x_n为第n个采样点的幅度值；记录所有AGC下的***噪声等效幅度。

作为上述方法的一种改进，所述步骤2)进一步包括：

步骤2-1)根据卫星位置计算雷达回波时延初始搜索值T_d：

其中，X，Y，Z为卫星位置，c为光速，R_E为地球半径；

步骤2-2)设定回波搜索范围ΔT，采样窗在(T_d-ΔT,T_d+ΔT)范围内移动并搜索回波；

步骤2-3)计算采样窗内回波数据的等效幅度A，并与相同AGC下的A_noise进行比较，若A＞S·A_noise，S为自定义因子，则判断搜索到回波，并记录此时的雷达回波时延T；

步骤2-4)当连续2次搜索到回波，转入步骤3)，否则，转入步骤2-2)。

作为上述方法的一种改进，所述回波搜索范围ΔT满足：ΔT＜T_s/2；其中，T_s为回波搜索子模式脉冲重复周期。

作为上述方法的一种改进，所述步骤3)进一步包括：

步骤3-1)在搜索到雷达回波后，干涉成像高度计转入脉冲簇测量子模式；计算雷达发射与接收信号之间的间隔脉冲数N_burst和脉冲簇测量子模式子脉冲重复周期PRT_b为：

N_burst＝floor(T/T_bmin) (3)

PRT_b＝T/N_burst (4)

其中，floor代表向下取整；T为步骤2)中搜索到回波时的雷达回波时延，T_bmin为脉冲簇测量子模式下最小脉冲簇重复周期；

步骤3-2)根据计算的N_burst和PRT_b参数，调整干涉成像高度计在脉冲簇测量子模式下的脉冲重复频率和发射接收信号间延时，对回波进行搜索；

步骤3-3)计算采样窗内回波重心G，调整采样窗位置，使回波处于采样窗重心处，对回波进行跟踪；

步骤3-4)计算采样窗内回波数据的等效幅度A，并与相同AGC下的A_noise进行比较，若A＜S·A_noise，则判断未搜索到回波；

步骤3-5)连续2次未搜索到回波，则判断回波位置不正确，转入步骤2)。

本发明的优点在于：

本发明通过设计三个子工作模式：噪声测量子模式，回波搜索子模式和脉冲簇测量子模式，实现了干涉成像高度计***噪声测量、大范围回波搜索和回波精细跟踪的功能，满足了干涉成像高度计在高脉冲重复频率下准确搜索跟踪雷达回波信号的要求。

附图说明

图1为本发明的基于干涉成像高度计的雷达回波的搜索跟踪方法的流程图；

图2为本发明的噪声测量子模式时序示意图；

图3为本发明的回波搜索子模式时序示意图；

图4为本发明的脉冲簇测量子模式时序示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供了一种基于干涉成像高度计的雷达回波的搜索跟踪方法。

本发明所设计的干涉成像高度计工作模式可描述为由噪声测量子模式，回波搜索子模式，脉冲簇测量子模式组成的工作模式，具体包括：

步骤1)：干涉成像高度计首先进入采噪声子模式，不发射雷达信号，只采集***噪声，如图2所示。由于***噪声幅度与接收机AGC(程控增益)有关，所以需要计算并记录所有AGC下的噪声等效幅度A_noise。等效幅度计算公式如下式所示。

其中A为等效幅度，N为采样窗内采样点数，x_n为第n个采样点的幅度值。

步骤2)：在记录完所有AGC下的***噪声等效幅度之后，干涉成像高度计进入回波搜索子模式，如图3所示。首先需要根据GPS参数中的卫星位置计算雷达回波时延T_d，表达式为：

其中X，Y，Z为GPS获得的卫星位置，c为光速，R_E为地球半径。

步骤3)：设定回波搜索范围ΔT，采样窗在(T_d-ΔT,T_d+ΔT)范围内移动并搜索回波，若回波搜索子模式脉冲重复周期为T_s，则要求T_s＞2ΔT。

步骤4)：计算采样窗内回波数据的等效幅度A，并与相同AGC下的A_noise进行比较，若A＞S·A_noise，则判断搜索到回波。其中S为自定义因子，代表对***信噪比的预期，即采样窗内回波等效幅度大于***噪声等效幅度S倍时，判断此时的回波为有效信号。

步骤5)：由于雷达回波信号强度会受到地表地形，云雨等外界条件的影响，回波信号不一定保持稳定。若出现在(T_d-ΔT,T_d+ΔT)范围内未搜索到回波的异常情况，应重新进行搜索，只有连续2次搜索到回波，才能判断稳定搜索到回波并转入脉冲簇测量子模式。

步骤6)：在转入脉冲簇测量子模式后，需要根据雷达回波时延，计算脉冲簇测量子模式的间隔脉冲数和子脉冲重复周期，如图4所示。设回波搜索子模式下，稳定搜索到回波时，雷达回波时延为T，脉冲簇测量子模式下最小脉冲簇重复周期为T_bmin，则雷达发射与接收信号之间的间隔脉冲数N_burst和脉冲簇测量子模式子脉冲重复周期PRT_b可以表示为：

N_burst＝floor(T/T_bmin) (3)

PRT_b＝T/N_burst (4)

其中floor代表向下取整。

根据计算的N_burst和PRT_b参数，调整干涉成像高度计在脉冲簇测量子模式下的脉冲重复频率和发射接收信号间延时，保证以高脉冲重复频率搜索到雷达回波；

步骤7)：计算采样窗内回波重心G，微调采样窗位置，使回波处于采样窗中心处。回波重心G的公式如下：

其中N为采样窗内采样点数，x_n为第n个采样点的幅度值。

步骤8)：计算采样窗内回波数据的等效幅度A，并与相同AGC下的A_noise进行比较，若A＜S·A_noise，则判断未搜索到回波，若出现异常，连续2次未搜索到回波，则判断回波位置不正确，应转入回波搜索子模式，重新搜索回波。

本发明已成功应用在天宫二号干涉成像高度计项目中。在该项目中，噪声测量子模式对***128个AGC值进行逐一测量，并记录各AGC下的噪声等效幅度。回波搜索子模式脉冲重复频率为1000Hz-1300Hz，采样窗可以在500us的大范围内进行回波搜索。脉冲簇子模式脉冲重复频率为15500Hz-16000Hz，采样窗在2us的范围内进行微调，对回波进行跟踪。在出现异常情况，比如目标后向散射系数较低，回波信噪比低，导致未能正常搜索或跟踪上回波时，***可以正确进行子工作模式切换，重新进入回波搜索子模式搜索回波。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于干涉成像高度计的雷达回波的搜索跟踪方法，所述方法包括：

步骤1)干涉成像高度计进入噪声测量子模式：在不同的AGC下采集***噪声，计算所有AGC下的***噪声等效幅度；

步骤2)干涉成像高度计进入回波搜索子模式：设定采样范围，采样窗在采样范围内移动进行回波搜索；

步骤3)在搜索到雷达回波后，干涉成像高度计转入脉冲簇测量子模式：采用高脉冲重复频率对采样窗进行调整，然后进行回波跟踪。

2.根据权利要求1所述的基于干涉成像高度计的雷达回波的搜索跟踪方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：所述干涉成像高度计不发射雷达信号，在不同的AGC下采集***噪声，则噪声的等效幅度A_noise为：

其中，A_noise为噪声等效幅度，N为采样窗内采样点数，x_n为第n个采样点的幅度值；记录所有AGC下的***噪声等效幅度。

3.根据权利要求2所述的基于干涉成像高度计的雷达回波的搜索跟踪方法，其特征在于，所述步骤2)进一步包括：

步骤2-1)根据卫星位置计算雷达回波时延初始搜索值T_d：

其中，(X，Y，Z)为卫星位置，c为光速，R_E为地球半径；

步骤2-2)设定回波搜索范围ΔT，采样窗在(T_d-ΔT,T_d+ΔT)范围内移动并搜索回波；

步骤2-3)计算采样窗内回波数据的等效幅度A，并与相同AGC下的A_noise进行比较，若A＞S·A_noise，S为自定义因子，则判断搜索到回波，并记录此时的雷达回波时延T；

步骤2-4)当连续2次搜索到回波，转入步骤3)，否则，转入步骤2-2)。

4.根据权利要求3所述的基于干涉成像高度计的雷达回波的搜索跟踪方法，其特征在于，所述回波搜索范围ΔT满足：ΔT＜T_s/2；其中，T_s为回波搜索子模式脉冲重复周期。

5.根据权利要求4所述的基于干涉成像高度计的雷达回波的搜索跟踪方法，其特征在于，所述步骤3)进一步包括：

步骤3-1)在搜索到雷达回波后，干涉成像高度计转入脉冲簇测量子模式；计算雷达发射与接收信号之间的间隔脉冲数N_burst和脉冲簇测量子模式子脉冲重复周期PRT_b为：

N_burst＝floor(T/T_bmin) (3)

PRT_b＝T/N_burst (4)

其中，floor代表向下取整；T为步骤2)中搜索到回波时的雷达回波时延，T_bmin为脉冲簇测量子模式下最小脉冲簇重复周期；

步骤3-2)根据计算的N_burst和PRT_b参数，调整干涉成像高度计在脉冲簇测量子模式下的脉冲重复频率和发射接收信号间延时，对回波进行搜索；

步骤3-3)计算采样窗内回波重心G，调整采样窗位置，使回波处于采样窗重心处，对回波进行跟踪；

步骤3-4)计算采样窗内回波数据的等效幅度A，并与相同AGC下的A_noise进行比较，若A＜S·A_noise，则判断未搜索到回波；

步骤3-5)连续2次未搜索到回波，则判断回波位置不正确，转入步骤2)。