CN112379337A - 长、短脉冲结合脉冲压缩雷达近距离虚警消除方法 - Google Patents

长、短脉冲结合脉冲压缩雷达近距离虚警消除方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种对脉冲压缩雷达中远处目标滤波后导致近距离产生虚警问题的解决办法，属于脉冲体制雷达信号处理领域。本发明通过对数字下变频后的脉冲幅度以及脉冲宽度进行检测，找出干扰脉冲，对干扰脉冲进行抑制，从而解决了脉冲压缩后在近距离产生虚警的问题。本发明提出的方法，不仅可以解决近距离产生虚警的问题，而且已经在FPGA中实现，时间资源利用率高，也没有增加后续信号处理的复杂度。

Description

长、短脉冲结合脉冲压缩雷达近距离虚警消除方法
技术领域
本发明涉及脉冲压缩雷达中由远处目标长脉冲回波滤波后对近距离造成虚警问题的解决，属于脉冲体制雷达信号处理领域。
背景技术
传统的脉冲体制雷达在探测距离和距离分辨力上有着不可调和的矛盾，脉冲压缩技术很好地解决了这一矛盾，既可以有长脉冲的发射功率，又能得到短脉冲的距离分辨力。早期脉冲体制雷达为了解决搜索时近距离遮挡的问题，通常会在发射端先发射短脉冲，对近距离段进行信号采集；然后发射长脉冲，对远距离段进行信号采集，其时序如图1所示。显然这种工作方式在时间资源上有着很大的浪费。因此现在雷达大多采用如图2所示的工作方式，先发射一个长脉冲再发射一个短脉冲，两个采样门同时开始采集信号。
采用图2所示工作模式后，为了将长脉冲和短脉冲区分开，避免二者互相干扰，在发射端采取将长脉冲和短脉冲调制到不同的频率上，在频谱上将二者区分开来的方法；接收端设置两组滤波器，通过设置NCO数控振荡器产生不同混频频率，分别对二者进行滤波处理，如图3所示。
然而实际中滤波器无法对带外的脉冲信号完全滤除，这是由于脉冲信号在从无到有或者从有到无的过程中，包含了很丰富的频率，这些频率中必然有滤波器通带内的频率。因此，滤波后的时域上会出现一个很窄很弱的sinc状干扰脉冲，如图4所示。
当回波信号处于图6所示状况时，用于探测近距离的短脉冲回波已经离开了近距离采样门，而用于探测远距离的长脉冲却被近距离的采样门采集到，并进行了数字下变频和脉冲压缩处理。由于数字下变频中包含了滤波的过程，而长脉冲的频率都处于第二组滤波器(DDC2)的通带之外，因此就产生了图4所示sinc状干扰脉冲，在经过脉冲压缩处理时，短脉冲的匹配系数与一个非常窄的脉冲进行匹配滤波，结果会产生一个比较窄的脉冲，如图5所示，导致近距离段的虚警。
发明内容
本发明针对脉冲信号滤波后带外干扰脉冲产生的虚警问题，提出了一种对干扰脉冲进行检测和抑制的方法。该方法对近距离采样门采集到的信号进行时域检测，判断信号中的脉冲是干扰脉冲还是正常回波脉冲，对干扰脉冲进行抑制，从而解决滤波后干扰脉冲造成的虚警问题。
带外脉冲信号滤波后产生的干扰脉冲成sinc函数状，除了幅度很弱之外，其脉冲宽度也很窄，这为检测干扰脉冲提供了依据。
本发明实现步骤概括如下：
步骤一：检测到接收信号有超出预设的幅度门限的脉冲。
步骤二：步骤一中检测到的脉冲宽度没有超出预设的脉冲宽度门限。
步骤三：将数据进行缓存，记录脉冲最大值的位置。
步骤四：输出缓存数据时，将脉冲最大值附近的数据置零。
本发明提出的方法，不仅可以解决远处目标在近距离产生虚警的问题，而且已经在FPGA中实现，时间资源利用率高，也没有增加后续信号处理的复杂度。
附图说明
图1：早期脉冲压缩雷达工作模式，浪费时间资源；
图2：现在脉冲压缩雷达工作模式，时间资源利用率高；
图3：两组滤波器将不同载频的长短脉冲分离；
图4：带外脉冲信号经过滤波后产生sinc函数状的干扰脉冲；
图5：滤波后sinc状干扰脉冲进行脉冲压缩后的结果；
图6：出现近距离虚警时的回波时序示意图；
图7：导致近距离处虚警的FPGA脉冲压缩结果；
图8：本方法对干扰脉冲抑制效果MATLAB仿真；
图9：利用本方法抑制干扰脉冲的FPGA脉压结果；
具体实施方式
本方法是为了解决工程实践中遇到的实际问题而提出的。下面结合附图和实例对本发明技术方案进行进一步解释。
在理想情况下，通过对滤波器的带宽进行严格限制，可以很好地完成滤波功能。例如，本方法所应用的项目中，调频信号带宽为5MHz，长脉冲和短脉冲中心频率相差10MHz，采用图3中所示滤波器组，可以将长、短脉冲分离开来。理想的滤波结果中，滤波后信号中只有噪声，则脉冲压缩后不会对后续检测产生任何影响。当长脉冲和短脉冲的回波都被同一个采样门(以短脉冲采样门为例)采到时，由于短脉冲滤波器的滤波作用，长脉冲滤波后残留的干扰脉冲也不会对目标检测产生任何影响。
然而当图6所示情况发生时，短脉冲采样门只采到了长脉冲的回波信号，滤波后残留的干扰脉冲将对脉冲压缩产生主要影响，图5中的输入信号即是滤波后的干扰脉冲。图7为图6所示情况下FPGA脉冲压缩结果，前210点为近距离短脉冲脉压结果，后770点为远距离长脉冲脉压结果，其中红色部分即是图6所示情况产生的虚警脉冲。
本发明针对这种产生虚警的状况，重点研究如何检测到近距离段的干扰脉冲并将其抑制掉。具体实现过程如下：
(一)首先设置一个信号幅度门限A和脉冲宽度门限K，对滤波后的信号进行幅度和脉冲宽度的检测。当信号超出幅度门限A时，认为是非噪声的信号；当脉冲宽度超出宽度门限K时，认为是正常回波信号。这是由于干扰脉冲都非常窄，因此将脉冲宽度作为干扰脉冲和正常回波脉冲的主要区别特征。这里将A暂定为100；将K暂定为1.5us，对应数据点数为15点。
(二)滤波器输出的有效数据到来后，将数据写入FIFO中进行缓存。对写入FIFO的数据进行幅度和宽度的检测，记录并缓存干扰脉冲峰值的位置。数据全部输入FIFO之后，将FIFO中的数据导出，在导出数据时，将干扰脉冲峰值位置处左右各M点的数据置成零，暂定M为12。
下面将详细叙述对干扰脉冲的检测和置零过程。
(三)检测信号幅度。首先判断数据是否有超出门限幅度A的值，若没有，则认为输入数据全为噪声，将虚警标志位拉低。这里A的选定要高于***噪声，但是又不能高出太多，否则会影响对干扰脉冲的检测。FPGA中经过数字下变频后的数据分为正交的I路和Q路，干扰脉冲的尖峰可能在I路为负在Q路为正，也可能正好相反，因此检测时可以设置判断条件为I路或Q路数据超出了门限A。下面检测峰值点位置时同理。
(四)记录峰值点位置。在(三)的基础上，判断当前位置的数据是否为峰值顶点。由于干扰脉冲为sinc状函数曲线，在超出幅度门限A的部分先增大后减小，只有一个极值点。因此如果当前数据比周围数据都大时，将其位置记录下并缓存，此处用信号index表示其位置。由于FIFO在写入和读出数据时都有计数器，因此数据位置可以通过计数器来标记。
(五)检测脉冲宽度。在(三)的基础上，判断超出门限K的脉冲宽度。脉冲的宽度和数据点数是一一对应的，因此通过检测点数来判断脉冲宽度。设置一个计数器id_cnt，每当有一个点超出门限幅度A时，计数器id_cnt加1。一个PRT结束时，若id_cnt的值没有超出脉冲宽度门限K，则认为有干扰脉冲，会有虚警，将虚警标志位拉高，继续执行步骤(六)。反之，id_cnt的值超出了K，则认为是正常回波脉冲，此时干扰脉冲已经不会对信号检测造成影响，将虚警标志位拉低，让FIFO正常输出数据即可。
(六)去掉干扰脉冲。在(五)的基础上，FIFO输出数据时进行计数，计数器为rd_cnt。(四)中已经记录了峰值位置index，当rd_cnt的值在(index-M，index+M)之间时，将FIFO输出数据替换为0，从而去掉干扰脉冲。Index的值可以有多个，表示干扰脉冲有多个，在FIFO输入数据时对index进行缓存。FIFO开始输出数据时更新一次index的值，以后每当rd_cnt的值达到index+M+1时，更新一次index值，直到FIFO将数据全部输出，index清零。
由于短脉冲点数少，往往时序上有很充足的余量，因而经过时序验证，本方法并没有增加时序上的紧张度，也没有增加后续信号处理的复杂度。
图8为本方法的MATLAB仿真结果，其中红色曲线为使用本方法后的结果。从中可以看出，原本脉冲信号进行滤波后产生一个干扰脉冲，脉压后会有一段虚警脉冲；使用本方法处理后，干扰脉冲被抑制掉，脉压后的虚警也得以解除。
图9为本方法FPGA测试结果。与图7进行对比，可以看到使用本方法后，近距离段脉压后的虚警脉冲已经消除。

Claims (3)

1.一种长、短脉冲结合脉冲压缩雷达近距离虚警消除方法，其特征在于：采用长+短脉冲模式的脉冲压缩体制雷达，对近距离范围内的信号通过设置幅度门限和脉冲宽度门限进行检测，对滤波后很窄的干扰脉冲进行抑制。
2.根据权利要求1所述的一种解决脉冲压缩雷达近距离虚警的方法，其特征在于如下步骤：
步骤一：检测到接收信号有超出预设的幅度门限的脉冲。
步骤二：步骤一中检测到的脉冲宽度没有超出预设的脉冲宽度门限。
步骤三：将数据进行缓存，记录脉冲最大值的位置。
步骤四：输出缓存数据时，将脉冲最大值附近的数据置零。
3.根据权利要求1所述的一种解决脉冲压缩雷达近距离虚警的方法，其特征在于：长脉冲和短脉冲中心频率不在同一个频点上，可以通过滤波器分隔开来。
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