CN114779177B - 一种频率分集波形的相参处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种频率分集波形的相参处理方法,继承常规频率分集体制雷达在空域中干扰条件下对目标的实时检测性能,同时为了进一步提高在非干扰条件下的检测性能,该方法采用时分复用的方式发射不同频率的信号,采用信道化接收机接收不同频率的信号,先利用脉宽的先验信息对同一目标不同频率的目标进行时间配对,再分别对距离和速度耦合项进行相位补偿,补偿完成后按离散多普勒值进行对应相加,完成多频率通道脉冲维的联合相参积累。
Description
技术领域
本发明涉及雷达脉冲领域,尤其涉及一种频率分集波形的相参处理方法。
背景技术
频率分集雷达是指在同一个脉冲重复周期中,采用多个发射机同时或近乎同时发射多个不同载频的脉冲的雷达体制。多个载频发射的方式主要有两种,包括:1、空间频率分集,如不同阵元发射不同频点的脉冲信号,最典型是近年来研究较多的FDA(频率分集阵列)雷达,与常规相控阵雷达不同,这种雷达体制能够产生距离依赖的雷达天线方向图;2、时间频率分集,即相继发射多个不同频点的脉冲信号,如常规雷达中常用的频率分集模式。这种模式一般需要多个发射机完成多个频率雷达信号的发射,但是由于依靠同一天线进行发射,因此通常采用分时发射方式。
本技术方案主要讨论常规体制雷达中常用的这种频率分集模式。这种模式与频率捷变体制有很多相似之处,前者是脉冲内频率跳变,而后者则是脉冲间频率跳变,因此频率分集在抗干扰的应用中与频率捷变技术一样都具有较大潜能。常规雷达工作在频率分集模式时,多个频率信号通过多个信道化接收机进行接收,后续处理相对独立,每一个接收机都独立地进行脉冲压缩、相参处理等,多个通道处理的结果可以选择在检测前先对多路通道接收信号,送入线性检波或者平方率检波后先进行非相参积累检测,再进行目标判决;或者将多通道接收信号先分别进行检测,再将多通道的检测结果按照N/M准则(如2/3准则表示有3个频率通道的信号输出,只要2个频率或2个频率以上的通道输出有目标,就可以判断为有目标)进行判决输出。
从以上常规处理的结果来看,主要问题是多个频率接收通道的处理基本上相互独立,在合并处理结果时,无论是检测前进行非相参积累还是检测后进行N/M准则判决,都属于非相参处理方式,主要原因是采用不同频率发射后,相同径向速度目标的多普勒频率不同,导致接收信号的相位变化不同,难以进行相参处理;相比于相参处理,虽然保留了频率变化在抗干扰和缓解目标起伏效应方面的优势,但是信噪比的积累有限,雷达有进一步提高检测性能的可能。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足,提供了一种频率分集波形的相参处理方法,能够实现针对时间频率分集信号的多通道联合相参处理。
为实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种频率分集波形的相参处理方法,包括以下步骤:
S1、分离混频回波信号中三个频点回波信号;
S2、对三个频点接收通道信号进行抽取配对,构建联合处理组;
S3、对相位进行补偿;先对距离进行补偿,然后对速度耦合项进行补偿。
进一步,所述S1中,分离出的三个频点回波信号,分别为:
所述混频回波信号为:
其中,假设每个脉冲重复周期内依次发射三个频点的线性调频子脉冲,子脉冲之间无时延,载频频点分别记作、和;为总时间,,为慢时间;为快时间;为发射信号脉冲重复周期;为脉内调频斜率;为发射的每个子脉冲脉宽;为第个发射信号;表示辛格包络函数,表示信号带宽,、和分别表示频点、和对应的信号波长;为目标的初始距离,为目标速度,为光速;为复数。
进一步,所述S2中,
对三个频点接收通道信号进行抽取配对,构建联合处理回波数组的具体方法为:
进一步,所述S3中,距离补偿为:
S302、得到补偿之后的联合处理组为
进一步,所述S3中,
速度耦合项补偿为:
S303、将联合处理组的多脉冲数据记作
记作:
进一步,对所述公式(3)中的耦合项进行速度补偿,得到变换结果为:
进一步,所述三个频点的相参积累值进行相加合并,为:
本发明的有益效果为:该方法克服了常规频率分集体制雷达进行处理时,多采用非相参处理时造成的检测性能损失,实现了多个频率通道回波信号的联合相参处理。
该方法利用脉压后不同频率脉冲补偿后相参相加,消除了频率变化与距离、速度的耦合相位干扰项,实际上是一种解耦合处理。
构建不同场景下的处理模式,利用回波数据对干扰信号实时监测,实现不同处理模式的选择,提高了算法的场景适应性。
附图说明
图1 为本发明一种频率分集波形的相参处理方法的示意图;
图2为频率分集波形示意图;
图3为未采用本技术方案的相参处理结果图;
图4为采用本技术方案的相参处理结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合附图,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
请参阅图1,为完成后续的技术方案说明,首先构建本技术方案选取的时间频率分集信号回波模型。
频率分集雷达在改善目标起伏、杂波去相关和抗干扰方面具有较多的优点,在抗干扰应用方面,通常采用非相参积累的方式处理不同频率的回波信号,以提高雷达目标检测性能;但是非相参处理相对于相参处理来说,仍存在性能提升空间;
因此,本技术方案希望采用一种处理方式能够实现频率分集信号的脉内相参处理。
作为一种具体的实现,以三频率分集信号作为发射信号为例,不失一般性,整个方案处理流程也可拓展到多频率分集信号中;
作为一种具体的实现,假设每个脉冲重复周期内依次发射三个频点的线性调频子脉冲,子脉
然后进行混频处理到零中频,并进行脉冲压缩,假设目标远离雷达且定义目标远离雷达的方向为正,其回波信号可以表示为:
即混频回波信号为:
其中,假设每个脉冲重复周期内依次发射三个频点的线性调频子脉冲,子脉冲之间无时延,载频频点分别记作、和;为总时间,,为慢时间;为快时间;为发射信号脉冲重复周期;为脉内调频斜率;为发射的每个子脉冲脉宽;为第个发射信号;表示辛格包络函数,表示信号带宽,、和分别表示频点、和对应的信号波长;为目标的初始距离,为目标速度,为光速;为复数。
若要实现多个频率通道的联合相参处理,应该着重解决两个问题:
所述S2中,对三个频点接收通道信号进行抽取配对,构建联合处理回波数组的具体方法为:
这样可以保证,若存在目标回波,则处理时可将多个频率接收通道中的同一目标进行联合处理。
再解决相位上的补偿问题。前面指出,频率变化导致距离和速度都出现了耦合项,对相参处理都存在比较严重的影响。
所述距离补偿为:
S302、得到补偿之后的联合处理组为
然后对速度耦合项进行补偿,由于目标的速度未知,因此对速度进行遍历,针对联合处理组的多脉冲数据进行联合相参处理,所述速度耦合项补偿为:
S303、将联合处理组的多脉冲数据记作
对所述公式(3)中的耦合项进行速度补偿,得到变换结果为:
由于距离和速度的耦合项都按照速度值进行补偿,因此可以直接将三个频点的相参积累值进行相加合并;
所述三个频点的相参积累值进行相加合并,为:
以上就是整个三频点分集波形的相参处理流程。
频率分集雷达在改善目标起伏、杂波去相关和抗干扰等方面具有较多的优点。时间频率分集是频率分集雷达常用的一种方式,在一个脉冲重复周期内同时发射多个频率的雷达信号,同时采用多个接收机独立进行接收,这种处理方式最大的问题在于多个频率的回波信号一般根据该频率接收通道独立进行处理,最后选通某一频率通道信号输出或者对多频率通道输出进行非相参积累,以提高其抗干扰性能或者目标检测性能;显然,多频率通道接收数据联合处理的性能高于选通单一频率通道信号,相参积累的性能高于非相参积累。
为了进一步理解本发明的上述技术方案,以下就本技术方案的综合应用方式做详细描述:
根据结果一般可以分为三种情况:
(1)未发现干扰信号,则按照本文中相参处理方法,能够尽可能提高信噪比;
(2)发现一个频点受到干扰,则另外两个频点独立进行相参处理后,再进行非相参积累,降低虚警概率提高检测概率;
(3)发现两个频点受到干扰,则根据剩下一个频点独立相参处理。
为了进一步理解本发明的上述技术方案,以下就本技术方案的仿真参数设计做详细描述:
发射三频率分集的线性调频子脉冲信号,每个子脉冲的脉宽为20us,带宽为1MHz,载频分别为350MHz、400MHz和450MHz,脉冲重复周期为500us,目标位于100km处,径向速度100m/s,相参积累脉冲数为20。
图3给出了未采用本技术方案的相参处理结果,一个目标分成三个目标,位于不同的距离单元和多普勒单元;
图4为本技术方案的相参处理结果,经过相参处理后,只存在一个峰值。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求。
Claims (6)
1.一种频率分集波形的相参处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、分离混频回波信号中三个频点回波信号;
S2、对三个频点接收通道信号进行抽取配对,构建联合处理组;
S3、对相位进行补偿;先对距离进行补偿,然后对速度耦合项进行补偿;
所述S1中,分离出的三个频点回波信号,分别为:
所述混频回波信号为:
其中,假设每个脉冲重复周期内依次发射三个频点的线性调频子脉冲,子脉冲之间无时延,载频频点分别记作、和;为总时间,,为慢时间;为快时间;为发射信号脉冲重复周期;为脉内调频斜率;为发射的每个子脉冲脉宽;为第个发射信号;表示辛格包络函数,表示信号带宽,、和分别表示频点、和对应的信号波长;为目标的初始距离,为目标速度,为光速;为复数;
所述S2中,对三个频点接收通道信号进行抽取配对,构建联合处理回波数组的具体方法为:
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