[发明专利]一种用于动目标雷达截面积测量的距离与多普勒匹配方法

摘要

本发明属于无线电测量领域技术领域，具体的说是涉及一种用于动目标雷达截面积测量的距离与多普勒匹配方法。本发明提出了一种用于动目标雷达截面积(RCS)测量的距离多普勒高精度匹配方法，通过带时移的匹配滤波器域和频域细分法实现距离和多普勒的高精度匹配，从而获取高精度的RCS测量值。与传统脉冲压缩方法相比，该方法通过带时移的匹配滤波器明显减小了距离域能量起伏；与传统多普勒滤波器组方法相比，频域细分法明显减小了多普勒域的能量起伏。本发明与传统方案相比，利用信号处理方法，减小了距离域与多普勒域的匹配误差，从而获取高精度的RCS测量值。

主权项

1.一种用于动目标雷达截面积测量的距离与多普勒匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：a.雷达向待测动目标发射脉冲重复周期为T_r的线性调频脉冲信号s(t)，s(t)表示为如下公式1：其中p(t)为如下公式2：公式1和公式2中，T_p为脉冲宽度，K为调频率，f_c为载波频率，m表示为第m个脉冲，为矩形窗函数，定义为如下公式3：b.雷达接收经待测动目标反射后的雷达回波信号，经下变频、滤波处理后，得到雷达基带回波信号S_r(t)，S_r(t)表示为如下公式4：公式4中，A_σ为包含动目标RCS的回波信号电平，c为光速，R为待测动目标到雷达的瞬时距离，λ为雷达的工作波长；c.对雷达基带回波信号S_r(t)进行采样，采样率为f_s≥1/B，其中B为发射信号带宽，且B＝K·T_p，获得N点雷达基带回波信号序列s(n)，其中N为单个脉冲重复周期内的采样点数，即其中，表示为向下取整；d.根据发射信号的脉冲宽度T_p，信号采样率f_s，计算出雷达发射脉冲信号的采样点数e.连续采集M个重复周期的雷达回波信号，构成M×N的雷达基带回波信号矩阵S，对回波信号矩阵S通过带时移的匹配滤波器进行脉冲压缩处理，具体方法包括以下步骤：e1.根据如下公式5设计匹配滤波器的参考函数，得到k组点数均为N₁的参考函数h_i(n)；其中k为时移组数；e2.对第一个雷达基带回波信号序列s₁(n)和k组参考函数h_i(k,n)作n_fft点的FFT变换，n_fft≥N,n_fft＝2^l且l为使得N+N₁和2^l之间差值的最小值；信号FFT如下公式(6)所示：参考函数FFT如下公式(7)所示：e3.将S₁(ω)分别与H_i(ω)相乘，得Y_i(ω)＝S₁(ω)H_i(ω),i＝1,2,…,k；e4.根据如下公式(8)求得Y_i(ω)的n_fft点IFFT，得s₁(n)带时移的脉冲压缩结果；e5.利用冒泡法分别求得这k个序列幅度值中每列的最大值，再次比较这些最大值，选取最大值所在的序列作为第一个重复周期雷达回波信号的脉冲压缩结果，赋给脉冲压缩矩阵S₁的第一行，同时记录该结果所对应的时移组k_T；e6.根据最大值所对应的距离单元n_max和时移组k_T，由如下公式(9)计算出待测动目标离雷达的精确距离R_r：e7.对第2至M个雷达基带回波信号序列s_w(n)，w∈[2,3,…,M]作n_fft点的FFT变换，信号FFT如下公式(10)所示：e8.将S_w(ω)分别与第k_T组参考函数的频域响应相乘，得e9.根据如下公式(11)求得Y(w,ω)的n_fft点IFFT，得s_w(n)的脉冲压缩结果：e10.将第2至M个重复周期雷达回波信号的脉冲压缩结果，赋给脉冲压缩矩阵S₁的第2至M行，得到所有M个重复周期的脉冲压缩结果；f.将矩阵S₁的第1到N列分别做FFT得到一个新的M×N的矩阵MTD，用S₁(m,n)表示矩阵S₁的第m行第n列的元素，MTD(u,n)表示矩阵MTD的第u行第n列的元素，FFT如下公式(12)所示：g.对矩阵MTD的每一列按冒泡排序法求出最大幅值和最大幅值处的行数记为L，再比较这N个最大值得到一个最大值和这个最大值所在的列Row；h.由如下公式(13)求出回波中频(f₀)的粗略值：由如下公式(14)计算出Chirp_z变换的初始频点f₁：由如下公式(15)计算出Chirp_z变换的结束频点f₂：其中,f_r为脉冲重复频率，f_r＝1/T_r；i.对S₁的第n_max列做Chirp_z变换，得到一个M1的序列，其中M1为细化的点数；变换的方法包括以下步骤：i1.选择一个最小的整数L1，使其满足L1≥M+M1‑1，同时满足L1＝2^m1，m1为任意正整数；i2.将长度为M的序列补0或者任意值，使序列长度变为L1，并利用FFT法求此序列的L1点离散傅里叶变换DFT，其中：A₀表示起始取样点的半径长度，通常A₀≤1；θ₀表示起始取样点Z₀的相角，θ₀＝2πf₁/f_s；表示两相邻点之间的等分角i3.根据如下公式(16)求h(n)：用FFT法求h(n)的L1点DFT,i4.将H(r)和G(r)相乘，得Q(r)＝H(r)G(r)，Q(r)为L1点频域离散序列；i5.用FFT法求Q(r)的L1点DFT，得h(n)和g(n)的圆周卷积q(n)，如下公式17所示：公式17中，前M1个值等于h(n)和g(n)的线性卷积结果[h(n)*g(n)]；i6.采用如下公式18求x(z_k)：j.用冒泡排序法求x(z_k)幅值的最大值Y_r；k.在微波暗室中，依据步骤b至j的方法测量标准的金属圆球的接收机幅度值Y₀以及标准金属圆球与雷达的距离R₀，此时标准金属球的RCS值σ₀已知，为降低雷达发射机和接收机功率，该测试可在发射机上增加一个衰减器以降低雷达的辐射功率；l.根据公式(19)求得待测动目标的一个RCS测量值；m.重复步骤a至步骤l共K次，得到待测动目标的K个RCS测量值σ_k，k∈[1,2,…,K]，求取平均RCS测量值作为待测动目标的RCS值。