一种脉冲压缩和差测距方法与流程

1.本发明属于雷达信息处理技术领域，具体涉及一种脉冲压缩和差测距方法。


背景技术：

2.雷达通过测量目标回波的延迟时间来测量目标距离。脉冲压缩雷达发射脉冲宽度和带宽都足够大的信号，通过对接收信号脉冲压缩处理，可以获得较高的距离分辨力。在大多数现代雷达中，脉冲压缩通常优先选择数字处理。在数字脉冲压缩处理中，通常将雷达的作用距离离散为多个距离门，而距离门的精度受限于采样率，这限制了雷达的距离测量精度。在目前应用中，通常对目标位置的相邻距离门按幅度进行加权，以提高距离测量的精度。然而，该方法的测量精度受目标在整距离刻度偏移的影响较大。随着目前各行业对雷达距离测量精度要求的提高，该方法越来越难以满足要求。因此，进一步提高数字脉冲压缩距离测量精度的方法是现代雷达的一项重要任务。


技术实现要素：

3.本发明目的在于实现一种脉冲压缩和差测距方法，提高数字脉冲压缩的距离测量精度，使其突破距离门精度的限制，在大部分距离偏差、信噪比（snr）情形下比幅度加权方法有更高的距离测量精度。本技术的主要过程为：将参考信号分为左右各一半，分别计算并存储频域脉冲压缩系数，分别使用这两组频域脉冲压缩系数，对雷达接收ad信号进行脉冲压缩，然后对两组脉冲压缩结果分别进行和与差运算，使用和运算输出信号进行目标检测，在目标处计算差运算与和运算比值的虚部，查表得到对应的距离偏差，最后对目标位置补偿该距离偏差，从而实现精确测距。
4.一种脉冲压缩和差测距方法，具体步骤如下：步骤1、建立并存储距离偏差表步骤1.1、构造信号
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设雷达发射基带信号的带宽为，时宽为，以采样率对参考信号采样，得到离散信号。
5.步骤1.2、对离散信号序列的右一半置零，生成，对的左一半置零，生成。
6.步骤1.3、使用与作为参考信号，分别对其翻转、共轭、加窗、快速傅里叶变换（fft），构造频域脉冲压缩系数与。
7.步骤1.4、距离量化单位为，设置一个正整数，将距离至分割为距离刻度，分别对每一个距离刻度进行以下计算步骤1.4.1、构造无噪声接收信号，并对其进行采样和脉冲压缩得到与
设当前距离刻度为，为正整数，则时延为，其中为光速，构造无噪声接收信号：
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（1）对其采样后，分别使用频域脉冲压缩系数与进行脉冲压缩：
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（2）
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（3）其中，为矩阵的hadamard乘积，为快速傅里叶逆变换。
8.步骤1.4.2、对与分别求和与差
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（4）
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（5）显然为常规脉冲压缩输出信号，记其峰值处索引为。
9.步骤1.4.3、计算处差信号与和信号比值的虚部的绝对值，以及处对应的距离偏差差信号与和信号在处正交，虚部为正时表示该点在目标位置的左侧，为负时表示该点在目标位置的右侧。记处差信号与和信号比值的虚部的绝对值为：
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（6）其中，为取虚部。
10.计算处对应的距离偏差：
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（7）步骤1.5、对所有距离刻度计算后，将与一一对应，制成距离偏差表并存储，以方便后续使用。
11.步骤2、脉冲压缩和差测距方法步骤2.1、按步骤1.3的方法，提前计算并存储具体雷达参数下的频域脉冲压缩系数与。
12.步骤2.2、记接收ad信号为，，为采样点数，分别使用域脉冲压缩系数与对脉冲压缩
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（8）
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（9）
步骤2.3、分别对脉冲压缩结果式（8）与（9）求和与差
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（10）
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（11）步骤2.4、对进行目标检测，记目标处索引为，计算虚部的绝对值：
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（12）步骤2.5、加载步骤1.5存储的距离偏差表，根据的值在中选择最接近的2个值，分别记为与，同时记录对应的距离偏差，分别记为与。
13.步骤2.6、通过线性插值的方式计算目标距离通过线性插值的方式计算目标距离
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（13）其中，为最小探测距离，当时，式（13）中的取，当时，式（13）中的取。
14.本发明的有益效果是：本方法计算得到的目标距离，可以突破雷达距离门精度限制，具有良好的距离测量均方根误差（rmse）性能。图3为实施例1与实施例2参数下，距离量化单位为60m，脉冲压缩后目标信噪比约为17.41db时，目标位置偏离整距离量化单位对应的均方根误差性能对比图，可以看出本文方法在所有距离偏移下均具有较低的rmse，当距离偏移约大于14m时优于3点幅度加权法。图4为图3中本文方法的放大图，可以看出，本文方法在距离偏移较低时的距离精度优于距离偏移较大时。图5为实施例1与实施例2参数下，距离偏移在-30m至30m均匀分布时，使用实施例1的距离偏差表在不同的脉冲压缩后目标snr下的距离测量rmse，可以看出，随着snr增大，本文方法精度增高，明显优于3点幅度加权法。
15.附图说明
16.图1 实施例2ad信号实部示意图（脉压后snr理论值为18db）图2 实施例2脉冲压缩和信号示意图（脉压后snr理论值为18db）图3 不同距离偏移下的距离测量rmse（脉压后snr理论值为18db）图4 本文方法在不同距离偏移下的距离测量rmse（脉压后snr理论值为18db）图5 不同脉压后snr下的距离rmse
具体实施方式
17.以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
18.实施例1、建立并存储距离偏差表
（1）雷达发射的基带信号选择为带宽mhz，时宽为μs的零中频的线性调频信号：
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（14）以采样率mhz对参考信号在时间内采样，得到离散信号序列，，总采样点数。
19.（2）使用离散信号序列的左右各一半构造两部分序列：
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（15）
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（16）（3）使用与作为参考信号，分别构造频域脉冲压缩系数。令，，分别对其共轭、加窗、快速傅里叶变换，可得频域脉冲压缩系数：
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（17）
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（18）其中，为长度为51的汉明窗，fft的长度设为。
20.（4）距离量化单位为m，分别设置距离（m），，对应时延为，构造无噪声接收信号：
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（19）对其以mhz在时间采样，得到ad信号，分别使用频域脉冲压缩系数与，对进行脉冲压缩：
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（20）
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（21）（5）对与分别求和与差：
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（22）
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（23）
记最大峰值处索引为。
21.（6）计算处差信号与和信号比值的虚部的绝对值：，
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（24）同时计算处对应的距离偏差：，
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（25）将与一一对应，制成61点距离偏差表（如表1所示）并存储。
22.表1 61点距离偏差表实施例2、根据接收ad信号进行脉冲压缩和差测距（1）假设雷达发射的基带信号为零中频线性调频信号，其带宽mhz，脉宽为μs，计算并存储归一化的频域脉冲压缩系数与。
23.（2）设接收机的采样率为mhz，采样点数为512。接收机在脉冲发射结束后开始接收采样，记接收ad信号为，，设置目标距离为17.2125km，背景噪声为高斯白噪声，脉压后目标snr为17.41db（脉压后snr理论值为18db）。图1显示了该ad信号的实部数据，可以看出脉冲出现的采样点索引为237~288。分别使用域脉冲压缩系数与对脉冲压缩：
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（26）
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（27）（3）对脉冲压缩结果分别求和与差：
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（28）
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（29）
（4）搜索满足检测门限的点，由图1所示，峰值出现在索引处。选择峰值处作为一个目标，计算虚部的绝对值：
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（30）（5）加载实施例1存储的距离偏差表，的值为，使用二分法查表得最接近的2个值为与，其对应的距离偏差分别为m与m。
24.（6）假设m，由于，根据公式（13）可以计算目标距离：m
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（31）可以看出与目标真实距离17.2125km相比，误差为3.9m。
25.以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
26.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。