一种基于时空压缩的雷达探测方法及系统与流程

1.本发明涉及一种基于时空压缩的雷达探测方法及系统，属于雷达探测技术领域。


背景技术：

2.当前区分目标种类的雷达探测方法主要是通过提高雷达的探测距离和分辨率，以获得更多的细节特征实现的，而如何提高雷达的探测距离和分辨率是雷达探测研究领域的关键问题之一，目前提高雷达探测距离的主流方法是长时间多脉冲相参积累。与非相参积累方式不同，在信号积累过程中相参积累利用了目标回波的相位信息，可以得到更高的输出信噪比，并且可以联合距离和多普勒频率滤除杂波。但是在相参积累过程中，随着积累时间增加，目标的运动可能引起距离单元扰动和多普勒频率单元扰动，使得目标探测信号的能量发散在不同的距离单元和不同的多普勒频率单元上，进而无法集中在同一单元上造成目标探测信号能量不能有效积累，严重影响了基于相参积累的目标检测性能。
3.提高雷达分辨率的主流方法是采用线性调频信号，并通过脉冲压缩方法来实现目标分辨率提升。通常这种探测方法主要针对的是低速或静止目标，或目标的状态不发生剧烈变化的情况。对于高速或者状态变化剧烈的目标，由于回波信号频率的变化会造成反射信号产生畸变，从而降级脉冲压缩的效果。在雷达信号处理方面也有一些提高雷达探测性能的方法，主要有基于微波光子技术的雷达探测实现方法、基于等效电磁波轨道角动量脉冲雷达探测方法等等。其中基于微波光子技术的雷达探测方法主要是通过光学频段的宽频带特性来提高雷达的探测性能的，虽然雷达的探测性能有所提高，但微波光子技术的采用会大幅度增加系统的复杂度。而基于等效电磁波轨道角动量脉冲雷达探测方法则是通过挺入新的自由度来提高雷达的探测距离，这便需要增加新的设备，提升雷达系统的复杂度。以上通过提高雷达探测距离和分辨率实现目标区分的方法难以满足实际需求，且成本较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：克服现有技术上的不足，提出一种基于时空压缩的雷达探测方法及系统，采用具有目标空间特征信息的空间特征编码信号代替传统的线性调频信号，提高雷达能量利用效率，提升雷达的探测距离。
5.本发明的技术方案为：
6.一种基于时空压缩的雷达探测方法，包括：
7.在特定目标首次出现时，生成ns级窄脉冲信号，将窄脉冲信号转换为微波脉冲信号后放大并向不同方向发射，接收反射信号后采样，截取每个方向不同时长的采样后信号，对每一个信号进行处理后得到空间特征编码信号，并构成具有目标空间特征信息的空间特征编码信号库；
8.从空间特征编码信号库中选取空间特征编码信号，将该信号转换为微波脉冲信号后放大并向不同方向发射，接收反射信号后分别采样，选取其中具有窄脉冲峰值的回波信号，即判定为特定目标反射信号。
9.优选的，所述对每一个信号进行处理后得到空间特征编码信号，包括：对每一个信号进行时序翻转并在信号的半周期内对其幅度进行最大值归一化处理，得到幅度均一的空间特征编码信号。
10.优选的，所述生成ns级窄脉冲信号，将窄脉冲信号转换为微波脉冲信号后放大并向不同方向发射，微波脉冲信号放大后的峰值功率至少大于1kw。
11.优选的，发送空间特征编码信号后，通过对接收到的反射信号进行分析，若反射信号为杂乱信号，则表明是非特定目标的反射信号，实现非特定目标与特定目标的区分。
12.优选的，对得到的特定目标反射信号进行分析，得到目标的方位、距离、速度信息。
13.一种基于时空压缩的雷达探测系统，包括数据处理子系统、任意波形发生器、微波功率放大器、切换开关、定向天线和高速采样示波器；
14.所述数据处理子系统的输出端口与任意波形发生器的输入端口相连，所述任意波形发生器将数据处理子系统产生的信号转换成微波信号；
15.所述任意波形发生器的输出端口与微波功率放大器的输入端口相连，所述微波功率放大器将微波信号放大，形成微波脉冲信号；
16.所述微波功率放大器的输出端口通过切换开关与定向天线相连，切换开关连通时，微波脉冲信号通过定向天线进行辐射；
17.所述高速采样示波器的输入端口通过切换开关与指向空间目标的定向天线相连，切换开关连通时，目标反射的微波信号通过定向天线进行接收，并通过高速采样示波器进行检测和采样。
18.一种基于时空压缩的雷达探测系统，包括数据处理子系统、任意波形发生器、发射机、接收机、发射天线、接收天线；
19.所述数据处理子系统的输出端口与任意波形发生器的输入端口相连，任意波形发生器的输出端口与发射机的输入端口相连，发射机输出端口与发射天线的输入端口相连；所述接收天线的输出端口与接收机的输入端口相连，接收机输出端口与数据处理子系统的输入端口相连。
20.一种基于时空压缩的雷达探测系统，包括数据处理子系统、任意波形发生器、发射机、切换开关、定向天线、接收机；
21.数据处理子系统输出端口与任意波形发生器的输入端口相连，任意波形发生器的输出端口与发射机的输入端口相连，发射机输出端口与切换开关的输入端口相连，切换开关的共用端口与定向天线的输入端口相连，切换开关输出端口与接收机的输入端口相连，接收机输出端口与数据处理子系统的输入端口相连。
22.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现上述方法。
23.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述的计算机程序时实现上述方法。
24.本发明与现有技术相比的优点在于：
25.1)本发明采用具有较高峰值功率的微波窄脉冲辐照目标，目标的回波信号可有效承载其空间特征信息，有利于实现目标的瞬时探测，避免目标状态变化带来的信号畸变。
26.2)本发明采用具有承载目标空间特征信息的空间特征编码信号对目标进行探测，
可有效实现空域反射信号的时域压缩，即时空压缩，回波信号能量汇聚在很窄的时间内，有效提高目标反射信号的强度和时域分辨力。
27.3)本发明采用具有承载目标空间特征信息的空间编码信号对目标进行探测，对与空间特征信息不匹配的目标，其反射信号无法在空域实现压缩，实现了非特定目标的自动剔除，提升了雷达的目标区分能力。
28.4)本发明空域二次发射的空间特征编码信号的时域压缩性能对信号的频率变化不敏感，且在目标表面瞬时完成，不需要时间累积，因而降低了信号时变的影响，能有效降低目标速度带来的信号畸变。
附图说明
29.图1为本发明一种基于时空压缩的雷达探测系统组成示意图；
30.图2为本发明一种基于时空压缩的雷达探测方法收发共用实施例组成示意图；
31.图3为本发明一种基于时空压缩的雷达探测方法收发分置实施例组成示意图。
具体实施方式
32.为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且实施例不构成对本发明实施例的限定。
33.一种基于空间特征信息的时空压缩雷达探测方法，采用将目标的空间特征信息转换成具有一定长度的脉冲回波信号，然后将接收到的回波信号，进行时域翻转编码处理，得到空间特征编码信号。空间特征编码信号经天线辐射后，与空间目标相互作用，形成时空压缩效应，在时域实现目标的反射信号压缩变窄，形成一个窄脉冲(即时空压缩)，即可判定为特定目标反射信号，进而确定特定目标再次出现。若无具有窄脉冲峰值的回波信号，则特定目标没有出现。对于不匹配的目标，空间特征编码信号无法与之形成空间压缩效应，目标的反射信号无法实现压缩形成窄脉冲。
34.实施例1
35.一种基于空间特征信息的时空压缩雷达探测方法及系统，通过收发共用方式的系统方法予以实现如下所示：
36.第一步，获取特定目标的空间特征信息。
37.特定目标的空间特征信息获取过程如下，如图2所示，系统主要包括数据处理子系统7，任意波形发生器8，发射机9，切换开关10，定向天线11，接收机12。
38.如图2所示，数据处理子系统7的输出端口out1与任意波形发生器8的输入端口in2相连，任意波形发生器8的输出端口out2与发射机9的输入端口in3相连，发射机9输出端口out3与切换开关10的输入端口in4相连，切换开关10的共用端口com1与定向天线11的输入端口in7相连，切换开关10输出端口out4与接收机12的输入端口in5相连，接收机12输出端口out5与数据处理子系统7的输入端口in1相连。
39.设置切换开关10，使系统处于发射状态，即发射机9输出端口out3通过切换开关10与定向天线11的输入端口in7相连。所述数据处理子系统7产生一个具有中心载频f0、脉宽为t0的ns级窄脉冲信号，并发送给任意波形发生器8产生微波窄脉冲信号。t0为微波脉冲宽度，此处微波脉冲宽度t0可灵活设置。所述发射机9将任意波形发生器8产生的微波窄脉冲
信号进行处理放大，微波窄脉冲信号的峰值功率至少大于1kw，然后通过定向天线11进行发射。
40.发射的微波窄脉冲与空间目标相互作用，将目标的空间特征信息转换成具有一定长度的脉冲回波信号，得到空间特征信号。
41.发射完成后，设置切换开关10，使系统处于接收状态，即定向天线11的输入端口in7通过切换开关10与接收机12的输入端口in5相连。
42.接收机12将定向天线11接收到的脉冲回波信号进行检测和采样，并将采样信号发送给数据处理子系统7，数据处理子系统7对接收机12接收到的信号进行截取，截取的时长为t1，得到时长为t1且具有目标空间特征信息的信号，对该信号进行时序翻转并在信号的半周期内对其幅度进行最大值归一化处理，得到时长为t1、且幅度均一的空间特征编码信号。
43.重复上述步骤，得到不同方向不同时长t1的空间特征编码信号，形成空间特征编码信号库。
44.第二步，基于空间特征信息的时空压缩雷达探测。
45.设置切换开关10，使系统处于发射状态，即发射机9输出端口out3通过切换开关10与定向天线11的输入端口in7相连。所述数据处理子系统7从空间特征编码信号库依次选取空间特征编码信号，并发送给任意波形发生器8，任意波形发生器8将空间特征编码信号转换成微波信号，发射机9将任意波形发生器8产生的空间特征编码微波信号进行处理放大，放大的微波信号的峰值功率至少大于1kw，并通过定向天线5进行辐射。
46.若空域存在特定目标，发射的空间特征编码微波信号与目标相互作用后，形成空间压缩效应，目标反射的信号在时域表现为一个脉冲宽度变窄的窄脉冲(即时空压缩)，信号的峰值功率得到大幅度提升。
47.若空域存在目标与空间编码信号不匹配，则空间编码信号无法与之形成空域压缩效应，因而目标的反射信号在时域无法实现压缩，表现为与空间编码信号时长相当的杂乱信号。
48.发射完成后，设置切换开关10，使系统处于接收状态，即定向天线11的输入端口in7通过切换开关10与接收机12的输入端口in5相连。
49.接收机12将定向天线11接收到的回波信号进行检测和采样，并将采样信号发送给数据处理子系统7，数据处理子系统7对接收机12接收到的信号进行处理分析。
50.若数据处理子系统7得到一个窄脉冲信号(即时空压缩)，则空域存在特定目标，并且由于信号的峰值功率得到大幅度提升，雷达的探测距离得到有效的增加。若数据处理子系统7得到的是杂乱信号，则不存在特定目标，有效实现了目标区分，提升了雷达的特定目标区分能力。
51.在某个选定的方向上，按一定探测重频(探测重频根据探测距离确定)重复上述第二步，实现该选定方向上的空域特定目标探测。调整发射天线的指向，可实现不同方向上空域探测，从而实现不同空域的特定目标探测。
52.实施例2
53.一种基于空间特征信息的时空压缩雷达探测方法及系统，通过收发分置方式的系统方法予以实现如下所示：
54.第一步，获取特定目标的空间特征信息。
55.特定目标的空间特征信息获取过程如下，如图3所示，系统主要包括数据处理子系统7，任意波形发生器8，发射机9，接收机12，发射天线13，接收天线14。
56.如图3所示，所述数据处理子系统7的输出端口out1与任意波形发生器8的输入端口in2相连，任意波形发生器8的输出端口out2与发射机9的输入端口in3相连，发射机9输出端口out3与发射天线13的输入端口in_r相连；所述接收天线14的输出端口out_t与接收机12的输入端口in5相连，接收机12输出端口out5与数据处理子系统7的输入端口in1相连。
57.所述数据处理子系统7产生一个具有中心载频f0、脉宽为t0的ns级窄脉冲信号，并发送给任意波形发生器8产生微波窄脉冲信号。t0为微波脉冲的脉冲宽度，此处微波脉冲宽度t0可灵活设置。所述发射机9将任意波形发生器8产生的微波窄脉冲信号进行处理放大，放大的微波信号的峰值功率至少大于1kw，然后通过发射天线13进行发射。
58.发射的微波窄脉冲与空间目标相互作用，将目标的空间特征信息转换成具有一定长度的脉冲回波信号，得到空间特征信号。
59.接收机12将接收天线14接收到的回波信号进行检测和采样，并将采样信号发送给数据处理子系统7，数据处理子系统7对接收机12接收到的信号进行截取，截取的时长为t1，得到时长为t1且具有目标空间特征信息的信号，对该信号进行时序翻转并进行特定编码处理，得到时长为t1的空间特征编码信号。
60.重复上述步骤，得到不同方向不同时长t1的空间特征编码信号，形成空间特征编码信号库。
61.第二步，基于空间特征信息的时空压缩雷达探测。
62.所述数据处理子系统7从空间特征编码信号库依次选取空间特征编码信号，并发送给任意波形发生器8，任意波形发生器8将空间特征编码信号转换成微波信号，发射机9将任意波形发生器8产生的空间特征编码微波信号进行处理放大并通过发射天线13进行辐射。
63.若空域存在特定目标，发射的空间特征编码微波信号与目标相互作用后，形成空间压缩效应，目标反射的信号在时域表现为一个脉冲宽度变窄的窄脉冲(即时空压缩)，信号的峰值功率得到大幅度提升。
64.若空域存在目标与空间编码信号不匹配，则空间编码信号无法与之形成空域压缩效应，因而目标的反射信号在时域无法实现压缩形成窄脉冲，表现为与空间特征编码信号时长相当的杂乱信号。
65.接收机12将接收天线14接收到的回波信号进行检测和采样，并将采样信号发送给数据处理子系统7，数据处理子系统7对接收机12接收到的信号进行处理分析。
66.若数据处理子系统7得到一个窄脉冲(即时空压缩)，则空域存在特定目标，并且由于信号的峰值功率得到大幅度提升(峰值功率提高20db以上)，雷达的探测距离得到有效的增加。若数据处理子系统7得到的是杂乱信号，则不存在特定目标，有效实现了目标区分，提升了雷达的特定目标区分能力。
67.在某个选定的方向上，按一定探测重频(探测重频根据探测距离确定)重复上述第二步，实现该选定方向上的空域特定目标探测。调整发射天线的指向，可实现不同方向上空域探测，从而实现不同空域的特定目标探测。
68.实施例3
69.一种基于空间特征信息的时空压缩雷达探测方法及系统，实时探测的方法予以实现如下所示：
70.如图3所示，实时探测系统主要包括数据处理子系统7，任意波形发生器8，发射机9，接收机12，发射天线13，接收天线14。
71.如图3所示，所述数据处理子系统7的输出端口out1与任意波形发生器8的输入端口in2相连，任意波形发生器8的输出端口out2与发射机9的输入端口in3相连，发射机9输出端口out3与发射天线13的输入端口in_r相连；所述接收天线14的输出端口out_t与接收机12的输入端口in5相连，接收机12输出端口out5与数据处理子系统7的输入端口in1相连。
72.所述数据处理子系统7产生一个具有中心载频f0、脉宽为t0的ns级窄脉冲信号，并发送给任意波形发生器8产生微波窄脉冲信号。t0为微波脉冲的脉冲宽度，此处微波脉冲的脉冲宽度t0可灵活设置。所述发射机9将任意波形发生器8产生的微波窄脉冲信号进行处理放大，然后通过发射天线13进行发射。
73.发射的微波窄脉冲与空间目标相互作用，将目标的空间特征信息转换成具有一定长度的脉冲回波信号，得到空间特征信号。
74.接收机12对接收天线14接收到的空间特征信号进行检测和采样，并将采样信号发送给数据处理子系统7，数据处理子系统7对接收机12接收到的信号进行截取，截取的时长为t1，得到时长为t1且具有目标空间特征信息的信号，对该信号进行时序翻转并进行特定编码处理，得到时长为t1的空间特征编码信号。
75.所述数据处理子系统7将时长为t1的空间特征编码信号重复发送给任意波形发生器8，任意波形发生器8将空间特征编码信号转换成微波信号，发射机9将任意波形发生器8产生的空间特征编码微波信号进行处理放大并通过发射天线13进行辐射。
76.辐射的空间特征编码微波信号与目标相互作用后，形成空间压缩效应，目标反射的信号在时域表现为一个脉冲宽度变窄的窄脉冲(即时空压缩)，信号的峰值功率得到大幅度提升。
77.接收机12将接收天线14接收到的回波信号进行检测和采样，采样得到的回波信号为一个窄脉冲微波信号(即时空压缩)。将得到的窄脉冲微波信号发送给数据处理子系统7进行分析，得到目标的方位、距离、速度等信息。
78.按一定时间间隔重复上述步骤，即可实现特定目标的实施探测，并有效增加探测距离和提升目标的区分能力。
79.以上所述，仅为本发明选取的具体实施方式，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。
80.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。