专利名称：雷达数字信号处理方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种雷达数字信号处理方法及装置。
背景技术：
线性调频中断连续波(FMICW)是现代雷达广泛采用的脉冲压缩体制，线性调频中断连续波波形，可以看作是用门控脉冲串调制了的线性调频连续波(FMCW)；由于门控信号的加入，使得线性调频中断连续波体制可收发共站。原理上，线性调频中断连续波雷达的距离分辨率可达到c/2B，其中c为光速，B为调频带宽。
然而，受门控脉冲的影响，为确保不出现距离混叠，B往往被限制在有限的范围内，从而使得距离分辨率不可能很高，确切的说B的范围为B≤(N/Tp)，其中N为一个扫频周期内的脉冲数，Tp为脉冲周期；距离分辨率的最小值为cTp2/2T，其中T为扫频周期。
在实际的雷达应用过程中，存在分辨率较低的技术问题，而客户希望进一步提高分辨率，基于此实际应用的需求，本发明的目的是希望满足如下取值范围，即B＞(N/Tp)，通过本发明所提供的雷达数字信号处理方法及装置，从而使得距离分辨率数值进一步降低，以达到提高距离分辨率的目的，满足雷达应用技术领域的实际需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种雷达数字信号处理方法及雷达数字信号处理装置，以提高距离分辨率。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案 一种雷达数字信号处理方法包括如下步骤 步骤①输入雷达参数，主要参数包括扫频周期T、脉冲周期Tp、发射脉冲宽度Tt、扫频带宽B，其中T＝NTp，N为一个扫频周期内的脉冲数，各参数满足N/Tp＜B＜2N/(Tp+Tt)； 步骤②根据输入的雷达参数计算出存在混叠的最大距离元
以及脉内无混叠时间t1～t2，其中t1＝Tp+Tt-N/B，t2＝N/B，取t0满足如下关系t1＜t0＜t2； 步骤③将每个脉冲内的采样数据分为两组，t0前为第一组，t0后为第二组； 步骤④在每组无数据的采样点补0，使每组数据与分组前数据长度相等； 步骤⑤对两组数据分别作快速傅里叶变换以解速度，得到A型谱A1、A2，谱周期记为Rc，其中Rc＝N； 步骤⑥对A型谱A1、A2进行数据重组，组合的频谱中，Rm之前的数据取A1对应项，Rm～Rc的数据为A1与A2对应项之和，最后续加上A2中Rm以前数据； 步骤⑦输出解混叠后的A型谱，新频谱长度为Rc+Rm。
一种雷达数字信号处理装置包括 输入雷达参数的装置，其中主要参数包括扫频周期T、脉冲周期Tp、发射脉冲宽度Tt、扫频带宽B，其中T＝NTp，N为一个扫频周期内的脉冲数，各参数满足N/Tp＜B＜2N/(Tp+Tt)； 根据输入的雷达参数计算出存在混叠的最大距离元
以及脉内无混叠时间t1～t2的装置，其中t1＝Tp+Tt-N/B，t2＝N/B，取t0满足如下关系t1＜t0＜t2； 将每个脉冲内的采样数据分为两组的装置，t0前为第一组，t0后为第二组； 在每组无数据的采样点补0，使每组数据与分组前数据长度相等的装置； 对两组数据分别作快速傅里叶变换以解速度，得到A型谱A1、A2的装置，谱周期记为Rc，其中Rc＝N； 对A型谱A1、A2进行数据重组的装置，组合的频谱中，Rm之前的数据取A1对应项，Rm～Rc的数据为A1与A2对应项之和，最后续加上A2中Rm以前数据； 输出解混叠后的A型谱的装置，新频谱长度为Rc+Rm。
本发明具有以下优点和积极效果 1)能够从存在距离混叠的信号中获取无距离混叠的A型谱。
2)允许扫频带宽B＞(N/Tp)，从而提高了距离分辨率。
图1是雷达数字信号处理方法的流程图。
其中， S1-输入雷达参数，S2-计算存在混叠的最大距离元、脉内无混叠时间，S3-将每个脉冲内的采样数据分成两组，S4-在每组无数据的采样点补零，S5-对两组数据分别作快速傅里叶变换以解速度，S6-数据重组，S7-输出解混叠后的A型谱。
具体实施例方式 下面以具体实施例结合附图对本发明作进一步说明 本发明提出的雷达数字信号处理方法，具体采用了如下的技术方案，参见图1，步骤S1输入雷达参数，主要参数包括扫频周期T、脉冲周期Tp、发射脉冲宽度Tt、扫频带宽B，其中T＝NTp，N为一个扫频周期内的脉冲数，各参数满足N/Tp＜B＜2N/(Tp+Tt)；步骤S2根据输入的雷达参数计算出存在混叠的最大距离元
以及脉内无混叠时间t1～t2，其中t1＝Tp+Tt-N/B，t2＝N/B，取t0满足如下关系t1＜t0＜t2；步骤S3将每个脉冲内的采样数据分为两组，t0前为第一组，t0后为第二组；步骤S4在每组无数据的采样点补0，使每组数据与分组前数据长度相等；步骤S5对两组数据分别作快速傅里叶变换以解速度，得到A型谱A1、A2，谱周期记为Rc，其中Rc＝N；步骤S6对A型谱A1、A2进行数据重组，组合的频谱中，Rm之前的数据取A1对应项，Rm～Rc的数据为A1与A2对应项之和，最后续加上A2中Rm以前数据；步骤S7输出解混叠后的A型谱，新频谱长度为Rc+Rm。
构成图1所示的雷达数字信号处理方法的具体实施过程描述如下 下表为雷达参数表，根据该雷达参数表所给参数利用本发明提供的雷达数字信号处理方法获得符合要求的解混叠后的A型谱。
为了充分理解本发明提出的雷达数字信号处理方法及装置，仅对上表涉及的参数及参数之间的关系作如下详细说明 FMICW可视为FMCW被发射脉冲调制的结果，B、T、Tp、Tt是决定FMICW波形的4个独立的参数，其中T和Tp满足关系T＝NTp，这里N为整数，表示一个线性扫频周期内发射脉冲的个数；Tp与Tt显然有关系Tp＞Tt，其比值为占空比η＝Tt/Tp，η通常以百分比的形式给出，采用FMICW的雷达希望较大的占空比，这通常意味着接近50％，通常在30％和50％之间；探测距离是指“大于接收机灵敏度的雷达回波”所达到的最大距离，它是由工作频段、发射功率、雷达机内的噪声水平、接收机灵敏度以及雷达工作环境的复杂因素决定的，并且往往随工作环境的变化而变化，工程上通常给出一个正常状态的值，通常情况下实际探测距离会超过Rmax，而Tp是与之相关的一个技术指标，它决定了雷达“接收到的回波”所达到的最大距离；即对于较小Tp，远处回波虽然强度可以被接收机检测，但却没有被接收；对于较大Tp，无法被检测的远处回波也被接收，雷达工程设计上要求Tp＞2Rmax/c，c为光速；通常取Tp＝3Rmax/c。
进一步对上表的参数具体数值给出如下解释以近程高频地波海洋监测FMICW雷达为例，根据100km的最大探测距离可得到Tp＞0.67ms，这里取Tp＝1ms，由于设计上要求Tp＞2Rmax/c，c为光速，所以通常取Tp＝3Rmax/c；由于采用FMICW的雷达一般希望较大的占空比，这通常意味着接近50％，通常在30％和50％之间，此处取占空比为50％；这样，根据η＝Tt/Tp的关系可获得Tt＝0.5ms，其中η决定了Tt的范围为0.3～0.5ms；高频海洋监测雷达通常取T在0.1～0.5s之间，这里取0.256s，也即N＝256；通过本发明提出的雷达数字信号处理方法所允许的B的范围256kHz～341kHz，超过了无混叠的要求B≤(N/Tp)，此处取300kHz。
下面根据上表所列的雷达参数的具体数值，利用本发明提出的雷达数字信号处理方法，详细描述其具体实施的各个步骤 以上述雷达参数表中的雷达参数作为输入参数；根据该雷达参数计算出存在混叠的最大距离元Rm＝44，以及脉内无混叠时间0.65ms～0.85ms，取t0＝0.75ms，脉内对应于第30个采样点；将每个脉冲内的采样数据分为两组，前30点为一组，后10点为一组；在每组无数据的采样点补0，使每组数据与分组前数据长度相等；在扫频周期T内，每组数据长度为10240；对两组数据分别作快速傅里叶变换解速度，谱周期Rc＝256，得到一个周期的A型谱A1、A2；对A型谱A1、A2进行数据重组；组合的频谱中，前44点数据取A1对应项，第45～256点的数据为A1与A2对应项之和，最后第257～300点数据为A2前44点数据；获得新频谱长度为300，该频谱既为解混叠后的A型谱。
对于经典的关系式dR＝c/2B，其中dR表示距离分辨率，通过本发明提出的雷达数字信号处理方法，允许N/Tp＜B＜2N/(Tp+Tt)，超过了无混叠的要求B≤(N/Tp)，达到了雷达工程设计上的要求，取得了提高分辨率的目的。
本发明提出的雷达数字信号处理方法的基本思路为 对线性调频中断连续波雷达脉内采样数据进行分时处理，使原本在频域发生距离混叠的信号在时间上分开，然后对分离的信号频谱重新组合，恢复成未发生距离混叠的谱形式。本发明区别于传统仅利用FFT获取A型谱的方法，对脉内回波信号进行了分时处理。
权利要求
1.一种雷达数字信号处理方法，其特征在于，包括如下步骤
步骤①输入雷达参数，主要参数包括扫频周期T、脉冲周期Tp、发射脉冲宽度Tt、扫频带宽B，其中T＝NTp，N为一个扫频周期内的脉冲数，各参数满足N/Tp＜B＜2N/(Tp+Tt)；
步骤②根据输入的雷达参数计算出存在混叠的最大距离元
以及脉内无混叠时间t1～t2，其中t1＝Tp+Tt-N/B，t2＝N/B，取t0满足如下关系t1＜t0＜t2；
步骤③将每个脉冲内的采样数据分为两组，t0前为第一组，t0后为第二组；
步骤④在每组无数据的采样点补0，使每组数据与分组前数据长度相等；
步骤⑤对两组数据分别作快速傅里叶变换以解速度，得到A型谱A1、A2，谱周期记为Rc，其中Rc＝N；
步骤⑥对A型谱A1、A2进行数据重组，组合的频谱中，Rm之前的数据取A1对应项，Rm～Rc的数据为A1与A2对应项之和，最后续加上A2中Rm以前数据；
步骤⑦输出解混叠后的A型谱，新频谱长度为Rc+Rm。
2.一种雷达数字信号处理装置，其特征在于，包括
输入雷达参数的装置，其中主要参数包括扫频周期T、脉冲周期Tp、发射脉冲宽度Tt、扫频带宽B，其中T＝NTp，N为一个扫频周期内的脉冲数，各参数满足N/Tp＜B＜2N/(Tp+Tt)；
根据输入的雷达参数计算出存在混叠的最大距离元
以及脉内无混叠时间t1～t2的装置，其中t1＝Tp+Tt-N/B，t2＝N/B，取t0满足如下关系t1＜t0＜t2；
将每个脉冲内的采样数据分为两组的装置，t0前为第一组，t0后为第二组；
在每组无数据的采样点补0，使每组数据与分组前数据长度相等的装置；
对两组数据分别作快速傅里叶变换以解速度，得到A型谱A1、A2的装置，谱周期记为Rc，其中Rc＝N；
对A型谱A1、A2进行数据重组的装置，组合的频谱中，Rm之前的数据取A1对应项，Rm～Rc的数据为A1与A2对应项之和，最后续加上A2中Rm以前数据；
输出解混叠后的A型谱的装置，新频谱长度为Rc+Rm。
全文摘要
本发明涉及雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种雷达数字信号处理方法及装置。本发明提供的雷达数字信号处理方法和装置的基本思路为，对线性调频中断连续波雷达脉内采样数据进行分时处理，使原本在频域发生距离混叠的信号在时间上分开，然后对分离的信号频谱重新组合，恢复成未发生距离混叠的谱形式。本发明区别于传统仅利用FFT获取A型谱的方法，对脉内回波信号进行了分时处理。本发明具备能够从存在距离混叠的信号中获取无距离混叠的A型谱，以及提高距离分辨率的特点。
文档编号G01S7/28GK101566684SQ200910062430
公开日2009年10月28日 申请日期2009年6月8日 优先权日2009年6月8日
发明者文必洋, 黄晓静, 王才军, 凡 丁, 静 杨 申请人:武汉大学