微波暗室內(nèi)脈沖體制雷達(dá)目標(biāo)回波信息重構(gòu)方法
【專利摘要】一種微波暗室內(nèi)脈沖體制雷達(dá)目標(biāo)回波信息重構(gòu)方法，采取的技術(shù)方案如下：第一步，基于間歇收發(fā)的雷達(dá)脈沖信號(hào)收發(fā)：利用間歇收發(fā)方法，通過發(fā)射通道和接收通道交替工作實(shí)現(xiàn)雷達(dá)脈沖信號(hào)的無耦合、無遮擋收發(fā)，此時(shí)雷達(dá)脈沖信號(hào)收發(fā)過程實(shí)際上等價(jià)于用方波信號(hào)p(t)與雷達(dá)發(fā)射脈沖信號(hào)s0(t)相乘，即間歇收發(fā)后等效的雷達(dá)脈沖信號(hào)可表示為s1(t)＝s0(t)·p(t)；第二步，獲取目標(biāo)回波信號(hào)：假設(shè)雷達(dá)目標(biāo)時(shí)域沖擊響應(yīng)函數(shù)為σ(t)，則間歇收發(fā)后目標(biāo)回波信號(hào)可等價(jià)表示為s2(t)＝σ(t)*s1(t)；第三步，目標(biāo)信息重構(gòu)：對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)s2(t)進(jìn)行脈沖壓縮，獲取間歇收發(fā)后目標(biāo)信息sh(t)，然后通過匹配濾波和時(shí)域開窗信號(hào)處理手段對(duì)原始目標(biāo)信息精確重構(gòu)。
【專利說明】微波暗室內(nèi)脈沖體制雷達(dá)目標(biāo)回波信息重構(gòu)方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)探測(cè)仿真領(lǐng)域，具體涉及微波暗室內(nèi)脈沖體制雷達(dá)信號(hào)收發(fā)與處 理技術(shù)，特別是在微波暗室中實(shí)現(xiàn)脈沖體制雷達(dá)目標(biāo)信息重構(gòu)方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 微波暗室內(nèi)進(jìn)行雷達(dá)仿真具有可操作性強(qiáng)、可重復(fù)性高、保密性好、成本經(jīng)濟(jì)等優(yōu) 點(diǎn)。傳統(tǒng)微波暗室中進(jìn)行靜態(tài)雷達(dá)目標(biāo)特性測(cè)量等任務(wù)時(shí)，常用掃頻連續(xù)波等信號(hào)來等效 替代真實(shí)雷達(dá)信號(hào)?，F(xiàn)代探測(cè)雷達(dá)很多采用調(diào)制脈沖波形作為發(fā)射信號(hào)，且雷達(dá)與目標(biāo)之 間可能存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不同類型發(fā)射信號(hào)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)回波信號(hào)特性不盡一致，難以實(shí)現(xiàn)不 同信號(hào)波形下雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)特性等效替代。因此，在微波暗室中只有采用與真實(shí)雷達(dá)探測(cè) 一致的脈沖信號(hào)作為內(nèi)場(chǎng)輻射式仿真激勵(lì)源，才能逼真模擬目標(biāo)回波信號(hào)。
[0003] 相比實(shí)際雷達(dá)所在的開域空間，微波暗室一般空間距離有限，在其內(nèi)部采用脈沖 波形作為輻射信號(hào)面臨兩個(gè)主要的技術(shù)難題:一是收發(fā)同時(shí)模式下，發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào) 會(huì)在收發(fā)天線口面附近形成非常強(qiáng)的電磁場(chǎng)互耦，導(dǎo)致目標(biāo)回波信號(hào)中夾雜很強(qiáng)的發(fā)射信 號(hào)分量，且難以被剔除;二是收發(fā)分時(shí)模式下，微波暗室空間大小通常遠(yuǎn)小于雷達(dá)脈寬時(shí)間 內(nèi)電磁波歷經(jīng)路程，從而導(dǎo)致發(fā)射信號(hào)與目標(biāo)回波信號(hào)存在嚴(yán)重遮擋，即雷達(dá)發(fā)射通道信 號(hào)還未結(jié)束，目標(biāo)回波信號(hào)已經(jīng)返回至接收通道的情況。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:在微波暗室內(nèi)利用間歇收發(fā)方法，通過收發(fā)通道交 替工作實(shí)現(xiàn)雷達(dá)脈沖信號(hào)無耦合無遮擋收發(fā)，并利用信號(hào)處理手段完成目標(biāo)信息重構(gòu)。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
[0006] 第一步，基于間歇收發(fā)的雷達(dá)脈沖信號(hào)收發(fā)
[0007] 利用間歇收發(fā)方法，通過發(fā)射通道和接收通道交替工作實(shí)現(xiàn)雷達(dá)脈沖信號(hào)的無耦 合、無遮擋收發(fā)，此時(shí)雷達(dá)脈沖信號(hào)收發(fā)過程實(shí)際上等價(jià)于用方波信號(hào)P(t)與雷達(dá)發(fā)射脈 沖信號(hào)so(t)相乘，即間歇收發(fā)后等效的雷達(dá)脈沖信號(hào)可表示為 Sl(t)=SQ(t) ·ρ(υ，?為時(shí) 間。
[0008] 第二步，獲取目標(biāo)回波信號(hào)
[0009] 假設(shè)雷達(dá)目標(biāo)時(shí)域沖擊響應(yīng)函數(shù)為〇(t)，則間歇收發(fā)后目標(biāo)回波信號(hào)可等價(jià)表示 為82(1：) = 〇(1：)*81(1：)，*表示卷積。
[0010] 第三步，目標(biāo)信息重構(gòu)
[0011] 對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)82(〇進(jìn)行脈沖壓縮，獲取間歇收發(fā)后目標(biāo)信息sh(t)，然后通過匹 配濾波和時(shí)域開窗信號(hào)處理手段對(duì)原始目標(biāo)信息精確重構(gòu)。
[0012] 本發(fā)明的有益效果主要包括：
[0013] 第一，解決了微波暗室中收發(fā)信號(hào)耦合問題?；陂g歇收發(fā)方法實(shí)現(xiàn)收發(fā)通道交 替工作，實(shí)際上等效用收發(fā)分時(shí)方式從時(shí)間上對(duì)收發(fā)通道耦合信號(hào)進(jìn)行解耦合。
[0014] 第二，解決了收發(fā)信號(hào)遮擋問題。根據(jù)雷達(dá)與目標(biāo)相對(duì)距離、目標(biāo)尺寸等條件，精 確控制收發(fā)通道的交替工作時(shí)間，將原始雷達(dá)發(fā)射脈沖信號(hào)分成多個(gè)短時(shí)子脈沖信號(hào)進(jìn)行 收發(fā)，從而解決了信號(hào)遮擋。
[0015] 第三，目標(biāo)信息重構(gòu)結(jié)果較為精確。理想間歇收發(fā)等價(jià)于用矩形信號(hào)對(duì)雷達(dá)發(fā)射 脈沖信號(hào)進(jìn)行"截?cái)?，屬于線性作用過程，通過后續(xù)信號(hào)處理手段可精確祛除"截?cái)?效應(yīng)， 保證目標(biāo)信息重構(gòu)結(jié)果可靠。 【【附圖說明】】
[0016] 圖1是間歇收發(fā)工作示意圖。
[0017]圖2是目標(biāo)回波彳目號(hào)不意圖。
[0018]圖3是原始目標(biāo)信息示意圖。
[0019] 圖4是目標(biāo)信息重構(gòu)示意圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0020] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。步驟如下：
[0021] 第一步，利用間歇收發(fā)方法，通過收發(fā)通道交替工作實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)收發(fā)。
[0022] 如圖1所示，假設(shè)雷達(dá)發(fā)射脈沖信號(hào)為一線性調(diào)頻脈沖信號(hào)(上調(diào)頻），可以表示為
[0024]其中rect( ·)為矩形窗函數(shù)，Tp為脈寬，u(t) = exp( jJT γ t2)為復(fù)包絡(luò)信號(hào)，
為單位虛數(shù)，fo為中心頻率，γ為線性調(diào)頻率。
[0025]間歇收發(fā)工作流程為:首先發(fā)射一小段脈沖信號(hào)，在目標(biāo)回波信號(hào)未返回前切換 至接收通道，開始接收目標(biāo)回波信號(hào)，待目標(biāo)回波信號(hào)接收結(jié)束后，再切換至發(fā)射通道繼續(xù) 發(fā)射脈沖信號(hào)，如此交替進(jìn)行直至整個(gè)雷達(dá)發(fā)射脈沖信號(hào)收發(fā)完全結(jié)束。交替工作過程可 以抽象為一方波信號(hào)P(t)進(jìn)行控制，p(t)可表示為
[0027]其中τ為發(fā)射通道工作時(shí)段，TS為收發(fā)通道交替工作周期，δ( ·)為單位沖擊函數(shù)， η表示第η個(gè)沖擊脈沖函數(shù)。
[0028]通過精確的時(shí)延和波形控制可以保證實(shí)際發(fā)射出去的信號(hào)相位的連續(xù)性和幅度 一致性，從而確保收發(fā)過程等效為方波信號(hào)p(t)與雷達(dá)發(fā)射脈沖信號(hào)so(t)的乘積，如圖1 中所示，間歇收發(fā)后等效的雷達(dá)脈沖信號(hào)可表示為
[0030]第二步，獲取目標(biāo)回波信號(hào)。
[0031]根據(jù)信號(hào)與系統(tǒng)知識(shí)，目標(biāo)散射過程可等效為一線性系統(tǒng)與激勵(lì)信號(hào)相卷積。設(shè) 目標(biāo)與雷達(dá)相對(duì)距離為R，散射強(qiáng)度為〇〇,目標(biāo)在雷達(dá)視線方向投影長度為L。雷達(dá)目標(biāo)時(shí)域 響應(yīng)函數(shù)為0(t)=0#(t-At)。如圖2所示，則間歇收發(fā)條件下，目標(biāo)回波信號(hào)去載頻后可 表示為：
[0033] 可以看出，目標(biāo)回波信號(hào)由一系列子脈沖信號(hào)構(gòu)成，各段子脈沖寬度等于發(fā)射通 道工作時(shí)段τ，子脈沖帶寬Βδ = γ τ。
[0034] 第三步，對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行重構(gòu)。
[0035] 接收到的目標(biāo)回波信號(hào)理論上等價(jià)于將全脈沖發(fā)射條件下的目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行 "截?cái)?，匹配濾波后通過開窗手段祛除"截?cái)?效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信息重構(gòu)。目標(biāo)回波信號(hào)對(duì)應(yīng) 的幅度歸一化匹配濾波器頻率響應(yīng)為
[0037]其中f是頻率分量，Β是雷達(dá)信號(hào)帶寬。
[0038] s2(t)對(duì)應(yīng)頻域形式為 rnn^Qi
[0040] 其中sinc( ·)為辛克函數(shù)，U(f)為u(t)的頻譜為目標(biāo)回波信號(hào)時(shí)間延 遲量，c是電磁波傳播速度。
[0041] 目標(biāo)回波信號(hào)經(jīng)匹配濾波并取模后輸出形式為
[0042]
[0043]其中| · |表示取模運(yùn)算，IFFT表示逆傅里葉變換。對(duì)|sh(t)|的主峰位置進(jìn)行時(shí)域 開窗處理可濾出主峰，完成目標(biāo)信息重構(gòu)。需要條件分析如下：
[0044] | m(t) |相鄰兩個(gè)辛克函數(shù)尖峰相距
[0046] 要保證匹配濾波后相鄰峰值不發(fā)生混疊，則需滿足
[0047] AR>L (公式九）
[0048] 此外要滿足目標(biāo)回波信號(hào)不遮擋和完全接收條件，還須有
[0051 ]即約束條件可寫為：
[0053] 一方面Ts越大則相鄰兩個(gè)峰值距離越遠(yuǎn)，越利于目標(biāo)信息重構(gòu)，另一方面T s越大則 信號(hào)輻射能量越小，越不易恢復(fù)目標(biāo)信息。為保證發(fā)射信號(hào)盡可能多地輻射至目標(biāo)處，實(shí)際 中1一般取一個(gè)適中值。
[0054] 設(shè)目標(biāo)長度 L=15m，信號(hào)帶寬 B = 2MHz，TP=100us，R = 30mJlJy=2X101°Hz/s，A t = 0 · 2us，Δ τ = 〇· lus，貝Ι|τ < 〇· 2us。若取τ = 〇 · 2us，貝ijO. 5us < Ts<500us。匹配濾波后目標(biāo) 等效位于15km處，如圖3所示。設(shè)定間歇收發(fā)參數(shù)τ = 〇. 15118，1^ = 0.6118。匹配濾波后信號(hào)相 鄰兩個(gè)峰值相距12.5km，此時(shí)通過對(duì)輸出結(jié)果開窗，截取主峰即可重構(gòu)目標(biāo)信息，如圖4所 不。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種微波暗室內(nèi)脈沖體制雷達(dá)目標(biāo)回波信息重構(gòu)方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一，基于間歇收發(fā)的雷達(dá)脈沖信號(hào)收發(fā) 利用間歇收發(fā)方法，通過發(fā)射通道和接收通道交替工作實(shí)現(xiàn)雷達(dá)脈沖信號(hào)的無耦合、 無遮擋收發(fā)，此時(shí)雷達(dá)脈沖信號(hào)收發(fā)過程實(shí)際上等價(jià)于用方波信號(hào)P(t)與雷達(dá)發(fā)射脈沖信 號(hào)so(t)相乘，即間歇收發(fā)后等效的雷達(dá)脈沖信號(hào)表示S S1(t) = SQ(t) ·ρ(υ，?為時(shí)間； 步驟二，獲取目標(biāo)回波信號(hào) 假設(shè)雷達(dá)目標(biāo)時(shí)域沖擊響應(yīng)函數(shù)為〇(t)，則間歇收發(fā)后目標(biāo)回波信號(hào)可等價(jià)表示為S2 (t) =0(t)*Sl(t)，*表示卷積； 步驟三，目標(biāo)信息重構(gòu) 對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)s2(t)進(jìn)行脈沖壓縮，獲取間歇收發(fā)后目標(biāo)信息Sh(t)，然后通過匹配濾 波和時(shí)域開窗信號(hào)處理手段對(duì)原始目標(biāo)信息精確重構(gòu)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波暗室內(nèi)脈沖體制雷達(dá)目標(biāo)回波信息重構(gòu)方法，其特征在 于：在步驟一由·假沿 飲勞射晚油隹縣先一姥樺很1疏晚油隹縣·豐壬先其中代(：1:( ·)為矩形窗函數(shù)，1'1)為脈寬，11(1:)=61口(扣7 1：2)為復(fù)包絡(luò)信號(hào)，彡=^/^1為 單位虛數(shù)，f〇為中心頻率，γ為線性調(diào)頻率。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波暗室內(nèi)脈沖體制雷達(dá)目標(biāo)回波信息重構(gòu)方法，其特征在 于:在步驟一中，間歇收發(fā)工作流程為:首先發(fā)射一脈沖信號(hào)，在目標(biāo)回波信號(hào)未返回前切 換至接收通道，開始接收目標(biāo)回波信號(hào)，待目標(biāo)回波信號(hào)接收結(jié)束后，再切換至發(fā)射通道繼 續(xù)發(fā)射脈沖信號(hào)，如此交替進(jìn)行直至整個(gè)雷達(dá)發(fā)射脈沖信號(hào)收發(fā)完全結(jié)束;交替工作過程 抽象為一方波信號(hào)P(t)進(jìn)行控制，p(t)表示為(公式二) 其中τ為發(fā)射通道工作時(shí)段，TS為收發(fā)通道交替工作周期，δ( ·)為單位沖擊函數(shù)，n表示 第η個(gè)沖擊脈沖函數(shù)； 通過精確的時(shí)延和波形控制保證實(shí)際發(fā)射出去的信號(hào)相位的連續(xù)性和幅度一致性，從 而確保收發(fā)過程等效為方波信號(hào)P(t)與雷達(dá)發(fā)射脈沖信號(hào)so(t)的乘積，間歇收發(fā)后等效 的雷達(dá)脈沖信號(hào)表示為(公式三).。.4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波暗室內(nèi)脈沖體制雷達(dá)目標(biāo)回波信息重構(gòu)方法，其特征在 于:在步驟二中，目標(biāo)散射過程可等效為一線性系統(tǒng)與激勵(lì)信號(hào)相卷積;設(shè)目標(biāo)與雷達(dá)相對(duì) 距離為R，散射強(qiáng)度為〇〇，目標(biāo)在雷達(dá)視線方向投影長度為L;雷達(dá)目標(biāo)時(shí)域響應(yīng)函數(shù)為〇 (t) = M(t- Δ t);則間歇收發(fā)條件下，目標(biāo)回波信號(hào)去載頻后表示為：目標(biāo)回波信號(hào)由一系列子脈沖信號(hào)構(gòu)成，各段子脈沖寬度等于發(fā)射通道工作時(shí)段τ，子 脈沖帶寬Βδ = γτ。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波暗室內(nèi)脈沖體制雷達(dá)目標(biāo)回波信息重構(gòu)方法，其特征在 于:在步驟三中，接收到的目標(biāo)回波信號(hào)等價(jià)于將全脈沖發(fā)射條件下的目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行 截?cái)?，匹配濾波后通過開窗手段祛除截?cái)嘈?yīng)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信息重構(gòu)；目標(biāo)回波信號(hào)對(duì)應(yīng)的幅 度歸一化匹配濾波器頻率響應(yīng)為(公式五) 其中f是頻率分量，Β是雷達(dá)信號(hào)帶寬； S2(t)對(duì)應(yīng)頻域形式為： " a. ··其中sinc( ·)為辛克函數(shù)，U(f)為u(t)的頻譜，Λ/為目標(biāo)回波信號(hào)時(shí)間延遲量， c是電磁波傳播速度； 目標(biāo)回波信號(hào)經(jīng)匹配濾波并取模后輸出形式為其中I · I表示取模運(yùn)算，IFFT表示逆傅里葉變換;對(duì)|sh(t)|的主峰位置進(jìn)行時(shí)域開窗 處理濾出主峰，完成目標(biāo)信息重構(gòu);需要條件分析如下： Sh(t) I相鄰兩個(gè)辛克函數(shù)尖峰相距要保證匹配濾波后相鄰峰值不發(fā)生混疊，則需滿足 AR>L (公式九） 此外要滿足目標(biāo)回波信號(hào)不遮擋和完全接收條件，還須有2/, 其中Δτ =--表;^彳目號(hào)遍歷目標(biāo)耗時(shí)； c 即約束條仳?qū)憺?
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK105866755SQ201610373374
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】潘小義, 王偉, 馮德軍, 傅其祥, 顧趙宇, 艾小鋒, 劉永才, 徐樂濤, 張文明
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)