[发明专利]一种线性调频信号多通道扩展脉压技术

说明书

技术领域

本发明涉及水声及雷达技术应用领域，更具体地，本发明涉及一种适用于对高速运动目标观测的大时宽带宽积线性调频信号的脉冲压缩技术。

背景技术

在声呐和雷达应用中，通常可通过处理发射信号的回波时延和Doppler偏移来获取目标相对于雷达的距离和径向速度信息。一般说来，发射信号的时宽越小，测距精度越高。但是，要得到较高的测速精度，需要信号的时宽较大。另外，对于长程观测应用而言，需要采用长脉冲来获取足够的发射能量，以检测远距离上的小目标。为解决上述矛盾，一般采用调频或调相的波形。这样，一方面可通过增加长脉冲的频谱宽度，获得短脉冲所能达到的测距分辨率；另一方面，长脉冲可望带来较高的多普勒测量精度，并保证观测的作用距离。而要达到上述目的，对长脉冲信号回波能量进行积累的脉冲压缩技术成为关键。

声呐和雷达观测中经常遇到的是非合作的运动目标，目标的回波信号不仅包含目标距离带来的延迟信息，还包含目标径向运动对回波的调制作用。对于一般应用而言，目标径向运动对回波的调制作用体现在回波信号中的多普勒频率偏移，对发射波形相位结构的影响通常忽略；然而，对于高速运动目标而言，则需要考虑回波的尺度效应带来的波形相位结构特征变化，如果不能克服这样的相位调制的影响，则会带来脉压能量的损耗，不利于对目标的检测。已有的研究表明，若发射信号时宽为T_p，调制带宽为B，则若目标径向速度v_r远远小于c/(2BT_p)时(其中c为载波在媒介中传播速度，对雷达应用而言约为300 000000m/s，对水声应用而言通常近似为1500m/s)，可忽略目标运动带来的回波尺度效应影响。

由于线性调频(Linear Frequency Modulated，LFM)信号具有优良的多普勒容限性能，因而是最常用的脉压波形之一。目前存在很多采用长脉冲线性调频信号的雷达系统，主要用于卫星或弹道导弹等高速运动目标的搜索和跟踪。如美国的“铺路爪”，发射脉冲可长达16ms，信号带宽达26MHz；又如美国麻省理工学院的Lincoln实验室开发的远距离成像雷达，可发射脉冲宽度长达50ms，带宽为10MHz的线性调频信号对空间目标进行检测和跟踪。可见，对于远程雷达观测应用而言，设计的信号时宽带宽积一般可达1.0e5的级别。另一方面，高速运动目标如卫星、弹道导弹等相对于雷达站的径向速度能达到1～7km/s。而对于水声应用而言，发射信号的时宽带宽积通常可达几百的数量级，而目标的速度通常也能达到20m/s左右的数量级。显然，如果此时还忽略回波尺度效应的影响，必将带来脉压幅度的损失，影响后续的目标检测性能。

对高速运动目标的LFM回波信号处理问题，S Kramer分析了LFM对高速运动目标速度和加速度的多普勒容限能力，L G Weiss提出采用小波和宽带相关处理的方法处理回波的尺度效应。另外，Qu Jin等研究了采用宽带模糊函数来同时估计回波延迟和多普勒尺度因子的Cramer-Rao下界等问题，但该方法运算量太大，不适于实际应用。另外，叶春茂等提出过一种扩展脉压处理的方案，但是该方法不能应对回波尺度效应对基带信号的影响。

有鉴于此，本专利提出一种多通道扩展的LFM回波脉压技术。相对于传统的LFM回波脉压技术，该方法能有效缓解多普勒脉压损失。同时，该方法不仅可用于匀速运动目标，而且可用于匀加速运动目标的回波处理。更重要的是，该方法的计算量较小，非常适合实际应用的需要。

发明内容

当传感器采用具有大时宽带宽积的LFM信号时，本发明提出一种基于多通道扩展处理的脉冲压缩方案，从而可有效克服目标径向运动带来的脉压损失，并给定通道数的确定方法。

本发明提出的一种针对LFM信号高速运动目标回波脉冲压缩的多通道处理方案包含如下方面：

步骤10)、对相参接收的回波信号进行I/Q双通道采样，得到基带数字化回波信号；

步骤20)、对基带回波信号进行快速Fourier变换(FFT)，获得基带信号的频谱；

步骤30)、根据不同的目标径向速度生成参考频谱修正函数，并根据脉压旁瓣要求进行频域加窗。通道参考谱可预先生成存储，也可以通过实时计算产生；

步骤40)、在不同速度通道中对回波谱进行Doppler搬移，然后同该通道的参考谱相乘，并进行快速Fourier逆变换，得到各个速度通道的脉压结果；

步骤50)、在各速度通道中检测目标，并对目标检测点迹结果做综合。

其中，步骤10)中，假设雷达发射线性调频信号，可表示为