[发明专利]基于差波束调制和波形分析的PD雷达测距测角方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于差波束调制和波形分析的PD雷达测距测角方法，尤其涉及到基于LFM-PD体制的四象限天线排布雷达系统上目标距离测量和角度精确估计的实现方法，属于信号处理技术领域。

背景技术

随着电子技术的发展和电磁环境的复杂化，为了适应现代雷达应用中群目标识别的要求，需要进一步提高雷达的测角精度。基于线性调频-脉冲多普勒(LFM-PD)体制的四象限天线排布雷达系统综合了LFM、PD雷达和波形分析技术的全部优势，能够有效应对上述需求。

PD雷达是上世纪60年代为解决机载下视雷达强地杂波的干扰而研制的，目前已成为雷达系统中广泛应用的雷达体制。它能够区分不同距离、不同径向速度的目标，可以有效地实现运动目标和背景杂波的分离与检测。而线性调频(LFM)信号较容易产生和处理，是目前在工程应用上技术最成熟的一种脉冲压缩信号。LFM-PD雷达结合了LFM波形可脉冲压缩的特点和PD体制的优点，能够同时获得较高的距离和速度分辨率，并且提高雷达作用距离。

波形分析技术是以随时间变化的一维信号为研究对象的数字处理和识别技术。许多实际问题的样本原始描述是一组波形或者一个波形，通过对波形进行离散采样，可以进行多域分析。对波谱曲线的形态进行分析，可以提取表征曲线形态的参量。以这些参量作为波谱的测度，可以有效地提取波谱所包含的各种信息。四象限天线排布雷达系统中，和差波束波形承载了目标的距离和角度信息，通过波形分析，采用FFT技术，对其波谱曲线进行分析，可以从中提取目标距离和角度信息。同传统的幅度和差测角相比，该技术对噪声具有很好的抑制作用，并且能够获得更高的测角精度，同时能够抑制角闪烁效应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于差波束调制和波形分析的PD雷达测距测角方法，在目标切向高速运动的情况下，能够有效补偿由于差波束的线性方向图函数引起的差波束调制效应，避免切向运动对测角的影响，从而提高雷达系统对目标空间位置和切向运动信息的测量精度。

本发明提出的测角方法是在基于LFM-PD体制的四象限天线排布雷达系统上实现的，该雷达系统发射相参的LFM脉冲串，并接收目标回波信号，通过PD处理得到和波束相参积累的时域波形，从中提取目标径向距离信息；通过脉冲压缩得到的和波束、方位/俯仰差波束脉冲串的频域采样序列，以此为依据，估计目标方位/俯仰角变化轨迹。

本发明提出一种基于差波束调制和波形分析的PD雷达测距测角方法，其具体包括以下几个步骤：

步骤（1）、和差波束波形提取：采用幅度和差式测角系统。首先，雷达系统接收天线形成四个3dB交叉的天线波束，同时对目标回波信号进行接收；四波束接收到的回波信号通过比较器形成和波束与方位/俯仰差波束；然后，和波束通道、方位/俯仰差波束通道的输出信号分别经过下变频及信号幅度的放大和归一化；最后送至匹配滤波器进行脉冲压缩。

步骤（2）、和差波束脉冲压缩：针对采用的LFM信号，通过匹配滤波实现脉冲压缩的过程：首先雷达系统本机振荡器形成的与发射信号同步的参考信号进行快速傅里叶变换，得到信号频域采样值，对该频域采样值进行复共轭获得匹配滤波器的频域响应；然后对目标视频回波信号做快速傅里叶变换得到频域采样序列；将目标回波视频信号的频域采样序列与匹配滤波器的频域响应相乘，得到匹配滤波后的多个和波束、方位/俯仰差波束脉压信号的频域波形。

步骤（3）、和波束相参积累：对步骤（2）得到的多个和波束频域采样序列进行IFFT变换，得到和波束的时域脉冲串；依据DFT的滤波特性，即DFT处理可等效为一组窄带多普勒滤波器，对相参的和波束时域脉冲串沿慢时间域做DFT，实现和波束的相参积累。

步骤（4）、基于和波束时域波形的目标径向距离提取：对和波束相参积累后的时域波形在距离门范围内进行极大值搜索，提取高于检测门限的极值点，得到目标峰值点对应于时域波形的采样位置，将距离门包含的距离范围依据时间序列采样点进行采样，得到目标对应的径向距离。

步骤（5）、差波束波形估计：对于步骤（2）得到的方位/俯仰差波束的频域波形序列，以序列模之和进行归一化处理，根据目标方位/俯仰角与频谱序列的逻辑关系，采用信息熵理论进行波形分析，得到目标起始方位/俯仰角、方位/俯仰角速度与波形熵值的代数关系。