[发明专利]基于多普勒频谱重心校正的调频连续波着陆雷达测速方法

说明书

本发明公开了一种基于多普勒频谱重心校正的调频连续波着陆雷达测速方法，其实现步骤为：(1)获取调频连续波着陆雷达的回波信号；(2)获得解调频后回波信号的二维矩阵；(3)获得差频信号的频谱；(4)获得差频信号频谱重心和频谱宽度的第一次估计值；(5)计算差频信号频谱的噪声功率；(6)获得差频信号频谱重心和频谱宽度的第二次估计值；(7)获得调频连续波着陆雷达天线波束的地面入射角；(8)获得校正后的多普勒频谱重心；(9)获得校正后的测速结果。本发明通过添加重心校正系数得到校正后的速度估计值，可以用于调频连续波着陆雷达测速，满足更高精度的测速要求。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更进一步涉及雷达数据处理技术领域中的一种基于多普勒频谱重心校正的调频连续波FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)着陆雷达测速方法。本发明在利用重心法公式，估计出调频连续波着陆雷达回波多普勒频谱重心之后，利用校正后的回波多普勒频谱重心，测量调频连续波着陆雷达相对于与地面的运动速度。

背景技术

雷达测速的基本原理是应用多普勒效应。多普勒效应是指当发射源和接收者之间有相对径向运动时，接收到的信号频率将发生变化。由于目标回波的多普勒频率和其径向速度成正比，因此只要准确地测出其多普勒频率，就可以确定目标运动的径向速度。随着雷达技术的发展，调频连续波雷达已广泛应用于测速、测距、气象预测等领域。线性频率调制的调频连续波信号作为一种比较成熟的低截获概率信号，目前已受到广泛的研究和应用。

而在实际应用中，由于地面上等角度间隔的投影面积不同以及入射角不同，导致调频连续波着陆雷达的回波信号能量并不关于天线波束中心轴线对称，用重心法公式估计出的多普勒频谱重心并非天线波束中心对应的多普勒频率。为了实现无偏估计，需要对使用重心法公式估计的结果进行校正，提高调频连续波着陆雷达多普勒频率的估计精度。现有利用重心法估计调频连续波着陆雷达多普勒频率的方法，仅利用了调频连续波着陆雷达回波频谱的统计特性，在复杂场景下，计算量大且估计精度较差。

西安电子科技大学在其申请的专利文献“基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法”(专利申请号201510076008.0，公布号CN104635231A)中公开了一种基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法。该方法首先利用频谱重心法预估机车多普勒频率并抑制低频干扰，再进行雷达位置自校准与速度解算，最终通过自适应卡尔曼滤波器进行滤波，实现机车速度的实时测量。在自适应卡尔曼滤波模块中，首先用前一时刻的机车状态预测机车当前时刻的运动状态，并利用滑窗方法实时计算观测噪声的方差，以适应不同路面情况下雷达的观测误差波动，然后再利用观测值对机车速度的预测值进行更新，得到最终机车运行速度的估计值。该方法存在的不足之处是，需要通过自适应卡尔曼滤波器进行滤波，在调频连续波着陆雷达的应用场景下，运算量较大。

刘昌文在其发表的论文“激光多普勒测速中的频谱校正及其应用”(中国激光，第30卷第7期，2003年7月)中公开了一种使用能量重心法来提高多普勒频率的测量精度以满足测量要求。该方法利用各种窗函数离散频谱的能量重心无穷逼近主瓣中心或在主瓣中心附近，通过对信号功率谱加窗，依据信号功率谱的分布特征选择一种窗函数并确定采样点数，最终以主瓣内功率谱值较大的几条谱线求得主瓣的中心坐标，得到校正后的多普勒频率。这种能量重心法不依赖于窗函数，算法实现简单，计算量小。但是，该方法仍然存在的不足之处是，多普勒频率的校正精度与窗函数类型和采样点数的选取有关。当窗函数选择矩形窗或者选取的采样点数较少时，多普勒频率的校正精度较低，无法满足调频连续波着陆雷达高测速精度的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于多普勒频谱重心校正的调频连续波着陆雷达测速方法。可实现使用重心校正系数对调频连续波多普勒频谱重心进行校正，降低测速的计算量，提高测速精度。