一种脉间频率捷变与相参处理兼容方法

1.本发明涉及现代雷达信号处理领域，尤其涉及一种脉间频率捷变与相参处理兼容方法。


背景技术：

2.为提升杂波抑制性能，现代雷达采用动目标显示（mti）技术，为提高目标检测信噪比，雷达通常采用动目标检测（mtd/pd）技术进行多脉冲相参积累。
3.为保证相参积累性能，雷达需要保持发射脉冲串的相参性，所以相参处理时间内载频需保持一致性。但是发射载频的一致性导致敌方易于对雷达信号进行侦收和实施干扰，如实施欺骗性干扰或者压制性干扰。
4.脉间频率捷变是指载频在每个脉冲重复周期均发生变化，脉间频率捷变可有效对抗干扰，但载频捷变会导致发射脉冲串不相参，这与mti和相参积累（mtd/pd）是不兼容的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种脉间频率捷变与相参积累处理方法，将捷变频后的非相参信号补偿为相参信号，达到信号脉间捷变频与mti、相参积累（mtd/pd）相兼容的目的。
6.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：本发明提供了一种脉间频率捷变与相参处理兼容方法，包括：s1、构建脉间频率捷变目标回波数学模型；s2、脉间频率捷变与动目标显示mti兼容性分析；s3、基于相位补偿的脉间频率捷变与动目标显示mti兼容方法；s4、脉间频率捷变与相参积累兼容分析。
7.进一步，所述s1具体为：s101、调频信号的发射信号为：
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（1）；
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（2）；其中，为脉冲调频复包络信号；为快时间；为第个脉冲的信号载频；为虚数单位；当捷变时表示载频捷变，为波形相位调制函数，所述波形的瞬时调制频率为：（3）。
8.进一步，所述s1还包括：
s102、假设距离处有一目标，相对于雷达的径向速度为，则根据式（1）和式（2），所述目标的回波信号为：（4）其中，表示第个脉冲目标的延时，且
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（5）其中，为第个脉冲目标的多普勒频率，且（6）；其中，，慢时间；；为光速；将式（5）代入式（4）得：（7）；s103、经混频后的回波信号为：（8）。
9.进一步，所述s2的具体步骤为：由式（8）知，第个脉冲和第个脉冲对消输出为：对消输出为：（9）由式（5）知，，即，令式（9）中，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：
（10）式中，，代入（10）式得：
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（11）由式（11）得，对于固定目标，mti对消输出为：（12）由于频率捷变导致，，故公式（12）不为0，即两脉冲相减后不能有效对消掉固定目标；由于，故公式（5）简化为，代入公式（12）得：
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（13）；当时，公式（13）为0，即频率不发生捷变，则mti输出为0，这时mti可正常对消固定目标，所以mti与频率捷变不兼容。
10.进一步，所述s3的具体步骤为：由公式（13）得，固定目标无法对消的原因是，利用相位补偿抵消掉固定目标的相位项，使得两脉冲进行mti处理后的固定目标回波输出为0，具体补偿方法为将式（9）进行相位补偿，补偿相位为：
（14）；补偿方法为：将第个脉冲回波乘以补偿相位，得到对消后的输出为：，得到对消后的输出为：，得到对消后的输出为：，得到对消后的输出为：，得到对消后的输出为：（15）；由公式（15）得出，对于固定目标，由于改为，即使在每个周期发生了捷变，公式（15）输出始终为0，即固定目标被对消，频率捷变与mti相兼容。
11.进一步，所述s4的具体步骤为：将公式（8）目标回波信号重写，并展开为：将公式（8）目标回波信号重写，并展开为：将公式（8）目标回波信号重写，并展开为：将公式（8）目标回波信号重写，并展开为：
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（16）；公式（16）中，为相参积累脉冲数，相参处理是在脉冲维进行，即慢时间维；当捷变频时，载频在，范围内服从均匀分布，均值为：
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（17）标准差为：
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（18）公式（16）中第四项相位对应的标准差为：
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（19）当，得：
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（20）；当当捷变频带宽满足式（20）的约束条件，载频在均匀变化时，即可进行相参积累。
12.本发明的有益效果为：包括构建脉间载频捷变目标回波数学模型；脉间频率捷变与现代雷达采用动目标显示mti和相参积累（mtd/pd）兼容性分析；提出了一种脉间频率捷变与相参处理相兼容的雷达信号处理方法，仿真验证了新方法的有效性。
附图说明
13.图1 为固定载频信号示意图；图2为脉组频率捷变信号示意图；图3为脉间频率捷变信号示意图；图4为固定载频雷达信号处理流程图；图5为固定载频信号对速度为0目标处理结果图；图6为固定载频信号对速度为120m/s目标处理结果图；图7为雷达脉间频率捷变信号处理框图；图8为，但未经距离相位补偿处理结果图；图9为脉间频率捷变处理结果图；图10为脉间频率捷变处理结果图；图11为脉间频率捷变处理结果图；图12为脉间频率捷变相参积累图。
具体实施方式
14.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
15.雷达在工作时，正常情况下发射相参脉冲串信号，在相参处理时间内信号中心频率是固定不变的，通常包括两种情形，一是图1所示中心频率固定的信号，以线性调频信号lfm为例。在一个脉宽内，信号频率随时间线性变化，其中心频率在相参处理时间内以及连续多个相参处理时间之间保持不变，且频率调制特性不变，显然可以做到相参处理。
16.二是图2所示中心频率脉组间捷变的lfm信号示意图。在一个脉宽内，信号频率随时间呈线性变化，其中心频率在相参处理时间内保持不变，但在相参处理时间发生随机变化。在相参处理时间内仍可以做到相参处理。以上两种情况不需要特殊处理，均可进行相参处理。但由于在相参处理周期内频率保持不变，因此易于被侦收和干扰，影响雷达正常工作。
17.要解决这问题，可行的方法是脉间频率捷变，图3所示是脉间频率捷变信号示意图，发射信号中心频率在之间随机变化，侦收设备难以截获雷达发射信号频率，因此是一种有效的抗干扰手段。但是由于脉冲串之间不再相参，故无法实现mti和相参积累
（mtd/pd）处理，雷达将无法进行杂波抑制和相参积累处理，影响目标在杂波中的检测能力和最大探测距离。即脉间频率捷变与mti、相参积累（mtd/pd）无法兼容。
18.一种脉间频率捷变与相参处理兼容方法，包括：s1、构建脉间频率捷变目标回波数学模型；s2、脉间频率捷变与动目标显示mti兼容性分析；s3、基于相位补偿的脉间频率捷变与动目标显示mti兼容方法；s4、脉间频率捷变与相参积累兼容分析。
19.所述s1具体为：s101、调频信号的发射信号为：
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（1）；
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（2）；其中，为脉冲调频复包络信号；为快时间；为第个脉冲的信号载频；为虚数单位；当捷变时表示载频捷变，为波形相位调制函数，所述波形的瞬时调制频率为：（3）。
20.所述s1还包括：s102、假设距离处有一目标，相对于雷达的径向速度为，则根据式（1）和式（2），所述目标的回波信号为：（4）其中，表示第个脉冲目标的延时，且
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（5）其中，为第个脉冲目标的多普勒频率，且（6）；其中，，慢时间；；为光速；将式（5）代入式（4）得：（7）；s103、经混频后的回波信号为：
（8）。
21.所述s2的具体步骤为：由式（8）知，第个脉冲和第个脉冲对消输出为：对消输出为：（9）由式（5）知，，即，令式（9）中，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：（10）式中，，代入（10）式得：
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（11）由式（11）得，对于固定目标，mti对消输出为：（12）由于频率捷变导致，，故公式（12）不为0，即两脉冲相减后不能有效对消掉固定目标；由于，故公式（5）简化为，代入公式（12）得：
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（13）；当时，公式（13）为0，即频率不发生捷变，则mti输出为0，这时mti可正常对消固定目标，所以mti与频率捷变不兼容。
22.所述s3的具体步骤为：由公式（13）得，固定目标无法对消的原因是，利用相位补偿抵消掉固定目标的相位项，使得两脉冲进行mti处理后的固定目标回波输出为0，具体补偿方法为将式（9）进行相位补偿，补偿相位为：（14）；补偿方法为：将第个脉冲回波乘以补偿相位，得到对消后的输出为：，得到对消后的输出为：，得到对消后的输出为：，得到对消后的输出为：，得到对消后的输出为：（15）；
由公式（15）得出，对于固定目标，由于改为，即使在每个周期发生了捷变，公式（15）输出始终为0，即固定目标被对消，频率捷变与mti相兼容。
23.所述s4的具体步骤为：将公式（8）目标回波信号重写，并展开为：将公式（8）目标回波信号重写，并展开为：将公式（8）目标回波信号重写，并展开为：将公式（8）目标回波信号重写，并展开为：
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（16）；公式（16）中，为相参积累脉冲数，相参处理是在脉冲维进行，即慢时间维；当捷变频时，载频在，范围内服从均匀分布，均值为：
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（17）标准差为：
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（18）公式（16）中第四项相位对应的标准差为：
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（19）当，得：
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（20）；当当捷变频带宽满足式（20）的约束条件，载频在均匀变化时，即可进行相参积累。
24.实施例一：发射线性调频信号，即信号时宽为，信号带宽为，调频斜率，载频，重复周期为，采用固定载频时个脉冲进行相参积累的结果，目标可正常积累。当目标径向速度为0时，经过图4所示信号处理后，输出如图5所示。由图可知，对于固定目标信号处理无输出。
25.而对于径向速度为120m/s的目标，信号处理结果如图6所示。目标输出正常。
26.对于本专利提出的雷达脉间频率捷变信号处理流程如图7所示，在常规mti的基础上逐距离单元进行相位补偿，假设总共有m个距离单元，雷达距离分辨率为，则对应距离单元的距离为，按照公式（14）逐距离单元进行相位补偿，个距离单元补偿的相位值分别为，雷达参数按照式（20）条件进行参数约束。
27.实施例二基本参数同例1，对于径向速度为120m/s的目标，雷达采取脉间频率捷变，根据式（20）约束条件，变频带宽。
28.图8为，但未经距离相位补偿的处理结果。由图可知，目标在多普勒域已分散，相参积累效果差。
29.如图9~11所示分别为、、且经过距离相位补偿的处理结果，可以看出目标主瓣幅度逐渐降低，而多普勒维副瓣逐渐升高，脉冲积累性能逐渐下降。
30.而当时，满足公式（20）约束条件，并按照距离单元进行相位补偿后的积累结果如图12所示，与图6所示积累对比结果基本一致。证明了本专利提出方法的有效性。
31.以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求。

技术特征：
1.一种脉间频率捷变与相参处理兼容方法，其特征在于，包括：s1、构建脉间频率捷变目标回波数学模型；s2、脉间频率捷变与动目标显示mti兼容性分析；s3、基于相位补偿的脉间频率捷变与动目标显示mti兼容方法；s4、脉间频率捷变与相参积累兼容分析。2.根据权利要求1所述的一种脉间频率捷变与相参处理兼容方法，其特征在于，所述s1具体为：s101、调频信号的发射信号为：
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（1）；
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（2）；其中，为脉冲调频复包络信号；为快时间；为第个脉冲的信号载频；为虚数单位；当捷变时表示载频捷变，为波形相位调制函数，所述波形的瞬时调制频率为：（3）。3.根据权利要求2所述的一种脉间频率捷变与相参处理兼容方法，其特征在于，所述s1还包括：s102、假设距离处有一目标，相对于雷达的径向速度为，则根据式（1）和式（2），所述目标的回波信号为：（4）其中，表示第个脉冲目标的延时，且
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（5）其中，为第个脉冲目标的多普勒频率，且（6）；其中，，慢时间；；为光速；将式（5）代入式（4）得：（7）；s103、经混频后的回波信号为：（8）。
4.根据权利要求3所述的一种脉间频率捷变与相参处理兼容方法，其特征在于，所述s2的具体步骤为：由式（8）知，第个脉冲和第个脉冲对消输出为：对消输出为：（9）由式（5）知，，即，令式（9）中，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：，得到简化后的输出为：（10）式中，，代入（10）式得：
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（11）由式（11）得，对于固定目标，mti对消输出为：
（12）由于频率捷变导致，，故公式（12）不为0，即两脉冲相减后不能有效对消掉固定目标；由于，故公式（5）简化为，代入公式（12）得：
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（13）；当时，公式（13）为0，即频率不发生捷变，则mti输出为0，这时mti可正常对消固定目标，所以mti与频率捷变不兼容。5.根据权利要求4所述的一种脉间频率捷变与相参处理兼容方法，其特征在于，所述s3的具体步骤为：由公式（13）得，固定目标无法对消的原因是，利用相位补偿抵消掉固定目标的相位项，使得两脉冲进行mti处理后的固定目标回波输出为0，具体补偿方法为将式（9）进行相位补偿，补偿相位为：（14）；补偿方法为：将第个脉冲回波乘以补偿相位，得到对消后的输出为：，得到对消后的输出为：，得到对消后的输出为：，得到对消后的输出为：，得到对消后的输出为：（15）；由公式（15）得出，对于固定目标，由于改为，即使在每个周期发生了捷变，公式（15）输出始终为0，即固定目标被对消，频率捷变与mti相兼容。6.根据权利要求5所述的一种脉间频率捷变与相参处理兼容方法，其特征在于，所述s4
的具体步骤为：将公式（8）目标回波信号重写，并展开为：将公式（8）目标回波信号重写，并展开为：将公式（8）目标回波信号重写，并展开为：将公式（8）目标回波信号重写，并展开为：
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（16）；公式（16）中，为相参积累脉冲数，相参处理是在脉冲维进行，即慢时间维；当捷变频时，载频在，范围内服从均匀分布，均值为：
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（17）标准差为：
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（18）公式（16）中第四项相位对应的标准差为：
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（19）当，得：
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（20）；当当捷变频带宽满足式（20）的约束条件，载频在均匀变化时，即可进行相参积累。

技术总结
本发明提一种脉间频率捷变与相参处理兼容方法，包括构建脉间频率捷变目标回波数学模型；脉间频率捷变与现代雷达采用动目标显示MTI和相参积累（MTD/PD）兼容性分析；提出了一种脉间频率捷变与相参处理相兼容的雷达信号处理方法，仿真验证了新方法的有效性。仿真验证了新方法的有效性。仿真验证了新方法的有效性。


技术研发人员：汤子跃 余方利 杜鹏飞 陈一畅 孙永健 朱振波 周畅
受保护的技术使用者：中国人民解放军空军预警学院
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/14