超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法及设备与流程

1.本发明属于雷达探测技术领域，具体涉及一种超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法及设备。


背景技术：

2.超长基线分布式探测雷达具有探测威力远测量精度高等优势，但分布式超长基线的收发天线通常分布在几十公里甚至上百公里的距离范围内，收发本振难以做到同钟同源，从而影响系统探测性能。理论上而言，利用微波光子技术实现时钟本振分发可解决收发本振同钟同源的问题，但是该方法一方面会大幅提高系统的复杂度、增加系统成本；另一方面，时钟本振信号通过长距离的光纤传输会受到外界环境(温度、震动等)影响，信号的质量难以保证。因此，如何消除收发本振的频率差是实现超长基线分布式探测的关键。


技术实现要素：

3.本发明目的是提供一种超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法及设备，能够满足超长基线分布式探测雷达的本振频率校准需求，减小分布式雷达本振存在频率差时对系统探测性能的影响，降低超长基线分布式探测系统复杂度。
4.具体地说，一方面，本发明提供了一种超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法，包括：选取相对超长基线分布式雷达静止的目标，通过对静止目标的回波信号进行多普勒处理提取超长基线分布式雷达本振频率差，基于所述超长基线分布式雷达本振频率差完成其他目标回波信号的补偿。
5.进一步的，所述选取相对超长基线分布式雷达静止的目标，通过静止目标的回波多普勒处理提取超长基线分布式雷达本振频率差，基于所述超长基线分布式雷达本振频率差完成其他目标回波信号的补偿包括：
6.s1：选择超长基线分布式雷达静止的高仰角目标，并设置线性调频信号带宽b、线性调频信号脉宽τ0、线性调频信号重复频率f
p
；
7.s2：对接收的静止的高仰角目标回波信号进行脉压操作，形成n个尖峰；
8.s3：根据1/f
p
的时间宽度将接收的静止的高仰角目标回波信号等分为n段，根据各脉压峰位置进行对齐，形成脉冲数-距离单元的二维矩阵；
9.s4：对所述脉冲数-距离单元的二维矩阵中n个脉压峰的序列做傅里叶变换，得到的多普勒值作为本振频率差δf；
10.s5：对动目标进行探测时，对接收的动目标回波信号采用所述本振频率差δf进行补偿，即对接收的动目标回波信号sr(t)按照下式进行本振频差补偿，得到补偿后的动目标回波信号ur(t)：
11.ur(t)＝ sr(t)
×
exp(-j2πδft)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
12.s6：对所述补偿后的动目标回波信号ur(t)进行脉压操作，形成n个尖峰；根据1/f
p
的时间宽度将所述补偿后的动目标回波信号等分为n段，根据各脉压峰位置进行对齐，形成
脉冲数-距离单元的二维矩阵；对所述脉冲数-距离单元的二维矩阵中n个脉压峰的序列做傅里叶变换，得到真实目标的多普勒频率。
13.进一步的，所述选择超长基线分布式雷达静止的高仰角目标包括：
14.1)根据2d2/λ计算超长基线分布式雷达远场区域，其中d为基线长度，λ为雷达工作波长；
15.2)按照所述超长基线分布式雷达远场区域选择相对于超长基线分布式雷达静止的高仰角目标，确保雷达观察目标的仰角足够高，以避免地杂波进入雷达主瓣。
16.进一步的，所述超长基线分布式雷达静止的高仰角目标包括，赤道面同步轨道的大型目标或者远处具有一定海拔高度的标校目标。
17.进一步的，所述线性调频信号带宽b，使得脉冲压缩距离分辨率c/2b对应的距离单元大于选择的静止目标的尺寸，其中c为光速。
18.进一步的，所述线性调频信号脉宽τ0，使得脉冲缩得益bτ0满足单脉冲脉压之后目标信噪比大于设定的阈值，其中b为线性调频信号带宽。
19.进一步的，所述阈值由恒虚警率检测中检测概率、虚警率计算得到。
20.进一步的，所述线性调频信号重复频率f
p
使得c/2f
p
大于目标距离，其中c为光速。
21.另一方面，本发明还提供一种超长基线分布式雷达收发本振频率校准设备，所述设备包括存储器和处理器；所述存储器存储有实现超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，以实现上述方法的步骤。
22.再一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
23.本发明的超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法及设备的有益效果如下：
24.本发明的超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法及设备，利用空间静止目标测量环境，能够满足超长基线分布式探测雷达的本振频率校准需求，减小分布式雷达本振存在频率差时对系统探测性能的影响，降低超长基线分布式探测系统复杂度。
附图说明
25.图1是本发明实施例的流程图。
26.图2是本发明实施例的超长基线分布式雷达探测典型静止目标回波信息示意图。
27.图3是本发明实施例的脉冲多普勒回波处理结果示意图。
28.图4是本发明实施例的超长基线分布式雷达频率差提取结果示意图。
29.图5是本发明实施例的本振频率差补偿后其他目标脉冲多普勒处理结果示意图。
具体实施方式
30.下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。
31.实施例1：
32.本发明的一个实施例，为一种超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法。
33.本发明的超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法中，首先分析由于收发端的本振信号存在频率差引起雷达测量结果错误的原因。
34.假定发射端的本振信号为：
35.l
t
(t)＝exp(j2πf0t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
36.其中，j是虚数单位，f0是发射端载波频率，t是时间。发射端的本振信号l
t
(t)为连续信号。
37.若基带信号为b(t)，则发射激励信号为：
38.s
t
(t)＝b(t)lt(t)
39.其中，τ为基带信号的脉宽，t为基带信号的重复周期，即重复频率的倒数1/f
p
。
40.接收端的本振信号为：
41.lr(t)＝exp[j2πf
′0(t-τ0)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0042]
其中，f
′0为接收端载波频率，接收端的本振信号lr(t)是连续信号。
[0043]
这里接收端引入延时τ0是因为超长基线分布式探测雷达收发端未同步，若以发射端开始发射信号为时间基准，则接收端可能延后时间τ0。
[0044]
则超长基线分布式探测雷达接收端收到的信号为：
[0045]
sr(t)＝b(t-t0)l
t
(t-t0)l
r*
(t-t0)＝b(t-t0)exp(j2πδft-j2πδft0+j2πf
′0τ0)
ꢀꢀ
(3)
[0046]
其中，t0表示目标回波信号对应的延时，δf＝f
0-f
′0表示收发端本振信号频率差，l
r*
(t-t0)为lr(t-t0)的共轭信号。
[0047]
将接收信号按脉冲排列，则每个脉冲的初相分别为：将接收信号按脉冲排列，则每个脉冲的初相分别为：其中t为发射信号的重复周期。
[0048]
由此，可以看出由于收发端的本振信号存在频率差，接收信号每个脉冲的初相除了一个固定值外，还有一个随脉冲序号增加线性增加的相位，如果利用脉冲多普勒的处理方法来对目标进行相参积累，由于线性相位的存在，原本一个静止的目标将会被判定为有速度的目标，造成测量结果错误。
[0049]
本发明的主要输入数据为超长基线分布式雷达探测静止目标回波数据和其他动目标回波数据，为了消除收发端本振信号频率差对测量结果的影响，选取相对超长基线分布式雷达静止的目标，通过静止目标的回波进行pd(脉冲多普勒)处理提取超长基线分布式雷达本振频率差，基于所述超长基线分布式雷达本振频率差完成其他目标回波信号的补偿，从而得到准确地测量结果。如图1所示，本发明的超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法的具体步骤如下：
[0050]
s1：选择超长基线分布式雷达静止的高仰角目标，并设置线性调频信号带宽b、线性调频信号脉宽τ0、线性调频信号重复频率f
p
。
[0051]
1)按照2d2/λ计算超长基线分布式雷达远场区域，其中d为基线长度，λ为雷达工作波长。
[0052]
2)按照上述远程区域选择相对于超长基线分布式雷达静止的高仰角目标，如赤道面同步轨道的大型目标或者远处具有一定海拔高度的标校目标，确保使得雷达观察目标的仰角足够高，避免地杂波进入雷达主瓣。
[0053]
3)设置线性调频信号带宽b，确保使得脉冲压缩距离分辨率c/2b对应的距离单元大于选择的静止目标的尺寸，其中c为光速。该操作保证了目标的能量集中在一个脉冲压缩的点上。
[0054]
4)设置线性调频信号脉宽τ，确保使得脉冲压缩得益bτ满足单脉冲脉压之后目标信噪比大于设定的阈值，其中b为线性调频信号带宽。该阈值由恒虚警率检测中检测概率、虚警率计算得到。例如，恒虚警率检测中检测概率为0.8，虚警率10-6
，则计算得到阈值为13db。
[0055]
5)根据目标距离设置线性调频信号重复频率f
p
，确保c/2f
p
大于目标距离，其中c为光速，避免接收信号时出现混叠。
[0056]
s2：对接收的静止的高仰角目标回波信号进行脉压操作，形成n个尖峰，一般选择n为8的倍数，方便进行快速傅里叶变换，接收的静止的高仰角目标回波信号如图2所示。
[0057]
s3：根据1/f
p
的时间宽度将接收的静止的高仰角目标回波信号等分为n段，根据各脉压峰位置进行对齐，形成脉冲数-距离单元的二维矩阵，如图3所示。
[0058]
s4：对所述脉冲数-距离单元的二维矩阵中n个脉压峰的序列做傅里叶变换，得到的多普勒值作为本振频率差δf，如图4所示。
[0059]
s5：对动目标进行探测时，对接收的动目标回波信号采用所述本振频率差δf进行补偿，即对接收的动目标回波信号sr(t)按照下式进行本振频差补偿，得到补偿后的动目标回波信号ur(t)：
[0060]
ur(t)＝ sr(t)
×
exp(-j2πδft)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0061]
s6：对所述补偿后的动目标回波信号ur(t)进行脉压操作，形成n个尖峰；根据1/f
p
的时间宽度将信号等分为n段，根据各脉压峰位置进行对齐，形成脉冲数-距离单元的二维矩阵；对所述脉冲数-距离单元的二维矩阵中n个脉压峰的序列做傅里叶变换，此时傅里叶变换得到的是真实目标的多普勒频率，如图5所示。
[0062]
本发明通过推导，发现由于收发端的本振信号存在频率差，接收信号每个脉冲的初相除了一个固定值外，还有一个随脉冲序号增加线性增加的相位，如果利用脉冲多普勒的处理方法来对目标进行相参积累，由于线性相位的存在，原本一个静止的目标将会被判定为有速度的目标，造成测量结果错误。
[0063]
本发明为了消除收发端本振信号频率差对测量结果的影响，选取相对超长基线分布式雷达静止的目标，通过静止目标的回波pd(脉冲多普勒)处理提取超长基线分布式雷达本振频率差，基于所述超长基线分布式雷达本振频率差完成其他目标回波信号的补偿，从而得到准确地测量结果。
[0064]
本发明的超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法及设备，利用空间静止目标测量环境，完成超长基线分布式雷达收发本振频率校准，提高了超长基线分布式雷达探测性能。
[0065]
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本技术的权利要求所界定的内容为标准。

技术特征：
1.一种超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法，其特征在于，包括：选取相对超长基线分布式雷达静止的目标，通过对静止目标的回波信号进行多普勒处理提取超长基线分布式雷达本振频率差，基于所述超长基线分布式雷达本振频率差完成其他目标回波信号的补偿。2.根据权利要求1所述的超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法，其特征在于，所述选取相对超长基线分布式雷达静止的目标，通过静止目标的回波多普勒处理提取超长基线分布式雷达本振频率差，基于所述超长基线分布式雷达本振频率差完成其他目标回波信号的补偿包括：s1：选择超长基线分布式雷达静止的高仰角目标，并设置线性调频信号带宽b、线性调频信号脉宽τ0、线性调频信号重复频率f
p
；s2：对接收的静止的高仰角目标回波信号进行脉压操作，形成n个尖峰；s3：根据1/f
p
的时间宽度将接收的静止的高仰角目标回波信号等分为n段，根据各脉压峰位置进行对齐，形成脉冲数-距离单元的二维矩阵；s4：对所述脉冲数-距离单元的二维矩阵中n个脉压峰的序列做傅里叶变换，得到的多普勒值作为本振频率差δf；s5：对动目标进行探测时，对接收的动目标回波信号采用所述本振频率差δf进行补偿，即对接收的动目标回波信号s
r
(t)按照下式进行本振频差补偿，得到补偿后的动目标回波信号u
r
(t)：u
r
(t)＝ s
r
(t)
×
exp(-j2πδft)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)s6：对所述补偿后的动目标回波信号u
r
(t)进行脉压操作，形成n个尖峰；根据1/f
p
的时间宽度将所述补偿后的动目标回波信号等分为n段，根据各脉压峰位置进行对齐，形成脉冲数-距离单元的二维矩阵；对所述脉冲数-距离单元的二维矩阵中n个脉压峰的序列做傅里叶变换，得到真实目标的多普勒频率。3.根据权利要求2所述的超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法，其特征在于，所述选择超长基线分布式雷达静止的高仰角目标包括：1)根据2d2/λ计算超长基线分布式雷达远场区域，其中d为基线长度，λ为雷达工作波长；2)按照所述超长基线分布式雷达远场区域选择相对于超长基线分布式雷达静止的高仰角目标，确保雷达观察目标的仰角足够高，以避免地杂波进入雷达主瓣。4.根据权利要求3所述的超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法，其特征在于，所述超长基线分布式雷达静止的高仰角目标包括，赤道面同步轨道的大型目标或者远处具有一定海拔高度的标校目标。5.根据权利要求3所述的超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法，其特征在于，所述线性调频信号带宽b，使得脉冲压缩距离分辨率c/2b对应的距离单元大于选择的静止目标的尺寸，其中c为光速。6.根据权利要求3所述的超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法，其特征在于，所述线性调频信号脉宽τ0，使得脉冲缩得益bτ0满足单脉冲脉压之后目标信噪比大于设定的阈值，其中b为线性调频信号带宽。7.根据权利要求6所述的超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法，其特征在于，所述阈值由恒虚警率检测中检测概率、虚警率计算得到。
8.根据权利要求3所述的超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法，其特征在于，所述线性调频信号重复频率f
p
使得c/2f
p
大于目标距离，其中c为光速。9.一种超长基线分布式雷达收发本振频率校准设备，其特征在于，所述设备包括存储器和处理器；所述存储器存储有实现超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，以实现根据权利要求1-8任一所述方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-8任一所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种超长基线分布式雷达收发本振频率校准方法及设备，属于雷达探测技术领域。本发明包括：选取相对超长基线分布式雷达静止的目标，通过静止目标的回波多普勒处理提取超长基线分布式雷达本振频率差，基于所述超长基线分布式雷达本振频率差完成其他目标回波信号的补偿。本发明能够满足超长基线分布式探测雷达的本振频率校准需求，减小分布式雷达本振存在频率差时对系统探测性能的影响，降低超长基线分布式探测系统复杂度。低超长基线分布式探测系统复杂度。低超长基线分布式探测系统复杂度。


技术研发人员：邱风 翟计全 刘伟 张蒙 金翔 夏凌昊 杨予昊
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十四研究所
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/9/20