一种频率步进分布式相参雷达收发相参融合方法

技术领域

本发明涉及分布式相参雷达技术领域。

背景技术

为了提高目标的探测威力和探测精度，并满足自由灵活的作战需求，林肯实验室于2003年提出分布式相参雷达(DCAR)概念：将多个雷达或阵列分散布设，对多部小孔径雷达进行信号级融合处理，等效形成大孔径雷达。分布式相参雷达的具有灵活性高、机动性好、便于维护、效费比高等一系列优势，克服了大孔径雷达的固有缺点，为提高接收端信噪比和改善目标探测性能提供了新途径。目前，分布式相参雷达已经受到国内外雷达领域的广泛关注，具有较高研究价值和应用价值。

对分布式雷达进行信号级相参融合可以提高目标回波的信噪比，从而提升探测威力和参数估计精度。现有针对分布式相参雷达的研究主要是基于窄带信号模型，分辨力较低，缺乏对目标的高分辨探测能力。目标的高距离分辨能力可以通过增加信号波形带宽来实现，然而瞬时大带宽对于发射和接收都有很高的技术要求。

为了实现在瞬时窄带收发的条件下实现目标高距离分辨能力，现有技术中提出了频率步进雷达信号的理论。频率步进雷达信号波形最初被应用于雷达成像领域，后随着其理论逐步成熟，已被应用于多种体制和用途的雷达。北京理工大学、航天二院二十三所等科研院所已对其理论进行了验证试验，并逐步应用于工程领域。将频率步进雷达信号理论应用于分布式相参雷达的技术领域，可以解决分布式相参雷达分辨力低的问题，实现宽带分布式收发相参融合。

发明内容

为克服常规窄带分布式相参雷达分辨力低的缺点，本发明提出了一种频率步进分布式相参雷达收发相参融合方法。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案包括以下步骤：

S1发射正交频率步进信号波形：常规发射单元发射相互正交的频率步进多脉冲信号波形，通过匹配滤波分离来进行相参参数估计；辅助发射单元发射与常规发射单元相互正交的的固定频率多脉冲信号波形，通过脉冲多普勒处理来进行多普勒频率估计；

S2正交回波信号处理：常规接收单元对常规发射单元发射的正交频率步进回波信号进行匹配滤波处理，辅助接收单元对辅助发射单元发射的固定频率回波信号进行匹配滤波和脉冲多普勒处理；

S3相参参数与多普勒频率估计：提取常规接收单元和辅助接收单元的处理后的回波信号，利用峰值法分别进行相参参数和多普勒频率的估计；

S4接收相参融合：对每一周期的多路回波信号进行相参参数和多普勒频率补偿，对补偿后的多路信号进行叠加实现接收相参融合；

S5判断参数估计精度是否满足要求：计算每一周期的回波信号相参融合之后的信噪比增益，并与相参性能门限值作比较，当每个周期的融合信号信噪比增益均大于等于门限值时，则转到步骤S6；当存在任一周期的融合信号信噪比增益小于门限值时，转到S1，重新发射正交频率步进信号，进行参数估计；

S6发射相参频率步进信号波形：每个常规发射单元发射相同的频率步进信号波形，并对每个发射单元的发射信号波形以相参参数进行时间和相位的发射补偿；

S7脉组信号宽带合成：对多路接收信号进行匹配滤波和多普勒频率补偿处理，然后对处理之后的多脉冲频域信号通过频移和叠加的方式实现宽带合成；

S8收发相参融合：对宽带合成之后的信号以相参参数进行时间和相位的补偿，对补偿之后的信号进行叠加实现收发相参融合。

本发明的有益效果：本发明通过发射频率步进信号波形，增加辅助发射单元和辅助接收单元进行多普勒频率和相参参数估计，实现宽带分布式收发相参融合，解决了窄带分布式相参雷达分辨力低的问题，可以同时实现多站分布式雷达信号空间收发相参融合和宽带合成，提高目标探测精度和分辨力。

附图说明

图1：分布式相参雷达通用结构示意图。

图2：频率步进分布式相参雷达收发相参融合信息处理流程图。

具体实施方式

本发明提出了一种频率步进分布式相参雷达收发相参融合方法，通过发射频率步进信号波形，增加辅助发射单元和辅助接收单元对多普勒频率和相参参数进行估计和补偿，实现宽带分布式收发相参融合。

本发明优选的实施过程及信息处理如图2所示，具体描述为以下过程：

以分布式相参雷达系统的通用结构作说明，其结构示意图如图1所示。系统由K+1个发射单元、L+1个接收单元和1个中心控制系统组成。K+1个发射单元中包括K个常规发射单元和1个辅助发射单元，L+1个接收单元包括L个常规接收单元和1个辅助接收单元。为了便于区分，定义常规发射单元的编号为1～K，辅助发射单元编号K+1，常规接收单元的编号为1～L，辅助发射单元编号L+1。所有的收发单元呈短基线布站，对目标的电磁散射特性相同。

S1发射正交频率步进信号波形：K个常规发射相互正交的频率步进信号波形，发射单元k(1≤k≤K)发射的第n(1≤n≤N)个周期的脉冲信号可以表示为：

式中，t表示快时间变量，n表示慢时间变量(脉冲周期数)，f

辅助发射单元发射与常规发射单元相互正交的固定频率多脉冲信号波形，辅助发射单元K+1发射的第n(1≤n≤N)个周期的脉冲信号可以表示为：

/>

式中，u

对于所有的u

式中，k

则分布式相参系统一个处理周期的发射信号波形表示为：

S2正交信号回波处理：假设目标只包含单个散射点，且由于短基线布站，对于不同路径的电磁波信号复散射系数均相等，记为

式中，

f

式中，v

对接收单元l下变频之后的单周期回波信号进行匹配滤波处理，表示为：

式中，n

同理对辅助接收单元L+1接收信号进行上述处理，表示为：

对辅助接收单元L+1的N个周期的接收信号通过慢时间维度FFT方式实现脉冲多普勒处理，表示为：

S3相参参数与多普勒频率估计：假设所有的接收信号都以第1个发射单元发射经目标散射到第1个接收单元的传播路径作为参考标准，令：

则式(7)可以表示为

统称为第n个发射周期的相参参数。提取各路径的匹配滤波输出信号的峰值，利用峰值法进行相参参数估计，表示为：

式中，

对N个周期的相参参数按照上述方式进行估计。

根据式(9)，提取|Y

表示“·”取得最大值对应的f。所以，不同周期的回波对应的多普勒频率估计值为：

S4接收相参融合：对每一路处理后的信号y

式中，n

S5判断参数估计精度是否满足要求：对所有相参融合之后的y(t,n)(1≤n≤N)计算起信噪比增益SNR

S6发射相参频率步进波形：K个常规发射单元发射相同的频率步进信号波形，并以相参参数进行时间和相位发射补偿，发射单元k(1≤k≤K)发射的第n(1≤n≤N)个周期的脉冲信号可以表示为：

式中，u(t)表示发射基带信号波形，其带宽为△f。

S7脉组信号宽带合成：第l(1≤l≤L)个常规接收单元第n(1≤n≤N)周期回波信号下变频之后表示为：

由于参数估计精度满足要求，因此

对r

式中

接下来通过多脉冲频域信号进行频移和叠加的方式实现对信号进行带宽合成。将y′

式中，A

频移之后的结果为：

将所有的Y′

将Y

式中Z(t-τ

S8收发相参融合：对所有的y

对补偿后信号进行相参叠加，实现收发相参融合，结果表示如下：

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