多载频LFMCW雷达信号合成处理方法技术

本发明专利技术公开了一种多载频LFMCW雷达信号合成处理方法，涉及雷达信号处理方法技术领域。所述方法基于多载频LFMCW慢时间维信号特征，经过Keystone变换对信号重采样实现多普勒频率补偿，利用互相关获得相位差的方法补偿相位，从而在慢时间维上完成了多载频LFMCW雷达信号的相参合成处理。仿真结果表明所提新方法的有效性和高增益性，即使在信噪比为

【技术实现步骤摘要】
多载频LFMCW雷达信号合成处理方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理方法
，尤其涉及一种多载频LFMCW雷达信号合成处理方法。

技术介绍

[0002]作为近年来出现的一种雷达信号形式，多载频雷达具有频率分集、测距范围大、高距离分辨率和目标检测概率、抑制多普勒敏感等优点，因此受到了广泛关注。针对多载频雷达信号的处理，传统的处理方法是在每个雷达进行目标检测后对检测数据进行合成，如加权最小均方误差算法，但由于这种方法并没有充分利用到雷达发射信号的能量，因此不会提升接收机的检测性能。
[0003]为解决这一问题，需要对多载频雷达实现信号级合成处理，以实现能量的有效利用。其中有现有技术中提出一种空域带宽合成法，将各路信号拼接成一个大带宽的LFM信号，但该方法需要每路天线的调频带宽不小于天线间的频率差，故对于调频带宽较小的信号无法适用；其中还有现有技术中提出一种非相参积累的信号合成处理方法，将多频点数据在速度域上进行非相干积累；还有现有技术提出一种插值合成的方法，通过差值融合将各个雷达的距离多普勒图像进行了合成；还有现有技术针对多频外辐射源雷达提出一种基于二维相关处理和相位补偿的合成处理方法。这些方法都是在每个探测频率信号的距离
‑
多普勒谱上对最终处理得到的频谱图像进行合成，其本质还是各路信号单独处理的过程，并没有达到对信号合成之后再处理的目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种有效且能够获得高增益的多载频LFMCW雷达信号合成处理方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种多载频LFMCW雷达信号合成处理方法，其特征在于包括如下步骤：
[0006]对不同载频的回波差拍信号分别做快时间维FFT处理，求出所在距离单元；
[0007]确定其中一路信号为参考信号，利用Keystone变换将其他载频对应的慢时间维信号的多普勒频率变换成与参考信号相同的多普勒频率；
[0008]分别对Keystone变换后的慢时间维信号与参考的慢时间维信号作互相关处理，求出其相位差，并对相位差进行补偿；
[0009]将经过Keystone变换和互相关处理后的多路慢时间维信号直接进行合成处理，得到合成信号；
[0010]对合成后的信号进行慢时间维FFT处理，求出目标所在的速度单元；
[0011]找出二维频谱中最大值的位置，估计目标的距离和速度，实现距离
‑
速度解耦合。
[0012]进一步的技术方案在于，快时间维FFT处理的方法如下：
[0013]假设以f
s
为采样频率对K路信号进行采样，每路接收天线均接收M个调频周期的回
波信号，每个调频周期内的采样点数为N，对每个调频周期的差拍信号进行FFT处理，可得到第m个调频周期的频域信号为：
[0014][0015]由上述可得，快时间维FFT得到的信号频率为反映了目标所在的距离通道；频域信号S
m,k
(f)在频率f
m,k
处取得频谱峰值：
[0016][0017]分析上式可得：S
m,k
(f
m,k
)可以看作是一个以T为采样周期的信号，其时间自变量为mT，频率为即为多普勒频率，反映目标的速度信息；
[0018]其中：f
k
为发射信号载频，B为发射带宽，T为调频周期，调频斜率μ＝B/T，R为雷达之间的初始距离，v为运动速度，c为光速，v＜＜c，0＜m≤M。
[0019]进一步的技术方案在于，所述利用Keystone变换将其他载频对应的慢时间维信号的多普勒频率变换成与参考信号相同的多普勒频率的方法如下：
[0020]对于多载频雷达信号，假设以第1路发射信号为参考信号，其快时间维FFT频谱峰值为：
[0021][0022]可得该信号的频率为幅度为对于发射载频为f
k
的回波差拍信号，其快时间维FFT频谱峰值结果可以表示为：
[0023][0024]即S
k
(f)可看作是对频率为的信号以为采样间隔进行采样得到的离散信号，则由发射信号载频不同而引起的多普勒频率不同，可认为是对一个相同频率的信号以不同的间隔进行采样而造成的差异；因此，可对S
k
(f)进行重采样，令将原本不同的多普勒频率校正为与参考信号相同的多普勒频率；采用sinc内插法来进行变换，公式表示为：
[0025][0026]其中，S
′
(m
′
)为经过Keystone变换后的采样数据，经过变换后，不同回波对应的慢时间维信号具有相同的多普勒频率，其信号形式为：
[0027][0028]此时若直接对K路信号进行合成处理，得到的合成信号为：
[0029][0030]由上式可知，虽然Keystone变换可实现多普勒频率的一致，但是由于这一部分相位与发射信号的载频有关，变换后的慢时间维信号的相位仍然无法保持一致，在合成时，若存在相位差(其中n＝0,
±
1,
±
2...)，即满足(其中)时，合成信号为：
[0031][0032]此时，变换后的慢时间维信号相位与参考信号相同。
[0033]进一步的技术方案在于，所述相位差进行补偿的方法如下：
[0034]将经过Keystone变换后的慢时间维信号与参考信号求互相关，可得互相关函数为：
[0035][0036]即Keystone变换后的慢时间维信号与参考信号之间的相位差为：
[0037][0038]由上式即可得出具有相同多普勒频率的慢时间维信号的初始相位差；因此，在利用Keystone变换对频率进行补偿后，再将各路慢时间维信号与参考信号进行互相关处理，求出其相位差，并对其进行补偿，从而实现信号相位的同步；经过补偿后的信号与参考信号的相位保持一致，对其进行合成，得到的合成信号形式为：
[0039][0040]对合成之后的慢时间维信号进行FFT处理，即可估计出目标的运动速度。
[0041]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：该方法基于多载频LFMCW慢时间维信号特征，经过Keystone变换对信号重采样实现多普勒频率补偿，利用互相关获得相位差的方法补偿相位，从而在慢时间维上完成了多载频LFMCW雷达信号的相参合成处理。仿真结果表明所提新方法的有效性和高增益性，即使在信噪比为
‑
30dB的情况下仍可保证较高的输出信噪比增益。
附图说明
[0042]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0043]图1是本专利技术实施例所述方法的流程图；
[0044]图2是本专利技术实施例中发射信号与回波信号时频关系图；
[0045]图3a是本专利技术实施例中Keystone变换结果图；
[0046]图3b是本专利技术实施例中Keystone变换后结果图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多载频LFMCW雷达信号合成处理方法，其特征在于包括如下步骤：对不同载频的回波差拍信号分别做快时间维FFT处理，求出所在距离单元；确定其中一路信号为参考信号，利用Keystone变换将其他载频对应的慢时间维信号的多普勒频率变换成与参考信号相同的多普勒频率；分别对Keystone变换后的慢时间维信号与参考的慢时间维信号作互相关处理，求出其相位差，并对相位差进行补偿；将经过Keystone变换和互相关处理后的多路慢时间维信号直接进行合成处理，得到合成信号；对合成后的信号进行慢时间维FFT处理，求出目标所在的速度单元；找出二维频谱中最大值的位置，估计目标的距离和速度，实现距离
‑
速度解耦合。2.如权利要求1所述的多载频LFMCW雷达信号合成处理方法，其特征在于快时间维FFT处理的方法如下：假设以f
s
为采样频率对K路信号进行采样，每路接收天线均接收M个调频周期的回波信号，每个调频周期内的采样点数为N，对每个调频周期的差拍信号进行FFT处理，可得到第m个调频周期的频域信号为：由上述可得，快时间维FFT得到的信号频率为反映了目标所在的距离通道；频域信号S
m,k
(f)在频率f
m,k
处取得频谱峰值：分析上式可得：S
m,k
(f
m,k
)可以看作是一个以T为采样周期的信号，其时间自变量为mT，频率为即为多普勒频率，反映目标的速度信息；其中：f
k
为发射信号载频，B为发射带宽，T为调频周期，调频斜率μ＝B/T，R为雷达之间的初始距离，v为运动速度，c为光速，v＜＜c，0＜m≤M。3.如权利要求2所述的多载频LFMCW雷达信号合成处理方法，其特征在于所述利用Keystone变换将其他载频对应的慢时间维信号的多普勒频率变换成与参考信号相同的多普勒频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩壮志，李豪欣，刘利民，李琦，解辉，高振斌，刘贺雄，尹园威，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：