一种基于频率测量的SAR发射脉冲到达时间测量方法技术

本发明专利技术公开一种基于频率测量的SAR发射脉冲到达时间测量方法，记录LFM脉冲到达的前后沿时刻，包括采集脉冲数据s(n)的起始时刻t

【技术实现步骤摘要】
一种基于频率测量的SAR发射脉冲到达时间测量方法


[0001]本专利技术涉及雷达对抗、电子侦察以及无源定位技术，具体涉及一种基于频率测量的SAR发射脉冲到达时间测量方法。

技术介绍

[0002]雷达发射脉冲到达时间是雷达对抗系统要测量的主要参数之一，也是脉冲描述字(PDW)的主要组成部分。一方面，只有获取雷达发射脉冲到达时间参数，才能计算雷达脉冲重复间隔(PRI)，从而为雷达信号的正确分选和识别提供依据；另一方面，对于雷达对抗系统来说，通常将侦收的雷达发射脉冲作为雷达干扰信号发射的触发信号，对于相参雷达来说，如果脉冲到达时间测量不准，会导致相参干扰效能下降，甚至失效。因此，提高雷达发射脉冲到达时间测量的准确度具有重要的军事意义。
[0003]目前，为对雷达实施有效干扰，现代雷达对抗系统一般采用DRFM实现对雷达发射信号的高保真侦收，雷达发射脉冲侦收采集过程如图1所示，f0为雷达载频；k为调频斜率，k为0，则说明是简单脉冲信号，k不为0，则说明是线性调频(LFM)脉冲信号，这是目前大多数脉冲压缩雷达，包括合成孔径雷达(SAR)所采用的信号形式；f
L
为雷达对抗系统本振频率。雷达信号接收支路对接收的高频信号进行检波处理，当检波后的信号电平超过设定门限时，触发正交采样电路工作，获得描述雷达发射脉冲的正交数字I/Q数据。
[0004]如图2所示，目前对于雷达发射脉冲到达时间有两种定义，一种是将脉冲到达时间定义为脉冲上升沿超过门限的时刻t
r
，多用于简单脉冲雷达；另一种是取脉冲的中点t
c
为脉冲到达时间，一般用于脉内调制(如LFM)雷达；
[0005][0006]式中，t
f
为脉冲下降沿低于门限的时刻。
[0007]由于对相参雷达而言，关心的是脉冲之间的到达时间差，如果测量的脉冲到达时间十分准确，则上述两种定义的效果实质上是一样的。常用的雷达发射脉冲到达时间测量方法主要有门限比较法和匹配相关法。
[0008]门限比较法分固定门限比较和自适应门限比较两种方法。固定门限法就是根据接收机噪声的经验数据，设定一个比较门限。当信号超过门限时，认为是脉冲到达时刻。由于电路噪声随环境温度变化，接收的雷达发射信号强度受天线方向图以及电波传播衰减的影响，固定门限法的测量精度较低，对信噪比的要求较高，只适用于非相参雷达发射脉冲到达时间的测量调制。自适应门限法是对固定门限法的改进。其首先利用固定门限法获得一段持续时间略大于脉冲宽度的数据，然后，对此数据进行处理，获得一个随接收信号强度的变化而变化的门限。尽管自适应门限法的测量精度优于固定门限法，但当信噪比不高时，其所测得的脉冲到达时间精度为数十纳秒级，仍然不能满足要求。
[0009]匹配自相关法主要包括以下几个过程：1)利用门限比较法采集雷达发射脉冲数据；2)估计第一个雷达发射脉冲的脉内调制参数；3)利用估计的雷达脉内调制参数构造匹配滤波器；4)利用构造的匹配滤波器对后续侦收的每个脉冲进行匹配相关处理；5)确定相
关峰值所在的位置，该位置就是所要测量的脉冲到达时间。显然，匹配自相关法以运算量的增加为代价，对于具有脉内调制的雷达脉冲，典型的如LFM脉冲，在对信噪比具有较好适应性的同时，能够保证较高的测量精度。
[0010]但匹配自相关法存在的缺点也是明显的：1)、由于其测量得到的脉冲到达时间为采样间隔的整数倍，当雷达脉冲到达时间在两次相邻采样点中间时，将产生测量误差。例如，如果采样频率为300MHz，则其最大测量误差为1.667纳秒，对于雷达而言，若载频为10GHz(波长为3cm)，则由到达时间测量误差带来的高频相位变化为16.667π，远超过一个高频正弦波变化周期。利用此作为触发信号进行延时发射的干扰信号，对于相参雷达而言，完全失去了相干性，必然严重影响干扰信号能量作用的有效发挥。2)、受噪声电平和侦收的信号强度的影响，门限比较法获得的脉冲宽度是变化的，对于简单脉冲雷达而言，匹配相关处理存在由脉冲宽度的变化引起的测量误差。
[0011]综上所述，现有雷达发射脉冲到达时间测量方法主要存在以下问题：1)、门限比较法的测量精度易受接收机噪声电平和信号幅度的影响；2)、建立在门限比较法基础之上的匹配相关法给出的测量结果是采样间隔的整数倍，如此，当脉冲到达时间不恰好位于采样点时，将产生测量误差；3)、由于雷达发射脉冲到达时间多数情况下不恰好位于采样点，因此，对于匹配相关法而言，降低测量误差的唯一方法是提高采样率，而采样率的提高受器件工艺、内存及运算速度的影响总是有限的。例如，对于载频为10GHz的相参雷达来说，在雷达发射脉冲的触发下，理论上要求由欺骗干扰信号的到达时间误差带来的高频相位变化应小于为此，需要雷达发射脉冲到达时间的测量误差小于0.0125纳秒，对应采样率要求为40GHz。显然，如此高的采样率在目前的技术条件下是难以实现的。

技术实现思路

[0012]专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于频率测量的SAR发射脉冲到达时间测量方法，本专利技术结合合成孔径雷达(SAR)发射的信号波形是具有大时宽带宽积的LFM脉冲这一特点，针对LFM脉冲，基于高精度测频技术，在保证对信噪比有较高适应性的同时，能给出脉冲到达时间的高精度测量，避免现有匹配相关法测量精度受限于采样频率的缺陷。
[0013]技术方案：本专利技术的一种基于频率测量的SAR发射脉冲到达时间测量方法，包括以下步骤：
[0014]步骤(1)、记录LFM脉冲到达的前后沿时刻，包括采集脉冲数据s(n)的起始时刻t
r
和终止时刻t
f
；
[0015]s(n)表示为：
[0016]则侦收信号模型
[0017][0018]N＝(t
f
‑
t
r
)f
s
[0019]f
s
为采样频率，N为采样后的信号点数(脉冲信号长度)，
[0020]上式中，
[0021]步骤(2)、使用离散多项式变换方法，将上述N点脉冲数据s(n)分成前后两段：
[0022]M取N/2；
[0023]步骤(3)、将s1(n)的复共轭与s2(n)相乘，并将乘积幅度归一化，进而计算得到单一频率的信号序列y(n)：
[0024][0025]上式中，*表示共轭操作；
[0026]步骤(4)、利用T
‑
Rife方法来估计信号序列y(n)的频率f
y
；
[0027]步骤(5)、估计LFM脉冲的调频斜率
[0028]步骤(6)、利用估计的侦收信号调频斜率构造序列h(n)；
[0029][0030]步骤(7)、对s(n)进行去调频操作，获得序列z(n)；
[0031][0032]步骤(8)、再次利用T
‑
Rife方法估计序列z(n)的频率f
c
；
[0033]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于频率测量的SAR发射脉冲到达时间测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)、记录LFM脉冲到达的前后沿时刻，包括采集脉冲数据s(n)的起始时刻t
r
和终止时刻t
f
；则侦收信号s(n)为：N＝(t
f
‑
t
r
)f
s
f
s
为采样频率，N为脉冲信号长度；上式中，步骤(2)、将上述N点脉冲数据s(n)分成前后两段：0≤n<N
‑
M，M取N/2；步骤(3)、将s1(n)的复共轭与s2(n)相乘得到单一频率的信号序列y(n)：上式中，*表示共轭操作；步骤(4)、利用T
‑
Rife方法来估计信号序列y(n)的频率f
y
；步骤(5)、估计LFM脉冲的调频斜率步骤(6)、利用估计的侦收信号调频斜率构造序列h(n)；步骤(7)、对s(n)进行去调频操作，获得序列z(n)；步骤(8)、再次利用T
‑
Rife方法估计序列z(n)的频率f
c
；步骤(9)、利用估计所得频率f
c
来计算脉冲到达时间，即LFM脉冲频率过零点的时间：如果f
c
＝0，则说明侦收的LFM脉冲信号频率过零点的时刻恰好位于t
r
与t
f
的中间。2.根据权利要求1所述的基于频率测量的SAR发射脉冲到达时间测量方法，其特征在于，所述步骤(4)频率f
y
的具体估计方法如下：步骤(4.1)、对y(n)作DFT/FFT操作获得对应的频谱最大值|Y(m0)|，m0为频谱最大值对应的序号，那么频谱次最大值则为|Y(m0+
△
)|；若频谱次最大值的序号大于频谱最大值的序号，则
△
为1，反之为
‑
1；步骤(4.2)、求信号系列y(n)余频ζ
步骤(4.3)、令：b1＝
‑△
·
0.25，然后计算信号y(n)的DTFT得到V1：此时，如果V0>V1，则b2＝
△
·
0.25；如果V0≤V1，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晃，于明成，李继锋，朱文明，
申请(专利权)人：扬州宇安电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：