專利名稱：遠(yuǎn)距脈沖壓縮與近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量結(jié)合測(cè)距方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的是一種微波雷達(dá)高精度測(cè)距方法，尤其涉及一種遠(yuǎn)距脈沖壓縮與近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量結(jié)合測(cè)距方法，可以用于地基雷達(dá)、車載雷達(dá)、艦載雷達(dá)、星載雷達(dá)等各種需要測(cè)距的微波雷達(dá)信號(hào)處理中。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)的發(fā)展，對(duì)微波雷達(dá)的作用距離、分辨力和測(cè)量精度等性能指標(biāo)均提出了越來越高的要求。為了提高雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)能力，增加作用距離，在系統(tǒng)的設(shè)備峰值功率受限制的情況下，只能通過加大發(fā)射脈沖的時(shí)寬來實(shí)現(xiàn)。而雷達(dá)的距離分辨力取決于信號(hào)的帶寬，為了提高雷達(dá)系統(tǒng)的距離分辨力，又要求發(fā)射脈沖盡量窄。因此雷達(dá)作用距離和距離分辨力是一對(duì)矛盾，可以通過脈沖壓縮法來解決。雷達(dá)在發(fā)射時(shí)產(chǎn)生較寬
的線性調(diào)頻脈沖，回波信號(hào)接收后經(jīng)過匹配壓縮處理得到窄脈沖以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的距離分辨率和測(cè)量精度。脈沖壓縮法在具備窄脈沖距離分辨率的同時(shí)，允許雷達(dá)更有效的利用平均功率，避免使用高峰值功率。作為現(xiàn)代雷達(dá)的一項(xiàng)重要技術(shù)，脈沖壓縮有效地解決了距離分辨力和發(fā)射平均功率之間的矛盾，在現(xiàn)代雷達(dá)中得到廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)外對(duì)脈沖壓縮的研究比較廣泛和深入，硬件實(shí)現(xiàn)也已經(jīng)較為成熟，脈沖壓縮技術(shù)已廣泛應(yīng)用于微波雷達(dá)測(cè)距中。在某些需要高精度測(cè)距的微波雷達(dá)系統(tǒng)中尤其是近距離測(cè)量時(shí)，采用脈沖壓縮方法測(cè)距要達(dá)到很高的測(cè)量精度需要發(fā)射的線性調(diào)頻信號(hào)具有極寬的帶寬，即極窄的脈寬，而在實(shí)際硬件系統(tǒng)中，這種信號(hào)產(chǎn)生的難度較大，難以混頻到較高的射頻頻率上發(fā)射出去。而且對(duì)于帶寬較寬的信號(hào)，接收時(shí)也需要用較高的采樣率進(jìn)行A/D采樣，加大了硬件復(fù)雜度。此外，在采樣距離門較寬時(shí)，脈沖壓縮測(cè)距法的運(yùn)算量較大，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性有一定影響。因此采用傳統(tǒng)的脈沖壓縮方法難以達(dá)到很高的測(cè)距精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種遠(yuǎn)距脈沖壓縮與近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量結(jié)合測(cè)距方法，在遠(yuǎn)距離測(cè)距時(shí)，采用傳統(tǒng)的脈沖壓縮法測(cè)距，選擇的信號(hào)帶寬可以滿足遠(yuǎn)距測(cè)距精度的要求，近距測(cè)量時(shí)，在接收機(jī)中將接收回波信號(hào)下變頻到中頻后采用包絡(luò)檢波提取出線性調(diào)頻信號(hào)包絡(luò)，然后對(duì)檢波包絡(luò)前沿采用恒比時(shí)點(diǎn)鑒別法找到延時(shí)點(diǎn)，產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)脈沖，t匕較延時(shí)脈沖與發(fā)射檢波脈沖信號(hào)之間的差分延時(shí)，即可得到高精度的目標(biāo)距離信息，有效提聞測(cè)距精度。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種遠(yuǎn)距脈沖壓縮與近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量結(jié)合測(cè)距方法，該方法包含以下步驟
步驟I、發(fā)射信號(hào)；
步驟2、接收信號(hào)；
步驟3、利用脈沖壓縮法測(cè)量目標(biāo)距離；步驟4、判斷目標(biāo)距離為遠(yuǎn)距或近距，若為遠(yuǎn)距時(shí)，則以步驟3得到的結(jié)果作為最終測(cè)量結(jié)果，若為近距時(shí)，則執(zhí)行步驟5 ;
步驟5、進(jìn)行近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量。所述的步驟4中，當(dāng)目標(biāo)相對(duì)微波雷達(dá)由遠(yuǎn)及近時(shí)，回波信噪比大于45dB時(shí)為近距，回波信噪比小于45dB時(shí)為遠(yuǎn)距；當(dāng)目標(biāo)相對(duì)微波雷達(dá)由近及遠(yuǎn)時(shí)，回波信噪比大于40dB時(shí)為近距，回波信噪比小于40dB時(shí)為遠(yuǎn)距。所述的步驟5還包含以下步驟
步驟5. I、采用檢波二極管對(duì)接收機(jī)中頻回波信號(hào)和微波源發(fā)射信號(hào)采用包絡(luò)檢波分別提取出發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)和接收線性調(diào)頻信號(hào)的包絡(luò)；
步驟5. 2、將步驟5. I中獲得的兩個(gè)信號(hào)包絡(luò)送入恒比時(shí)點(diǎn)鑒別器采用恒比時(shí)點(diǎn)鑒別 法分別提取出延時(shí)點(diǎn)，產(chǎn)生兩個(gè)脈沖；
步驟5. 3、將步驟5. 2中獲得的兩個(gè)脈沖送入高精度脈沖-時(shí)間轉(zhuǎn)換電路測(cè)量兩個(gè)脈沖信號(hào)之間的時(shí)延，從而得到近距時(shí)目標(biāo)的精確相對(duì)距離。本發(fā)明的有益效果是
1、本發(fā)明在不要求信號(hào)帶寬的前提下，通過脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量可以得到優(yōu)于脈沖壓縮法的測(cè)距精度；
2、本發(fā)明中的近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量方法不需要復(fù)雜的算法，實(shí)現(xiàn)簡單，實(shí)時(shí)性
聞;
3、本發(fā)明兼顧了遠(yuǎn)距和近距兩種情況下的測(cè)距精度，可靠性高；
4、本發(fā)明中的近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量方法可以推廣到其他使用無載頻單脈沖的微波雷達(dá)系統(tǒng)中。


圖I為本發(fā)明提供的遠(yuǎn)距脈沖壓縮與近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量結(jié)合測(cè)距方法的原理框 圖2為線性調(diào)頻信號(hào)包絡(luò)檢波示意 圖3為恒比時(shí)點(diǎn)鑒別法示意 圖4為脈沖-時(shí)間轉(zhuǎn)換示意圖。
具體實(shí)施例方式以下根據(jù)圖I 圖4，具體說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。如圖I所示，本發(fā)明提供一種遠(yuǎn)距脈沖壓縮與近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量結(jié)合測(cè)距方法，包含以下步驟
步驟I、發(fā)射信號(hào)；
發(fā)射時(shí)，微波源I產(chǎn)生中頻線性調(diào)頻信號(hào)，與本振信號(hào)混頻至射頻，經(jīng)過調(diào)制與功放后產(chǎn)生所需脈寬和功率，最后經(jīng)環(huán)形器4由天線5輻射出去；
步驟2、接收信號(hào)；
接收時(shí)，微波雷達(dá)接收的回波信號(hào)由環(huán)形器5進(jìn)入接收通道，經(jīng)開關(guān)選通和放大后與本振信號(hào)混頻降至中頻，經(jīng)過距離門8選通脈沖選通回波信號(hào)，通過中頻信道進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理機(jī)9 ；
步驟3、利用脈沖壓縮法測(cè)量目標(biāo)距離；
數(shù)字信號(hào)處理機(jī)對(duì)接收到的中頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、正交變換、抽取濾波和脈沖壓縮處理后，輸出的脈壓經(jīng)過測(cè)距機(jī)得到目標(biāo)距離；
步驟4、判斷目標(biāo)距離為遠(yuǎn)距或近距，若為遠(yuǎn)距時(shí)，則以步驟3得到的結(jié)果作為最終測(cè)量結(jié)果，若為近距時(shí)，則執(zhí)行步驟5 ；
當(dāng)目標(biāo)相對(duì)微波雷達(dá)由遠(yuǎn)及近時(shí)，回波信噪比大于45dB時(shí)為近距，回波信噪比小于45dB時(shí)為遠(yuǎn)距；當(dāng)目標(biāo)相對(duì)微波雷達(dá)由近及遠(yuǎn)時(shí)，回波信噪比大于40dB時(shí)為近距，回波信噪比小于40dB時(shí)為遠(yuǎn)距；
步驟5、進(jìn)行近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量；
步驟5. I、如圖2所示，采用檢波二極管10對(duì)接收機(jī)中頻回波信號(hào)和微波源發(fā)射信號(hào)采用包絡(luò)檢波分別提取出發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)和接收線性調(diào)頻信號(hào)的包絡(luò)；
步驟5. 2、將步驟5. I中獲得的兩個(gè)信號(hào)包絡(luò)送入恒比時(shí)點(diǎn)鑒別器11采用恒比時(shí)點(diǎn)鑒別法分別提取出延時(shí)點(diǎn)，產(chǎn)生兩個(gè)脈沖；
步驟5. 3、將步驟5. 2中獲得的兩個(gè)脈沖送入高精度脈沖-時(shí)間轉(zhuǎn)換電路12測(cè)量兩個(gè)脈沖信號(hào)之間的時(shí)延，從而得到近距時(shí)目標(biāo)的精確相對(duì)距離。圖3為恒比時(shí)點(diǎn)鑒別法的示意圖，該方法不采用固定的臨界電壓作為計(jì)時(shí)點(diǎn)，而是尋找恒定的信號(hào)強(qiáng)度比例k作為觸發(fā)點(diǎn)。通常采用延時(shí)線路實(shí)現(xiàn)恒比時(shí)點(diǎn)鑒別，將輸入信號(hào)分為兩路，一路經(jīng)過幅值衰減變小，另一路不衰減幅值，而經(jīng)過固定時(shí)間延時(shí)，最終將這兩路信號(hào)送入電壓比較器的正負(fù)比較端，電壓比較器狀態(tài)的改變發(fā)生于兩輸入信號(hào)相對(duì)大小改變的時(shí)刻，電壓比較器狀態(tài)改變的時(shí)刻即為信號(hào)前沿的到達(dá)時(shí)刻。電壓比較器狀態(tài)改變的時(shí)刻不會(huì)受原始輸入信號(hào)振幅的改變而改變，始終保持在達(dá)到原始輸入信號(hào)某一固定高度時(shí)發(fā)生。從圖3中的實(shí)例可以看出，雖然V1U) V2 (t)幅度不同，但是觸發(fā)點(diǎn)電壓值(h12和h22)與電壓峰值(Ii11和h21)比值相等，即k= h12/hn= h22/h21,因而測(cè)得的信號(hào)前沿的計(jì)時(shí)點(diǎn)相同，因此該方法可有效消除漂移誤差。找到計(jì)時(shí)點(diǎn)后，分別產(chǎn)生兩個(gè)脈沖，即發(fā)射檢波信號(hào)脈沖和接收回波信號(hào)脈沖，如圖4所示，送入高精度脈沖-時(shí)間轉(zhuǎn)換電路測(cè)量兩脈沖前沿之間的時(shí)延，進(jìn)而得到目標(biāo)的相對(duì)距離，高精度時(shí)間轉(zhuǎn)換電路的時(shí)間分辨率越小，則微波雷達(dá)的測(cè)距精度越高，現(xiàn)有條件下分辨率可達(dá)到O. 00975m。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種遠(yuǎn)距脈沖壓縮與近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量結(jié)合測(cè)距方法，其特征在于，該方法包含以下步驟 步驟I、發(fā)射信號(hào)； 步驟2、接收信號(hào)； 步驟3、利用脈沖壓縮法測(cè)量目標(biāo)距離； 步驟4、判斷目標(biāo)距離為遠(yuǎn)距或近距，若為遠(yuǎn)距時(shí)，則以步驟3得到的結(jié)果作為最終測(cè)量結(jié)果，若為近距時(shí)，則執(zhí)行步驟5 ; 步驟5、進(jìn)行近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量。
2.如權(quán)利要求I所述的遠(yuǎn)距脈沖壓縮與近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量結(jié)合測(cè)距方法，其特征在于，所述的步驟4中， 當(dāng)目標(biāo)相對(duì)微波雷達(dá)由遠(yuǎn)及近時(shí)，回波信噪比大于45dB時(shí)為近距，回波信噪比小于45dB時(shí)為遠(yuǎn)距；當(dāng)目標(biāo)相對(duì)微波雷達(dá)由近及遠(yuǎn)時(shí)，回波信噪比大于40dB時(shí)為近距，回波信噪比小于40dB時(shí)為遠(yuǎn)距。
3.如權(quán)利要求I所述的遠(yuǎn)距脈沖壓縮與近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量結(jié)合測(cè)距方法，其特征在于，所述的步驟5還包含以下步驟 步驟5. I、采用檢波二極管對(duì)接收機(jī)中頻回波信號(hào)和微波源發(fā)射信號(hào)采用包絡(luò)檢波分別提取出發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)和接收線性調(diào)頻信號(hào)的包絡(luò)； 步驟5. 2、將步驟5. I中獲得的兩個(gè)信號(hào)包絡(luò)送入恒比時(shí)點(diǎn)鑒別器采用恒比時(shí)點(diǎn)鑒別法分別提取出延時(shí)點(diǎn)，產(chǎn)生兩個(gè)脈沖； 步驟5. 3、將步驟5. 2中獲得的兩個(gè)脈沖送入高精度脈沖-時(shí)間轉(zhuǎn)換電路測(cè)量兩個(gè)脈沖信號(hào)之間的時(shí)延，從而得到近距時(shí)目標(biāo)的精確相對(duì)距離。
全文摘要
一種遠(yuǎn)距脈沖壓縮與近距脈沖包絡(luò)檢波延時(shí)測(cè)量結(jié)合測(cè)距方法，在遠(yuǎn)距離測(cè)距時(shí)，采用傳統(tǒng)的脈沖壓縮法測(cè)距，選擇的信號(hào)帶寬可以滿足遠(yuǎn)距測(cè)距精度的要求，近距測(cè)量時(shí)，在接收機(jī)中將接收回波信號(hào)下變頻到中頻后采用包絡(luò)檢波提取出線性調(diào)頻信號(hào)包絡(luò)，然后對(duì)檢波包絡(luò)前沿采用恒比時(shí)點(diǎn)鑒別法找到延時(shí)點(diǎn)，產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)脈沖，比較延時(shí)脈沖與發(fā)射檢波脈沖信號(hào)之間的差分延時(shí)，即可得到高精度的目標(biāo)距離信息，有效提高測(cè)距精度。
文檔編號(hào)G01S13/08GK102778677SQ20121017065
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者吉峰, 鄒波, 黃瓊 申請(qǐng)人:上海無線電設(shè)備研究所