[發明專利]一種脈沖多普勒雷達回波的弱信號提取方法

在審

• 申請號: 202011524141.5
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112684418A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 陳元慶;金小龍;李依蓉;朱國慶
• 申請（專利權）人: 蘇州度風科技有限公司
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;G01S7/36;G01S7/41
• 代理公司: 蘇州尚為知識產權代理事務所(普通合伙) 32483
• 代理人: 李鳳嬌

本發明提供了一種脈沖多普勒雷達回波的弱信號提取方法，包括如下步驟：雷達中頻回波過采樣量化；低通濾波；匹配濾波；距離?脈沖矩陣相干累積；距離?多普勒矩陣數據動態范圍跟蹤截取。本發明基于高倍過采樣和匹配濾波器的聯合對噪聲抑制，較好地解決了在極窄脈沖下無法通過脈沖壓縮技術提高接受性能的問題，距離?脈沖矩陣相干累積將回波信號信噪比提高進一步地將噪聲抑制。距離?多普勒矩陣數據動態范圍跟蹤截取方法解決了在低成本接收機下數字信號處理的動態范圍和精度的矛盾。本發明較好提出了一個完整的脈沖多普勒雷達回波弱信號的提取的技術解決方案，在脈沖氣象雷達回波弱信號探測方面有一定實際作用。

技術領域

本發明涉及雷達信號處理技術領域，尤其是涉及一種基于脈沖多普勒雷達回波的弱信號提取方法。

背景技術

在于脈沖多普勒雷達在近場20～300米范圍內回波中的弱信號如何有效提取是行業都在致力去解決的問題。回波信號的特點一個是強度非常較弱，另外探測距離較短，導致了脈沖重復頻率較高，這導致用于探測的窄脈沖有效時間非常短，如采用諸如脈沖壓縮等雷達探測手段，則需要極高采樣頻率的數模轉換器件，這會提高應用產品的成本。

另一方面，在嵌入式應用中，所有雷達信號處理的軟硬件資源都是受限的，所以在整個雷達處理算法中，浮點數的運算被有符號整型數所替代，使用定點數的弊端在于動態范圍的不足。

發明內容

本發明的目標在于解決在極窄脈沖下無法通過脈沖壓縮技術提高接收性能的問題，采用的技術方案為：一種脈沖多普勒雷達回波的弱信號提取方法，包括如下步驟：

雷達中頻回波過采樣量化；

低通濾波；

匹配濾波；

距離-脈沖矩陣相干累積；

距離-多普勒矩陣數據動態范圍跟蹤截取。

進一步改進為，所述雷達中頻回波過采樣量化，包括如下步驟：

在雷達系統中采用重復周期T_ppi＝2us的窄矩形脈沖，理想回波信號自身頻譜包含零頻、基頻、無限次諧波分量；

其中零頻f₀＝0Hz、基頻f₁＝500KHz、諧波f_n＝n×500KHz；

由傅里葉級數理論可知諧波次數n10時，理想回波信號的工程帶寬B_r＝5MHz。

進一步改進為，所述匹配濾波，包括如下步驟：

經過低通濾波后,由數字采樣引入的鏡像頻譜被清除；

匹配濾波計算：其中設計參數P_τ是在采樣頻率f_s下窄脈沖持續時間內的采樣次數。

進一步改進為，所述距離-脈沖矩陣相干累積，包括如下步驟：

距離-脈沖矩陣記為D(l)，是2048×25的復數矩陣，每一行為不同的采樣點集合，每一列為不同脈沖周期內同一距離的采樣點集合，將G個D(l)矩陣累加得到2048×25的復數矩陣：

進一步改進為，所述距離-多普勒矩陣數據動態范圍跟蹤截取，包括如下步驟：

將距離-脈沖矩陣E(p)轉換成距離-多普勒矩陣F(p)，F(p)的x列元素記為f_p(:,x)，則第x列的放大因子S(x)＝2^λ(x)，其中λ(x)是f_p(:,x)中絕對值最大的元素的擴展符號位個數。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：