基于頻率虛擬擴(kuò)展的雷達(dá)距離估算方法及系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)適用于雷達(dá)通信領(lǐng)域，提供了一種基于頻率虛擬擴(kuò)展的雷達(dá)距離估算方法及系統(tǒng)。該方法包括下述步驟：步驟A，接收天線接收經(jīng)目標(biāo)源反射的第一載波頻率的發(fā)射信號(hào)和第二載波頻率的發(fā)射信號(hào)；步驟B，將接收天線接收到的具有第一、第二載波頻率的接收信號(hào)進(jìn)行系數(shù)恢復(fù)；步驟C，根據(jù)恢復(fù)的系數(shù)將接收信號(hào)進(jìn)一步虛擬擴(kuò)展出第三載波頻率的接收信號(hào)和第四載波頻率的接收信號(hào)，擴(kuò)展后得到四個(gè)載波頻率的接收信號(hào)；步驟D，利用得到的四個(gè)載波頻率的接收信號(hào)進(jìn)行距離估計(jì)。本發(fā)明專利技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)和積極效果：1.在不占用更多發(fā)射頻率的情況下，提高了距離估計(jì)精度和可以估計(jì)的目標(biāo)源個(gè)數(shù)；2.由于減少了發(fā)射頻率數(shù)目，從而節(jié)省了發(fā)射信號(hào)占用的帶寬。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于雷達(dá)通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于頻率虛擬擴(kuò)展的雷達(dá)距離估算方法 及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
距離估計(jì)作為雷達(dá)參數(shù)估計(jì)的重要方面，近些年來(lái)已吸引大量學(xué)者的關(guān)注，同時(shí) 其應(yīng)用也十分廣泛。MIMO(Multiple_Input Multiple-Output，多輸入多輸出）雷達(dá)利用多 天線技術(shù)，通過(guò)不同的路徑發(fā)射獨(dú)立的波形信號(hào)，波形中承載著目標(biāo)源的距離、角度、多普 勒平移等信息，在接收端通過(guò)匹配濾波器提取這些信息。MIMO雷達(dá)利用波形分集和數(shù)字波 束形成技術(shù)，因此能顯著提高衰落信道條件下信道的容量。MMO理論應(yīng)用到雷達(dá)系統(tǒng)后，顯 著提高了雷達(dá)系統(tǒng)的目標(biāo)源檢測(cè)、跟蹤、識(shí)別和參數(shù)估計(jì)等性能。因此，MIMO雷達(dá)在克服信 道衰落，提高距離估計(jì)分辨率和抑制干擾等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。 現(xiàn)有的應(yīng)用于MMO雷達(dá)中的距離估計(jì)算法主要有：匹配濾波器的方法、基于壓縮 感知的MIMO雷達(dá)距離估計(jì)方法（CS-MIMO radar)、基于步進(jìn)頻率技術(shù)的雷達(dá)距離估計(jì)方法 (CSSF MMO radar)，其中，圖1示出了基于壓縮感知的MMO雷達(dá)距離估算方法的流程。上 述雷達(dá)距離估計(jì)算法在一定程度上（發(fā)射脈沖較多，采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)大）可以提供比較高的距 離估計(jì)分辨率，但是這些算法也存在一定的不足和缺陷，主要體現(xiàn)在：（1)當(dāng)發(fā)射脈沖數(shù)目 較少的情況下，可以估計(jì)的目標(biāo)源個(gè)數(shù)都受到一定程度的限制，估計(jì)性能不穩(wěn)定，精度不夠 高，分辨能力不強(qiáng)；（2)當(dāng)發(fā)射脈沖數(shù)目多的情下，占用較大的傳輸帶寬，對(duì)頻譜資源提出 了新的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于頻率虛擬擴(kuò)展的雷達(dá)距離 估算方法，旨在不明顯提高發(fā)射脈沖數(shù)目占用更多發(fā)射頻率的情況下，提高了距離估計(jì)的 分辨率和可以估計(jì)的目標(biāo)源個(gè)數(shù)。 本專利技術(shù)是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于頻率虛擬擴(kuò)展的雷達(dá)距離估算方法，所述雷達(dá)距 離估算方法包括下述步驟： 步驟A，接收天線接收經(jīng)目標(biāo)源反射的第一載波頻率的發(fā)射信號(hào)和第二載波頻率 的發(fā)射信號(hào)； 步驟B，將接收天線接收到的具有第一、第二載波頻率的接收信號(hào)進(jìn)行系數(shù)恢復(fù)； 步驟C，根據(jù)恢復(fù)的系數(shù)將接收信號(hào)進(jìn)一步虛擬擴(kuò)展出第三載波頻率的接收信號(hào) 和第四載波頻率的接收信號(hào)，擴(kuò)展后得到四個(gè)載波頻率的接收信號(hào)； 步驟D，利用得到的四個(gè)載波頻率的接收信號(hào)進(jìn)行距離估計(jì)。 本專利技術(shù)所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于頻率虛擬擴(kuò)展的雷達(dá)距離 估算系統(tǒng)，包括： 接收天線，用于接收經(jīng)目標(biāo)源反射的第一載波頻率的發(fā)射信號(hào)和第二載波頻率的 發(fā)射信號(hào)； 融合中心，用于先將接收天線接收到的具有第一、第二載波頻率的接收信號(hào)進(jìn)行 系數(shù)恢復(fù)，再根據(jù)恢復(fù)的系數(shù)將接收信號(hào)進(jìn)一步虛擬擴(kuò)展出第三載波頻率的接收信號(hào)和第 四載波頻率的接收信號(hào)，擴(kuò)展后得到四個(gè)載波頻率的接收信號(hào)；然后利用得到的四個(gè)載波 頻率的接收信號(hào)進(jìn)行距離估計(jì)。 本專利技術(shù)相對(duì)于現(xiàn)有的雷達(dá)距離估計(jì)算法，充分利用了 MMO雷達(dá)中發(fā)射波形相關(guān) 性良好特點(diǎn)以及空間分集的設(shè)計(jì)，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波恢復(fù)信號(hào)，然后進(jìn)行信號(hào)的虛 擬擴(kuò)展。本專利技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)和積極效果：1.在不占用更多發(fā)射頻率的情況下，提高了距 離估計(jì)精度和可以估計(jì)的目標(biāo)源個(gè)數(shù)；2.由于減少了發(fā)射頻率數(shù)目，從而節(jié)省了發(fā)射信號(hào) 占用的帶寬。【附圖說(shuō)明】 圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的基于壓縮感知的MIMO雷達(dá)距離估算方法的流程圖； 圖2是本專利技術(shù)提供的基于頻率虛擬擴(kuò)展的雷達(dá)距離估算方法的流程圖； 圖3是本專利技術(shù)提供的接收端接收信號(hào)的形式示意圖； 圖4A、圖4B、圖4C分別是在信號(hào)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)L = 2~7、信噪比SNR = 4dB、2個(gè)目標(biāo) 源、發(fā)射序列采用原始序列的條件下，根據(jù)原始兩個(gè)脈沖算法、實(shí)際增加脈沖算法、本專利技術(shù) 提供的虛擬擴(kuò)展算法得到的距離估計(jì)圖； 圖5A、圖5B、圖5C分別是在采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)L = 2~7、信噪比SNR = 4dB、2個(gè)目標(biāo)源、 發(fā)射序列采用P4序列的條件下，根據(jù)原始兩個(gè)脈沖算法、實(shí)際增加脈沖算法、本專利技術(shù)提供 的虛擬擴(kuò)展算法得到的距離估計(jì)圖； 圖6A、圖6B、圖6C分別是在采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)L = 2~ 10、信噪比SNR = 10dB、6個(gè)目標(biāo)源、 發(fā)射序列采用原始序列的條件下，根據(jù)原始兩個(gè)脈沖算法、實(shí)際增加脈沖算法、本專利技術(shù)提供 的虛擬擴(kuò)展算法得到的距離估計(jì)圖； 圖7A、圖7B、圖7C分別是在采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)L = 2~10、信噪比SNR = 10dB、6個(gè)目標(biāo) 源、發(fā)射序列采用P4序列的條件下，根據(jù)原始兩個(gè)脈沖算法、實(shí)際增加脈沖算法、本專利技術(shù)提 供的虛擬擴(kuò)展算法得到的距離估計(jì)圖； 圖8A和圖8B是本專利技術(shù)提供的在采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)L = 2~9、6個(gè)目標(biāo)源的條件下，發(fā)射 序列分別采用原始序列和P4序列時(shí)，RMSE(距離估計(jì)誤差）隨信噪比SNR的變化示意圖； 圖9A和圖9B是本專利技術(shù)提供的在信噪比SNR = 4dB、6個(gè)目標(biāo)源的條件下，發(fā)射序 列分別采用原始序列和P4序列時(shí)，RMSE(距離估計(jì)誤差）隨采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)的變化示意圖； 圖IOA和圖IOB是本專利技術(shù)提供的在采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)L = 2~9、信噪比SNR = 4dB的條件 下，發(fā)射序列分別采用原始序列和P4序列時(shí)，RMSE(距離估計(jì)誤差）隨目標(biāo)源個(gè)數(shù)的變化 示意圖。【具體實(shí)施方式】 為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并 不用于限定本專利技術(shù)。 本專利技術(shù)在不明顯提高發(fā)射脈沖數(shù)目占用更多發(fā)射頻率的情況下，利用很少的接收 信號(hào)，虛擬擴(kuò)建出更多的接收信號(hào)，從而提高了距離估計(jì)的分辨率和可以估計(jì)的目標(biāo)源個(gè) 數(shù)。另外，為克服新算法中交叉項(xiàng)的影響，將自相關(guān)性良好的P4序列用到新算法中，進(jìn)一步 提尚了算法性能。 我們考慮發(fā)射天線根數(shù)Mt= 1、接收天線根數(shù)1、目標(biāo)源個(gè)數(shù)K = 2的情況， 發(fā)射兩個(gè)載波頻率分別為f\、f2的脈沖信號(hào)，本專利技術(shù)以接收到的兩個(gè)脈沖信號(hào)為基礎(chǔ)擴(kuò)展 至四個(gè)脈沖，擴(kuò)展后的四個(gè)脈沖信號(hào)載波頻率分別為44、24^ 2、244;實(shí)際增加發(fā)射脈 沖數(shù)目之后，發(fā)射的四個(gè)脈沖的載波頻率分別為：fi、f2、f 3、f4，并且頻率間隔是等步長(zhǎng)的。 參照?qǐng)D2,本專利技術(shù)提供的基于頻率虛擬擴(kuò)展的雷達(dá)距離估算方法包括下述步驟： 步驟A，接收天線接收經(jīng)目標(biāo)源反射的第一載波頻率的發(fā)射信號(hào)和第二載波頻率 的發(fā)射信號(hào)。 原始接收天線接收經(jīng)過(guò)目標(biāo)反射后的信號(hào)，對(duì)于來(lái)自第k個(gè)目標(biāo)的反射信號(hào)，在 接收端的形式為： , /、JW'/pO乂） = l[yk{tJ2,L,2L) ( γ ) 其中yk(t，f，m，1)表示t時(shí)刻第k個(gè)目標(biāo)反射的頻率為f的信號(hào)，m表示接收端采 樣數(shù)據(jù)的起始位置，1表示接收端采樣數(shù)據(jù)的結(jié)尾位置，到達(dá)接收端信號(hào)形式如圖3所示。 其中虛線為接收端信號(hào)掃描的參考基準(zhǔn)線，h，τ 2為相對(duì)于掃描基準(zhǔn)線的延遲，由于接收 端采樣可以從接收到第一個(gè)信號(hào)開(kāi)始同步，所以τ i在這里為零。 步驟B，將接收天線接收到的具有第一、第二載波頻率的接收信號(hào)進(jìn)行系數(shù)恢復(fù)。 與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)不同的是，本專利技術(shù)提前將接收信號(hào)傳輸至融合中心，融合 中心首先進(jìn)行系數(shù)的恢復(fù)。[003當(dāng)前第1頁(yè)1 2 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于頻率虛擬擴(kuò)展的雷達(dá)距離估算方法，其特征在于，所述雷達(dá)距離估算方法包括下述步驟：步驟A，接收天線接收經(jīng)目標(biāo)源反射的第一載波頻率的發(fā)射信號(hào)和第二載波頻率的發(fā)射信號(hào)；步驟B，將接收天線接收到的具有第一、第二載波頻率的接收信號(hào)進(jìn)行系數(shù)恢復(fù)；步驟C，根據(jù)恢復(fù)的系數(shù)將接收信號(hào)進(jìn)一步虛擬擴(kuò)展出第三載波頻率的接收信號(hào)和第四載波頻率的接收信號(hào)，擴(kuò)展后得到四個(gè)載波頻率的接收信號(hào)；步驟D，利用得到的四個(gè)載波頻率的接收信號(hào)進(jìn)行距離估計(jì)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：謝寧，李保良，張莉，王暉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：深圳大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東;44