一种脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112684418A(43)申请公布日2021.04.20(21)申请号202011524141.5(22)申请日2020.12.22(71)申请人苏州度风科技有限公司地址215000江苏省苏州市工业园区展业路8号科技工业坊一期4-1-A幢219室(72)发明人陈元庆金小龙李依蓉朱国庆(74)专利代理机构苏州尚为知识产权代理事务所(普通合伙)32483代理人李凤娇(51)Int.Cl.G01S7/02(2006.01)G01S7/36(2006.01)G01S7/41(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法(57)摘要本发明提供了一种脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法，包括如下步骤：雷达中频回波过采样量化；低通滤波；匹配滤波；距离‑脉冲矩阵相干累积；距离‑多普勒矩阵数据动态范围跟踪截取。本发明基于高倍过采样和匹配滤波器的联合对噪声抑制，较好地解决了在极窄脉冲下无法通过脉冲压缩技术提高接受性能的问题，距离‑脉冲矩阵相干累积将回波信号信噪比提高进一步地将噪声抑制。距离‑多普勒矩阵数据动态范围跟踪截取方法解决了在低成本接收机下数字信号处理的动态范围和精度的矛盾。本发明较好提出了一个完整的脉冲多普勒雷达回波弱信号的提取的技术解决方案，在脉冲气象雷达回波弱信号探测方面有一定实际作用。CN112684418ACN112684418A权利要求书1/1页1.一种脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法，其特征在于，包括如下步骤：雷达中频回波过采样量化；低通滤波；匹配滤波；距离‑脉冲矩阵相干累积；距离‑多普勒矩阵数据动态范围跟踪截取。2.根据权利要求1所述的脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法，其特征在于，所述雷达中频回波过采样量化，包括如下步骤：在雷达系统中采用重复周期Tppi＝2us的窄矩形脉冲，理想回波信号自身频谱包含零频、基频、无限次谐波分量；其中零频f0＝0Hz、基频f1＝500KHz、谐波fn＝n×500KHz；由傅里叶级数理论可知谐波次数n＞10时，理想回波信号的工程带宽Br＝5MHz。3.根据权利要求2所述的脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法，其特征在于，所述匹配滤波，包括如下步骤：经过低通滤波后，由数字采样引入的镜像频谱被清除；匹配滤波计算：其中设计参数Pτ是在采样频率fs下窄脉冲持续时间内的采样次数。4.根据权利要求3所述的脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法，其特征在于，所述距离‑脉冲矩阵相干累积，包括如下步骤：距离‑脉冲矩阵记为D(l)，是2048×25的复数矩阵，每一行为不同的采样点集合，每一列为不同脉冲周期内同一距离的采样点集合，将G个D(l)矩阵累加得到2048×25的复数矩阵：5.根据权利要求4所述的脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法，其特征在于，所述距离‑多普勒矩阵数据动态范围跟踪截取，包括如下步骤：将距离‑脉冲矩阵E(p)转换成距离‑多普勒矩阵F(p)，F(p)的x列元素记为fp(：，x)，则第λ(x)x列的放大因子S(x)＝2，其中λ(x)是fp(：，x)中绝对值最大的元素的扩展符号位个数。2CN112684418A说明书1/3页一种脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法技术领域[0001]本发明涉及雷达信号处理技术领域，尤其是涉及一种基于脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法。背景技术[0002]在于脉冲多普勒雷达在近场20～300米范围内回波中的弱信号如何有效提取是行业都在致力去解决的问题。回波信号的特点一个是强度非常较弱，另外探测距离较短，导致了脉冲重复频率较高，这导致用于探测的窄脉冲有效时间非常短，如采用诸如脉冲压缩等雷达探测手段，则需要极高采样频率的数模转换器件，这会提高应用产品的成本。[0003]另一方面，在嵌入式应用中，所有雷达信号处理的软硬件资源都是受限的，所以在整个雷达处理算法中，浮点数的运算被有符号整型数所替代，使用定点数的弊端在于动态范围的不足。发明内容[0004]本发明的目标在于解决在极窄脉冲下无法通过脉冲压缩技术提高接收性能的问题，采用的技术方案为：一种脉冲多普勒雷达回波的弱信号提取方法，包括如下步骤：[0005]雷达中频回波过采样量化；[0006]低通滤波；[0007]匹配滤波；[0008]距离‑脉冲矩阵相干累积；[0009]距离‑多普勒矩阵数据动态范围跟踪截取。[0010]进一步改进为，所述雷达中频回波过采样量化，包括如下步骤：[0011]在雷达系统中采用重复周期Tppi＝2us的窄矩形脉冲，理想回波信号自身频谱包含零频、基频、无限次谐波分量；[0012]其中零频f0＝0Hz、基频f1＝500KHz、谐波fn＝n×500KHz；[0013]由傅里叶级数理论