远距脉冲压缩与近距脉冲包络检波延时测量结合测距方法

摘要

一种远距脉冲压缩与近距脉冲包络检波延时测量结合测距方法，在远距离测距时，采用传统的脉冲压缩法测距，选择的信号带宽可以满足远距测距精度的要求，近距测量时，在接收机中将接收回波信号下变频到中频后采用包络检波提取出线性调频信号包络，然后对检波包络前沿采用恒比时点鉴别法找到延时点，产生一个延时脉冲，比较延时脉冲与发射检波脉冲信号之间的差分延时，即可得到高精度的目标距离信息，有效提高测距精度。

说明书

技术领域

本发明所涉及的是一种微波雷达高精度测距方法，尤其涉及一种远距脉冲压缩与近距脉冲包络检波延时测量结合测距方法，可以用于地基雷达、车载雷达、舰载雷达、星载雷达等各种需要测距的微波雷达信号处理中。

背景技术

随着现代电子战、信息战的发展，对微波雷达的作用距离、分辨力和测量精度等性能指标均提出了越来越高的要求。为了提高雷达系统的发现能力，增加作用距离，在系统的设备峰值功率受限制的情况下，只能通过加大发射脉冲的时宽来实现。而雷达的距离分辨力取决于信号的带宽，为了提高雷达系统的距离分辨力，又要求发射脉冲尽量窄。因此雷达作用距离和距离分辨力是一对矛盾，可以通过脉冲压缩法来解决。雷达在发射时产生较宽的线性调频脉冲，回波信号接收后经过匹配压缩处理得到窄脉冲以实现系统的距离分辨率和测量精度。脉冲压缩法在具备窄脉冲距离分辨率的同时，允许雷达更有效的利用平均功率，避免使用高峰值功率。作为现代雷达的一项重要技术，脉冲压缩有效地解决了距离分辨力和发射平均功率之间的矛盾，在现代雷达中得到广泛应用。

目前国内外对脉冲压缩的研究比较广泛和深入，硬件实现也已经较为成熟，脉冲压缩技术已广泛应用于微波雷达测距中。在某些需要高精度测距的微波雷达系统中尤其是近距离测量时，采用脉冲压缩方法测距要达到很高的测量精度需要发射的线性调频信号具有极宽的带宽，即极窄的脉宽，而在实际硬件系统中，这种信号产生的难度较大，难以混频到较高的射频频率上发射出去。而且对于带宽较宽的信号，接收时也需要用较高的采样率进行A/D采样，加大了硬件复杂度。此外，在采样距离门较宽时，脉冲压缩测距法的运算量较大，对系统的实时性有一定影响。因此采用传统的脉冲压缩方法难以达到很高的测距精度。

发明内容

本发明提供的一种远距脉冲压缩与近距脉冲包络检波延时测量结合测距方法，在远距离测距时，采用传统的脉冲压缩法测距，选择的信号带宽可以满足远距测距精度的要求，近距测量时，在接收机中将接收回波信号下变频到中频后采用包络检波提取出线性调频信号包络，然后对检波包络前沿采用恒比时点鉴别法找到延时点，产生一个延时脉冲，比较延时脉冲与发射检波脉冲信号之间的差分延时，即可得到高精度的目标距离信息，有效提高测距精度。

为了达到上述目的，本发明提供一种远距脉冲压缩与近距脉冲包络检波延时测量结合测距方法，该方法包含以下步骤：

步骤1、发射信号；

步骤2、接收信号；

步骤3、利用脉冲压缩法测量目标距离；

步骤4、判断目标距离为远距或近距，若为远距时，则以步骤3得到的结果作为最终测量结果，若为近距时，则执行步骤5；

步骤5、进行近距脉冲包络检波延时测量。

所述的步骤4中，当目标相对微波雷达由远及近时，回波信噪比大于45dB时为近距，回波信噪比小于45dB时为远距；当目标相对微波雷达由近及远时，回波信噪比大于40dB时为近距，回波信噪比小于40dB时为远距。

所述的步骤5还包含以下步骤：

步骤5.1、采用检波二极管对接收机中频回波信号和微波源发射信号采用包络检波分别提取出发射线性调频信号和接收线性调频信号的包络；

步骤5.2、将步骤5.1中获得的两个信号包络送入恒比时点鉴别器采用恒比时点鉴别法分别提取出延时点，产生两个脉冲；

步骤5.3、将步骤5.2中获得的两个脉冲送入高精度脉冲-时间转换电路测量两个脉冲信号之间的时延，从而得到近距时目标的精确相对距离。

本发明的有益效果是：

1、本发明在不要求信号带宽的前提下，通过脉冲包络检波延时测量可以得到优于脉冲压缩法的测距精度；

2、本发明中的近距脉冲包络检波延时测量方法不需要复杂的算法，实现简单，实时性高；

3、本发明兼顾了远距和近距两种情况下的测距精度，可靠性高；

4、本发明中的近距脉冲包络检波延时测量方法可以推广到其他使用无载频单脉冲的微波雷达系统中。

附图说明

图1为本发明提供的远距脉冲压缩与近距脉冲包络检波延时测量结合测距方法的原理框图；

图2为线性调频信号包络检波示意图；

图3为恒比时点鉴别法示意图；

图4为脉冲-时间转换示意图。

具体实施方式

以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种远距脉冲压缩与近距脉冲包络检波延时测量结合测距方法，包含以下步骤：

步骤1、发射信号；

发射时，微波源1产生中频线性调频信号，与本振信号混频至射频，经过调制与功放后产生所需脉宽和功率，最后经环形器4由天线5辐射出去；

步骤2、接收信号；

接收时，微波雷达接收的回波信号由环形器5进入接收通道，经开关选通和放大后与本振信号混频降至中频，经过距离门8选通脉冲选通回波信号，通过中频信道进入数字信号处理机9；

步骤3、利用脉冲压缩法测量目标距离；

数字信号处理机对接收到的中频信号进行模数转换、正交变换、抽取滤波和脉冲压缩处理后，输出的脉压经过测距机得到目标距离；

步骤4、判断目标距离为远距或近距，若为远距时，则以步骤3得到的结果作为最终测量结果，若为近距时，则执行步骤5；

当目标相对微波雷达由远及近时，回波信噪比大于45dB时为近距，回波信噪比小于45dB时为远距；当目标相对微波雷达由近及远时，回波信噪比大于40dB时为近距，回波信噪比小于40dB时为远距；

步骤5、进行近距脉冲包络检波延时测量；

步骤5.1、如图2所示，采用检波二极管10对接收机中频回波信号和微波源发射信号采用包络检波分别提取出发射线性调频信号和接收线性调频信号的包络；

步骤5.2、将步骤5.1中获得的两个信号包络送入恒比时点鉴别器11采用恒比时点鉴别法分别提取出延时点，产生两个脉冲；

步骤5.3、将步骤5.2中获得的两个脉冲送入高精度脉冲-时间转换电路12测量两个脉冲信号之间的时延，从而得到近距时目标的精确相对距离。

图3为恒比时点鉴别法的示意图，该方法不采用固定的临界电压作为计时点，而是寻找恒定的信号强度比例k作为触发点。通常采用延时线路实现恒比时点鉴别，将输入信号分为两路，一路经过幅值衰减变小，另一路不衰减幅值，而经过固定时间延时，最终将这两路信号送入电压比较器的正负比较端，电压比较器状态的改变发生于两输入信号相对大小改变的时刻，电压比较器状态改变的时刻即为信号前沿的到达时刻。电压比较器状态改变的时刻不会受原始输入信号振幅的改变而改变，始终保持在达到原始输入信号某一固定高度时发生。从图3中的实例可以看出，虽然V₁(t)和V₂(t)幅度不同，但是触发点电压值（h₁₂和h₂₂）与电压峰值（h₁₁和h₂₁）比值相等，即k= h₁₂/h₁₁= h₂₂/h₂₁，因而测得的信号前沿的计时点相同，因此该方法可有效消除漂移误差。找到计时点后，分别产生两个脉冲，即发射检波信号脉冲和接收回波信号脉冲，如图4所示，送入高精度脉冲-时间转换电路测量两脉冲前沿之间的时延，进而得到目标的相对距离，高精度时间转换电路的时间分辨率越小，则微波雷达的测距精度越高，现有条件下分辨率可达到0.00975m。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。