基于多重頻脈沖串信號解速度模糊的研究

夏夢穎 蘇衛(wèi)民 顧 紅 盧建春

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基于多重頻脈沖串信號解速度模糊的研究

夏夢穎①蘇衛(wèi)民*①顧 紅①盧建春②

①(南京理工大學(xué)電子工程與光電技術(shù)學(xué)院 南京 210094)②(94647部隊(duì) 福州 350000)

針對雙重頻解速度模糊系統(tǒng)中，信號參數(shù)選擇不合理導(dǎo)致解速度模糊存在量化誤差的問題，推導(dǎo)了雙重頻解速度模糊的量化要求。為了增大最大不模糊速度，該文提出多層解模糊系統(tǒng)，提出了一種四重頻脈沖串解速度模糊的模型，推導(dǎo)了四重頻信號脈沖個(gè)數(shù)的下界，并簡化為了三重頻脈沖串信號模型。仿真驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性。

多重頻雷達(dá)；解速度模糊；量化要求；1維集算法

1 引言

在多重頻解速度模糊系統(tǒng)中，如何選取合適的重頻數(shù)、脈沖重復(fù)周期和脈沖個(gè)數(shù)，使能解模糊的速度范圍盡量大并且解速度模糊沒有量化誤差成了本文的研究方向。在雷達(dá)的距離分辨率和目標(biāo)最高速度確定的條件下，目標(biāo)最高速度跨過一個(gè)距離分辨單元的時(shí)間確定，對于高速目標(biāo)，則雷達(dá)允許對目標(biāo)的最大積累相干時(shí)間有限，需要選取合適的信號參數(shù)以滿足測距測速要求。本文將通過推導(dǎo)，計(jì)算脈沖重復(fù)數(shù)的下界，使在雙重頻測速范圍內(nèi)，解速度模糊時(shí)不會(huì)出現(xiàn)二義性。提出了一種四重頻脈沖串解速度模糊的新方式，可以獲得更大的速度不模糊范圍，并根據(jù)雙重頻脈沖串信號解速度模糊的量化要求，推導(dǎo)出四重頻信號脈沖個(gè)數(shù)的下界，隨后簡化了四重頻脈沖串信號為三重頻脈沖串信號。

2 問題模型

解模糊實(shí)際上是多維有限空間的點(diǎn)到1維有限空間點(diǎn)的信號映射。由數(shù)據(jù)選取和數(shù)據(jù)處理的特點(diǎn)決定了速度解模糊算法有別于距離解模糊算法。在距離解模糊算法中，多維有限空間中每一維空間的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不一樣，各維空間數(shù)據(jù)的采樣間隔一樣，此時(shí)可以按中國余數(shù)定理求解距離模糊。速度模糊求解算法所遇到的情況正好相反，多維有限空間中各維空間的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)一樣，而數(shù)據(jù)之間的采樣間隔不一樣。這就決定了速度解模糊算法有別于距離解模糊算法，中國余數(shù)定理只能有條件地應(yīng)用[11]。

解模糊算法要求多維有限空間和1維有限空間的點(diǎn)是一一對應(yīng)的。速度模糊的實(shí)際形成過程是1維有限空間到多維有限空間的變換，解模糊只不過是其逆過程變換而已。因而在所確定的最大范圍內(nèi)，要求多維有限空間映射到1維有限空間的點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)二義性。由于頻率域各維空間有不同的量化間隔，當(dāng)采樣個(gè)數(shù)較小時(shí)，在中國余數(shù)定理所確定的最大不模糊頻率范圍內(nèi)，保證不了多維有限空間的點(diǎn)到1維有限空間的點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)二義性，那么就會(huì)出現(xiàn)由于量化誤差造成的解速度模糊誤差。

3 解速度模糊量化要求理論推導(dǎo)

3.1 雙重頻速度量化要求理論推導(dǎo)

圖1 多重頻雷達(dá)發(fā)射信號波形(重頻數(shù)為M)

3.2 當(dāng)脈沖個(gè)數(shù)不同時(shí)雙重頻速度量化要求理論推導(dǎo)

為簡化模型，下文中均假設(shè)每種CPI的脈沖個(gè)數(shù)相同且均為。

3.3 多層解模糊模型建立和速度量化要求理論推導(dǎo)

在選取合適的參數(shù)條件下，利用四重頻解速度模糊將會(huì)獲得比雙重頻更大的不模糊測速范圍。由雙重頻解速度模糊的量化要求可推得四重頻解速度模糊的量化要求為

圖2為多層解速度模糊時(shí)最大測量速度的二叉樹。

圖2 多層解速度模糊時(shí)最大測量速度的二叉樹

三重頻由于精簡了一重頻，則需要兩次使用中間重頻的測速結(jié)果。由雙重頻解速度模糊的量化要求可推得三重頻解速度模糊的量化要求為

4 仿真及結(jié)果分析

仿真1 解速度模糊的量化誤差

仿真2 三重頻兩層解速度模糊效果

5 結(jié)束語

針對多重頻解速度模糊系統(tǒng)中，信號參數(shù)選擇不合理導(dǎo)致解速度模糊存在量化誤差或解模糊的速度范圍不夠大的問題，本文通過推導(dǎo)，計(jì)算了脈沖重復(fù)數(shù)的下界，使在雙重頻測速范圍內(nèi)，當(dāng)脈沖個(gè)數(shù)相同或不同時(shí)，解速度模糊時(shí)不會(huì)出現(xiàn)二義性。提出了一種四重頻脈沖串解速度模糊的新方式，并推導(dǎo)了四重頻信號脈沖個(gè)數(shù)的下界，簡化了四重頻脈沖串信號為三重頻脈沖串信號。因?yàn)楸疚亩际窃谛旁氡茸銐虼蟮膱龊舷逻M(jìn)行計(jì)算的，理論推導(dǎo)時(shí)假設(shè)不存在速度門測量錯(cuò)誤的情況，而實(shí)際測量中，采用多層多重頻脈沖串信號解速度模糊時(shí)，若存在速度門測量誤差或有量化誤差的情況，則對最終速度的測量可能存在較大影響。該算法的魯棒性研究將是下一步研究方向。

圖3 存在量化誤差時(shí)1維集解速度模糊測速誤差圖

圖4 不同PRT個(gè)數(shù)與1維集解速度模糊均方根誤差曲線

圖5 多層解速度模糊效果

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夏夢穎： 女，1990年生，博士生，研究方向?yàn)殛嚵行盘柼幚?

蘇衛(wèi)民： 男，1959年生，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)殛嚵行盘柼幚怼⒗走_(dá)成像.

顧 紅： 男，1967年生，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)槔走_(dá)信號處理、噪聲雷達(dá)體制、稀疏陣列信號處理.

盧建春： 男，1983年生，助理工程師，研究方向?yàn)殛嚵行盘柼幚怼⑿畔⒆詣?dòng)化.

Research on Velocity Ambiguity Resolution for Multiple PRF Radar

XIA Mengying①SU Weimin①GU Hong①LU Jianchun②

①(,,210094,)②(94647,350000,)

In dual pulse repetition frequencies radar systems, mathematical deduction of the number of pulse repetition intervals required to satisfy quantitative requirements is presented to resolve velocity ambiguity. Multiple layer systems to increase the maximum unambiguous velocity are proposed. A new model of quadruple pulse repetition frequencies signal is proposed. The lower bound of the number of pulse repetition intervals required to satisfy quantitative requirements is deduced and quadruple pulse repetition frequencies signal is simplified as triplet pulse repetition frequencies signal. Simulation results validate the accuracy of our deduction.

Multiple pulse repetition frequencies radar; Resolving velocity ambiguity; Quantitative requirements; Clustering algorithm

TN958

A

1009-5896(2017)12-2860-06

10.11999/JEIT170259

2017-03-29；

2017-09-21；

2017-11-01

通信作者：蘇衛(wèi)民 suweiminnust@163.com

國家自然科學(xué)基金(61471198)

The National Natural Science Foundation of China (61471198)