一种线性调频连续波雷达高度表的数字化处理方法

摘要

本发明公开了一种线性调频连续波雷达高度表的数字化处理方法，属于无线电高度表领域，包括步骤一：从雷达高度表的前端正交混频器得到差拍信号，进行A/D采样得到数字信号序列；步骤二：对数字信号序列进行傅里叶变换并计算谱线的幅度；步骤三：根据幅度谱谱线幅度进行判决并测量数字信号序列的差拍频率；步骤四：进行频谱细化，计算出锯齿波斜率修正量，对锯齿波电压信号的斜率进行修正；步骤五：根据锯齿波电压信号斜率计算当前高度表的高度值。本发明采用的FFT-CZT方法对噪声不敏感，在较低的信噪比下仍可以较好的工作，只是测量精度会有所下降；且本发明对目标的特性没有限制，因此既可以用于点目标也可用于面目标的测量分析。

主权项

1.一种线性调频连续波雷达高度表的数字化处理方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤一：从雷达高度表的前端正交混频器得到差拍信号，差拍频率额定值为f_P，对差拍信号进行A/D采样，得到数字信号序列x(n)；步骤二：对数字信号序列进行快速傅里叶变换并计算各条谱线的幅度；根据离散傅里叶变换式得到数字信号序列的傅里叶变换，变换关系式如下$\left\{\begin{array}{c}X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}x\left(n\right)W_N^{\mathrm{kn}},k=\mathrm{0,1,2},...,N-1\\ x\left(n\right)=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}X\left(k\right)W_N^{-\mathrm{kn}},n=\mathrm{0,1,2},...,N-1\end{array}\right.---\left(1\right)$其中：x(n)为数字信号序列，该序列长度为N，X(k)为数字信号序列x(n)的傅里叶变换的复数表达形式，W_N为傅里叶变换因子，n和k分别表示数字信号序列x(n)和x(n)序列的傅里叶变换序列X(k)中各点的位置，得到数字信号序列x(n)的傅里叶变换序列X(k)之后，通过对傅里叶变换序列X(k)取模得到幅度谱，并计算幅度谱中各条谱线的幅度，同时设置幅度门限值；步骤三：根据幅度谱谱线幅度进行判决并测量数字信号序列x(n)的差拍频率，若差拍频率在[f_P-Δf_P,f_P+Δf_P]范围内，记录所有超过幅度门限值的谱线在傅里叶变换序列X(k)中的位置，进入步骤四；否则调整锯齿波发生器产生的锯齿波电压信号的斜率，具体为：当幅度谱中超过幅度门限值的谱线对应的频率小于f_P-Δf_P，则增大锯齿波的斜率，当幅度谱中超过幅度门限值的谱线对应的频率大于f_P+Δf_P，则减小锯齿波的斜率，返回步骤一重新搜索，直至在幅度谱中超过幅度门限值的谱线差拍频率在此额定搜索范围内能够搜索到至少一条谱线为止；步骤四：通过Chirp-Z变换对处于[f_P-Δf_P,f_P+Δf_P]范围内的谱线频带进行频谱细化，计算出锯齿波斜率修正量，对当前锯齿波发生器产生的锯齿波电压信号的斜率进行修正，使差拍频率稳定至差拍频率额定值f_P；差拍频率在额定搜索范围[f_P-Δf_P,f_P+Δf_P]内，通过Chirp-Z变换对此频带作频谱细化分析，得到差拍频率的精确值；Chirp-Z变换关系式为：$X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}x\left(n\right){z_k}^{-n}---\left(2\right)$z_k＝AW^-k,0≤k≤M-1（3）其中：x(n)为数字信号序列，序列长度为N，X(k)为数字信号序列x(n)的Z变换的复数表达形式，M为所分析的频带内的频率采样点数，A为Chirp-Z变换的起点，W为X(k)各点间的比率，z_k为Chirp-Z变换的采样点，k表示X(k)序列各点的位置，n表示数字信号序列x(n)中各点的位置，A和W用极坐标形式表示为：其中A₀为取样起始点的矢量半径；W₀为控制取样轮廓线向内还是向外弯曲的参数；Chirp-Z变换的变换路径为单位圆上的一段圆弧，θ₀为起始点的相角；为相邻样点的角频率差，与差拍频率有以下关系：其中f₁为细化分析频带的起始频率，f₂为终止频率，f₁＝f_P-Δf_P，f₂＝f_P+Δf_P，由(5)式，在此细化频带内，频率分辨率为得到X(k)后找到其幅度谱中幅度最大的谱线，谱线对应的k值，得到差拍频率的精确值为Δf，将Δf与差拍频率的额定值f_P进行比较，若差拍频率的精确值Δf等于f_P，或差拍频率的精确值Δf与额定值f_P的差的绝对值小于频率分辨率，记录此时锯齿波电压信号的斜率；若差拍频率的精确值Δf不等于f_P，同时差拍频率的精确值Δf与额定值f_P的差的绝对值大于等于频率分辨率，则计算出锯齿波电压信号斜率的修正量为调整锯齿波发生器产生的锯齿波电压信号的斜率，重新进行步骤四校正，直至满足要求，记录锯齿波电压信号斜率γ₀；步骤五：根据锯齿波电压信号斜率计算当前高度表的高度值：利用步骤四得到的锯齿波电压信号γ₀，通过下式计算出高度表的高度值h₀：$h_0=\frac{f_p}{{\gamma }_0}·\frac{c}{2}---\left(6\right)$其中，c为电波传播速度。