应答机高精度频谱估计的快速递近方法与流程

本发明属于雷达测距，尤其涉及一种快速递近方法，可用于应答机在测量距离时的高精度频谱估计。

背景技术：

1、雷达和应答机构成询问应答式二次雷达系统，应答机装在飞机，雷达位于地面。雷达向应答机周期性发射脉冲询问信号，应答机接收询问信号，对其进行判断和处理，向雷达回复脉冲应答信号，同时，应答机兼具测高功能，可探测飞机与地面的距离，采用线性调频连续波fmcw信号，其信号波形为锯齿波，调频带宽为b，锯齿波信号周期为t，应答机产生线性调频连续波发射，该发射信号经目标反射产生一定时间延迟后的回波信号被应答机接收，应答机将该回波信号与发射信号的复制品进行混频，采用快速傅里叶变换即fft进行频谱分析，提取出频率信息即差拍频率信号fb，再根据光速c、锯齿波信号周期t、差频fb、调频带宽b这四者与目标距离r的关系，按公式计算得到目标距离，测距误差当带宽b限定时，例如b＝250mhz，则fft的距离分辨率为导致测距误差过大，原因是检测到的fft频谱最高值不一定是频谱的实际峰值，若不作处理直接使用fft结果的频谱最高值，不能满足应答机高精度测距的要求，故需要采用高精度频谱估计找到离散频点的峰值位置，以提高应答机测距精度。

2、齐国清、贾欣乐所提出基于dft相位的正弦波频率和初相的高精度估计方法[j].电子学报，2001，29(9)：1165—1167.是先把接收的数据分为两个长度相等的部分，分别对其进行dft求出粗估，再利用dft相位差包含的估计频率的信息得到细估，获得频谱估计结果。该方法由于计算复杂、运算量大、处理速度慢，且检测相位需要较高的信噪比，因而工程实现难度较大；

3、侯庆文，陈先中，王小攀等.提出改进的fmcw信号加权补偿校正相位差法[j]，仪器仪表学报，2010，31(4)：721—726.其先采用宽歩阶粗估，后采用窄歩阶细化，逐步找到频谱实际峰值。该方法由于其实质是通过增加fft的处理点数进行频谱估计，故会导致运算量增加较多、处理速度慢。

4、陈亚培，李明，左磊，提出利用插值法提高pd雷达测距测速精度[j].雷达科学与技术，2011，9(5)：447—452.其对回波信号中有目标信息的区域频谱进行细化，在固定的采样间隔之间仅作一次插值处理，以降低目标回波区域内的采样间隔进行频谱估计。该方法虽说实现简单、插值点数少，但精度提高有限。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种应答机高精度频谱估计的快速递近方法，以快速找到频谱的实际峰值位置，提高频谱估计的速度和精度。

2、实现本发明目的的技术思路是：通过在快速傅里叶变换频谱中,得到最高值对应的频点位置和幅度与次高值对应的初始频点位置和幅度；根据次高值幅值与最高值幅值的比例关系设置递近歩阶，采取递近方式使得次高值的位置逐步逼近最高值的位置。当次高值的幅值递增到不小于最高值的幅值时，使次高值的幅值快速达到了最高值。计算得到两个最高值中心的位置，即为频谱的实际峰值位置。

3、根据上述思路，本发明的实现步骤包括如下：

4、(1)应答机产生线性调频连续波发射，并接收该发射信号经目标反射产生时间延迟后的回波信号，再将将该回波信号与发射信号的复制品进行混频；

5、(2)对混频后的信号采用快速傅里叶变换进行频谱分析，得到最高值对应的频点位置和幅度与次高值对应的初始频点位置和幅度；

6、(3)根据次高值幅值与最高值幅值的比例关系设置递近歩阶a，采取递近方式使次高值的位置和幅值逐步逼近最高值的位置及其对应的幅值；

7、(4)在次高值的终值快速达到最高值时，计算次高值终值位置与最高值位置的中心位置l，即为频谱的实际峰值位置。

8、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

9、1)本发明根据次高值与最高值的幅值比例关系，通过设置递近歩阶和递近方式，可快速得到频谱的实际峰值，避免了复杂的运算，提高了频谱估计的效果。

10、2)本发明由于没有采取复杂运算，且不增加fft处理点数，因而易于工程实现。

技术特征：

1.一种应答机高精度频谱估计的快速递近方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中对混频后的信号采用快速傅里叶变换进行频谱分析，是对混频信号先依次进行滤波、相干检波和采样；再采用一组窄带滤波器进行fft变化形成频谱信号；最后在频谱中得到最高值对应的频点位置m和幅度x(m)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中的初始次高值的确定，是先找到最高值的左边频点位置m-1和右边频点位置m+1，然后比较两者对应的幅度，取较大的作为初始次高值x(n0)，其中n0为初始次高值位置。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中根据次高值幅值与最高值幅值的比例关系设置的递近歩阶a，表示如下:

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中采取递近方式使次高值的位置和幅值逐步逼近最高值的位置及其对应的幅值，是根据次高值与最高值的位置关系逼近：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中计算次高值终值位置与最高值位置的中心位置l，公式如下：

技术总结本发明公开一种应答机高精度频谱估计的快速递近方法，主要解决现有技术在高精度频谱估计时处理速度慢、运算量大的问题。其实现方案是：将应答机接收到的回波信号与发射信号的复制品进行混频；对混频信号采用快速傅里叶变换进行频谱分析，得到最高值对应的频点位置与幅度和次高值对应的初始频点位置与幅度；根据次高值幅值与最高值幅值的比例关系设置递近歩阶；依据递近歩阶设置递近方式，使次高值的位置和幅值逐步逼近最高值的位置及其对应的幅值；在次高值的终值快速达到最高值时，计算次高值终值位置与最高值位置的中心位置，即为频谱的实际峰值位置。本发明能快速找到FFT频谱的实际峰值，运算量小，频谱估计效果好，可用于应答机的高精度测距。技术研发人员：陈华,薛卫东,岳亮辉,冯伟,侯光梁,杨小梅,高艳辉受保护的技术使用者：陕西长岭电子科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1