CN115685094A - 无人飞行器mimo雷达杂波抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法，涉及雷达信号处理技术领域。所述杂波抑制方法如下：通过MIMO雷达信号接收和电脑预处理的办法：其具体操作步骤如下：第一步：MIMO雷达工作，无人飞行器运行；第二步：使用多种滤波器滤除固定性回波而取出运动性回波：第三步：电脑预处理，根据第一步通过MIMO雷达所测的无人飞行器位置，以该位置为中心构建一个参考移动区域。本发明通过MIMO雷达信号接收和电脑预处理的办法，可实现对无人飞行器构建参考移动区域，MIMO雷达可根据雷达检测出回波的位置，任何回波的位置处于移动范围区域之外的均被滤除，从而实现提前对杂波进行滤除，能够保证无人飞行器在移动过程中精确定位。

Description

无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，具体为无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法。

背景技术

无人飞行器有着成本低、机动灵活性好等特性，利用MIMO雷达系统对无人飞行器的运动进行解析，实现定性分析和定量动态目标的分析。

在通过MIMO雷达系统对无人飞行器的运动进行定位时，会有杂波的产生，杂波使得MIMO雷达系统对目标回波的检测变得困难，增加了MIMO雷达系统对无人飞行器进行定位的难度，为此发明了一种无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法，所述杂波抑制方法如下：通过MIMO雷达信号接收和电脑预处理的办法：

其具体操作步骤如下：

第一步：MIMO雷达工作，无人飞行器运行；

第二步：使用多种滤波器滤除固定性回波而取出运动性回波：

第三步：电脑预处理，根据第一步通过MIMO雷达所测的无人飞行器位置，以该位置为中心构建一个参考移动区域，通过调整各个信号接收器的角度，使得参考移动范围的区域处于MIMO雷达的主瓣范围内；

第四步：电脑辅助滤除，将回波显示距离超出参考移动范围值区域的回波进行滤除，将回波显示距离从参考移动范围值区域外进入到参考移动范围值区域内的回波进行滤除。

更进一步地，所述无人飞行器的参考移动区域是以无人飞行器的最快飞行速度，无人飞行器的移动信号、雷达信号的传播速度为参考，同时需要根据天气情况，对无人飞行器的参考移动区域进行限制。

更进一步地，所述第一步中MIMO雷达工作，多个信号发射器发出不同的正交信号，由接收器接收回波，所述MIMO雷达采用分布式MIMO雷达形式，每个所述MIMO雷达之间存在一段距离。

更进一步地，所述构建一个参考移动区域需要无人飞行器开始飞行时明确无人飞行器的位置信号，且在无人飞行器开始飞行时便开始构建，所述第一步和第二步同时进行。

更进一步地，所述固定性回波表示形成该回波的物体和雷达之间的距离和位置固定，所述运动性回波表示形成该回波的物体和雷达之间的距离和方位产生变化，所述MIMO雷达的位置不变。

更进一步地，所述参考移动区域位于MIMO雷达主瓣的探测区域，所述MIMO雷达为可调整角度式。

更进一步地，所述参考移动区域为当前无人飞行器在理论和实际上均不可超出的范围。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法，通过MIMO雷达信号接收和电脑预处理的办法，可实现对无人飞行器构建参考移动区域，MIMO雷达可根据雷达检测出回波的位置，任何回波的位置处于移动范围区域之外的均被滤除，从而实现提前对杂波进行滤除，能够保证无人飞行器在移动过程中精确定位。

无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法，通过对参考移动区域外的杂波直接提前滤除，在无人飞行器刚飞行时，无其他杂波，可实现无人飞行器的精确定位，并以此构建参考移动区域，将参考移动区域外的回波滤除，避免了杂波对MIMO雷达的干扰。

附图说明

图1为本发明的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。

应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。

如图1所示，本发明提供一种技术方案：无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法，杂波抑制方法如下：通过MIMO雷达信号接收和电脑预处理的办法：

其具体操作步骤如下：

第一步：MIMO雷达工作，无人飞行器运行；

第二步：使用多种滤波器滤除固定性回波而取出运动性回波：

第三步：电脑预处理，根据第一步通过MIMO雷达所测的无人飞行器位置，以该位置为中心构建一个参考移动区域，通过调整各个信号接收器的角度，使得参考移动范围的区域处于MIMO雷达的主瓣范围内；

第四步：电脑辅助滤除，将回波显示距离超出参考移动范围值区域的回波进行滤除，将回波显示距离从参考移动范围值区域外进入到参考移动范围值区域内的回波进行滤除。

更进一步地，更进一步地，无人飞行器的参考移动区域是以无人飞行器的最快飞行速度，无人飞行器的移动信号、雷达信号的传播速度为参考，同时需要根据天气情况，对无人飞行器的参考移动区域进行限制。

更进一步地，更进一步地，第一步中MIMO雷达工作，多个信号发射器发出不同的正交信号，由接收器接收回波，更进一步地，MIMO雷达采用分布式MIMO雷达形式，每个更进一步地，MIMO雷达之间存在一段距离。

更进一步地，更进一步地，构建一个参考移动区域需要无人飞行器开始飞行时明确无人飞行器的位置信号，且在无人飞行器开始飞行时便开始构建，更进一步地，第一步和第二步同时进行。

更进一步地，更进一步地，固定性回波表示形成该回波的物体和雷达之间的距离和位置固定，更进一步地，运动性回波表示形成该回波的物体和雷达之间的距离和方位产生变化，更进一步地，MIMO雷达的位置不变。

更进一步地，更进一步地，参考移动区域位于MIMO雷达主瓣的探测区域，更进一步地，MIMO雷达为可调整角度式。

更进一步地，更进一步地，参考移动区域为当前无人飞行器在理论和实际上均不可超出的范围。

杂波表示自然环境中客观存在的不需要的回波，通常杂波的功率比目标回波强得多，“扰乱了”雷达工作，使得对目标回波的检测困难，杂波包括来自地面及地面建筑物体、海洋、天气(特别是雨)、鸟群，以及昆虫等的回波，杂波和运动目标回波在雷达显示器上同时显示时，由于杂波功率太强而难以观测到目标，如果目标处在杂波背景内，弱的目标淹没在强杂波中，发现目标十分困难，即使目标不在杂波背景内，要在成片的杂波中很快地分辨出运动目标也是很难的。

采用MIMO雷达系统，完成动目标的检测和持续跟踪，为后期对兴趣目标的目标定位、运动属性分析等提供准确的动态数据，通过雷达来明确无人飞行器的当前位置，雷达是利用电磁波来工作的，雷达向空中发射电磁波，电磁波若遇到障碍物(如无人飞行器)将被反射回来、接收到反射回来的电磁波，就可以判断其大致的形状，根据发射和接收电磁波的时间差，就可以由计算机马上算出飞机所在方位，MIMO雷达为多输入多输出雷达，MIMO雷达作为一种新型的雷达体制，成为目前雷达研究应用的热点，根据雷达阵元的分布方式，MIMO雷达可分为集中式MIMO雷达和分布式MIMO雷达：集中式MIMO雷达的收发天线各单元相距较近，各个天线单元对目标的视角近似相同，但是每个阵元可以发射不同的信号波形，从而获得波形分集，通过不同波形的特征来集中分析目标特性；分布式MIMO雷达中收发天线各单元分布式布局，带来对目标的多角度探测视野，提高雷达对目标的探测性能，本发明采用的是分布式MIMO雷达。

该无人飞行器在工作时，便始终处于运动状态，当雷达进行检测时，会有运动性回波和固定回波，在此需要选择运动性回波，通过多种滤波器滤除固定性回波而取出运动性回波，区分固定性回波和运动性回波的基础是它们在速度上的差别，其机理是利用固定性回波和运动性回波相对雷达运动速度不同而引起的多普勒差异，通过多种滤波器来抑制掉固定性回波，常用方法是动目标显示和动目标检测，MIMO雷达在动目标显示和动目标检测过程中可以使用多种滤波器滤除固定杂波而取出运动目标的回波，从而大大改善了在杂波背景下检测运动目标的能力，并且提高了雷达的抗干扰能力。

MIMO雷达允许在每个天线单元上同时发射不同的波形，天线方向图不是指向唯一的方向上，它由每个单独发射机发射空时编码组成，一旦接收器捕获到这些波形，就可以通过一组匹配滤波器(MF)提取出编码信息，每个MF都适合于特定的波形，所提取的每个分量包含一个传输路径的信息，将收集到的信息一起处理，就可恢复整个发射方向角的信号。

MIMO雷达使用多个正交信号检测目标，接收端的每个阵列单元接收所有发射信号通过对匹配滤波器组进行排序，可以获得多个回波，从而引入的观测通道远远超过实际物理元素的数量与传统的单/多基地或相控阵雷达相比，它大大提高了雷达的整体性能，空间共存MIMO雷达可以通过多个观测通道实时获取目标不同幅度、时延或相位信息的回波这种并行多通道信息采集能力是MIMO雷达的根本优势。

从雷达所发射电磁波的能量分布上来说，主瓣上的能量占到了90％，旁瓣上的能量只有仅仅10％左右，所以主瓣才是真正用来探测的电磁波，主瓣照射目标物体而反射回来返回波，其成像清晰，对目标物体的反馈较为完整。相较而言，旁瓣返回波的成像较为暗淡，而且可能会导致目标物体信息的缺失，主瓣的返回波成像时旁瓣的返回波同样也在成像，因为不仅主瓣向目标物体发射，旁瓣同样也有可能照射到目标，因此旁瓣的成像图会重叠在主瓣上，会产生各种的虚图，对整个成像的准确性有较大影响，因此需要避免旁瓣照射到无人飞行器，同时也要避免旁瓣能够照射到无人飞行器的参考移动区域，因此在无人飞行器移动过程中，雷达需要根据实际需求旋转角度，避免旁瓣能够照射到无人飞行器。

由于各个MIMO雷达的位置不同，但其主瓣的部分所能够形成一个相交区域，该相交区域必须包括无人飞行器参考移动区域，处于该主瓣内的杂波，可能在其他的MIMO雷达的主瓣内无此杂波，则计算机则将该杂波滤除，通过计算机以参考移动区域为限制判断，若回波位置不在参考移动范围值内部，则滤除该杂波。

理论上，在无杂波的影响下，单个雷达便可检测出无人飞行器的位置，MIMO雷达使用多个正交信号可得到多个回波，单个信号接收器可以接收到多个回波，而信号发射器只能发射一种正交信号，采用分布式MIMO雷达，每个雷达的信号接收器对同个物品回波的接收时间不同，能够明确物品在空间上的具体位置，同时其空间位置不在参考移动区域的，通过计算机滤除。

由于外界环境的影响，同时无人飞行器的移动方向会影响到雷达检测的速度，因此需要使得无人飞行器的参考移动范围值区域包裹无人飞行器最大移动区域。

该办法需要在无人飞行器刚飞行时，或未飞行时，就开始以无人飞行器为中心构建参考移动区域，由于信号发射器发出的信号为连续性，因此在实际使用时，参考移动范围值区域其区域较小，因此对其他的杂波的滤除性更高，在使用MIMO雷达时，对于直接从移动范围值区域的边缘处出现的回波，可滤除，通过MIMO雷达信号接收和电脑预处理的办法，可实现对无人飞行器构建参考移动区域，MIMO雷达可根据雷达检测出回波的位置，任何回波的位置处于移动范围区域之外的均被滤除，从而实现提前对杂波进行滤除，能够保证无人飞行器在移动过程中精确定位。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法，其特征在于：所述杂波抑制方法如下：通过MIMO雷达信号接收和电脑预处理的办法：

其具体操作步骤如下：

第一步：MIMO雷达工作，无人飞行器运行；

第二步：使用多种滤波器滤除固定性回波而取出运动性回波：

第三步：电脑预处理，根据第一步通过MIMO雷达所测的无人飞行器位置，以该位置为中心构建一个参考移动区域，通过调整各个信号接收器的角度，使得参考移动范围的区域处于MIMO雷达的主瓣范围内；

第四步：电脑辅助滤除，将回波显示距离超出参考移动范围值区域的回波进行滤除，将回波显示距离从参考移动范围值区域外进入到参考移动范围值区域内的回波进行滤除。

2.根据权利要求1所述的无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法，其特征在于：所述无人飞行器的参考移动区域是以无人飞行器的最快飞行速度，无人飞行器的移动信号、雷达信号的传播速度为参考，同时需要根据天气情况，对无人飞行器的参考移动区域进行限制。

3.根据权利要求1所述的无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法，其特征在于：所述第一步中MIMO雷达工作，多个信号发射器发出不同的正交信号，由接收器接收回波，所述MIMO雷达采用分布式MIMO雷达形式，每个所述MIMO雷达之间存在一段距离。

4.根据权利要求1所述的无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法，其特征在于：所述构建一个参考移动区域需要无人飞行器开始飞行时明确无人飞行器的位置信号，且在无人飞行器开始飞行时便开始构建，所述第一步和第二步同时进行。

5.根据权利要求1所述的无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法，其特征在于：所述固定性回波表示形成该回波的物体和雷达之间的距离和位置固定，所述运动性回波表示形成该回波的物体和雷达之间的距离和方位产生变化，所述MIMO雷达的位置不变。

6.根据权利要求1所述的无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法，其特征在于：所述参考移动区域位于MIMO雷达主瓣的探测区域，所述MIMO雷达为可调整角度式。

7.根据权利要求1所述的无人飞行器MIMO雷达杂波抑制方法，其特征在于：所述参考移动区域为当前无人飞行器在理论和实际上均不可超出的范围。

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