一种雷达回波信号的采样方法及重构方法技术

一种雷达回波信号的采样方法及重构方法，属于雷达信号处理技术领域，解决了因雷达信号带宽大而造成的现有奈奎斯特采样雷达采样速率过高和采样数据过多的问题。所述采样方法通过两路交错调制的雷达回波信号获取原雷达回波信号的一个傅里叶系数实部，并利用多通道获取原雷达回波信号在多个频带下的多个傅里叶系数实部，从而构成傅里叶系数实部集合；所述重构方法利用雷达回波信号的傅里叶系数实部以及雷达基脉冲的实部和虚部，通过时域网格化处理将雷达回波信号的重构问题转化为最小L0范数问题，并采用OMP算法求得幅值参数向量的稀疏解，进而估计出雷达回波信号的时延参数和幅值参数。本发明专利技术适用于对雷达回波信号进行采样和重构。

Sampling method and reconstruction method of radar echo signal

A radar echo signal sampling and reconstruction method, which belongs to the technical field of radar signal processing, solves the problem of Nyquist due to the large bandwidth of radar radar signal sampling rate is too high and the sampling data over sampling. The sampling method by two interleaved modulation of radar echo signal acquisition radar echo signal of a Fourier coefficient, and using multi-channel access to raw radar echo signals in multi band multiple Fourier coefficients of the real part, so as to constitute a real set of Fourier coefficients; the reconstruction method using radar echo signal the Fourier coefficients of the real part and radar pulse of the real and imaginary parts by time domain grid reconstruction problem of radar echo signal is converted to a minimum L0 norm, and uses OMP algorithm to calculate the amplitude parameter vector ease sparse, and then estimate the time delay parameter and amplitude parameters of radar echo signal. The invention is suitable for sampling and reconstructing radar echo signals.

【技术实现步骤摘要】
一种雷达回波信号的采样方法及重构方法
本专利技术涉及一种信号的采样方法及重构方法，属于雷达信号处理

技术介绍
雷达主要用于对待测目标进行检测、跟踪、识别、分类以及成像，在商业、气象、军事和民用等领域都有着广泛的应用，如气象雷达、机场调度雷达、警戒雷达和火控雷达等。对于雷达系统来说，采用宽带信号能够提高其抗干扰能力、分辨率和携带目标信息量，有利于待测目标的检测、参数的精确估计以及目标特征的提取。在通常情况下，雷达系统需要以奈奎斯特频率对雷达回波信号进行采样。然而，现有雷达系统的发射信号的带宽通常为百兆级，甚至更高。因此，当雷达系统采用奈奎斯特频率对雷达回波信号进行采样时会产生大量的采样数据，大量的采样数据会给后端的数字信号处理和存储带来巨大压力，不利于采样数据的实时处理，影响雷达回波信号的侦收，从而严重地制约了宽带雷达信号侦察技术的发展。有限新息率(FiniteRateofInnovation，FRI)采样理论是近年来提出的一种欠采样理论。该采样理论指出：对于可由有限数目的自由参数完全表示的参数化信号，只要选用合适的采样核函数进行滤波，并以大于或等于信号新息率的速率进行采样，就可以通过这些采样值估计出未知参数。FRI采样理论中采样速率仅与信号的新息率有关，对于参数化信号而言，新息率就是信号在单位时间内的自由参数数目，由于信号的新息率通常远低于其奈奎斯特频率，因而能够大大降低采样速率。根据雷达的原理，雷达回波信号是一种参数化信号，非常适合于FRI采样理论。
技术实现思路
本专利技术为解决因雷达信号带宽大而造成的现有奈奎斯特采样雷达采样速率过高和采样数据过多的问题，提出了一种雷达回波信号的采样方法以及基于该采样方法的雷达回波信号的重构方法。本专利技术所述的雷达回波信号的采样方法包括：步骤一、初始化：在单基地雷达检测静止点目标的场景下，建立单个脉冲重复周期内的雷达回波信号模型其中，L是点目标的个数，T是雷达的脉冲重复周期，h(t-tl)是雷达回波信号的波形函数，al是雷达回波信号的幅值参数，tl是雷达回波信号的时延参数；步骤二、交错调制：分别采用第一余弦信号p1(t)和第二余弦信号p2(t)对雷达回波信号x(t)进行调制，并得到第一调制信号y1(t)和第二调制信号y2(t)；p1(t)＝cos(ω1t)，p2(t)＝cos(ω2t)，y1(t)＝x(t)·p1(t)，y2(t)＝x(t)·p2(t)；分别对第一调制信号y1(t)和第二调制信号y2(t)进行连续时间里的傅里叶变换，得到第一调制信号y1(t)的混叠频谱Y1(ω)和第二调制信号y2(t)的混叠频谱Y2(ω)：其中，Δω＝ω2-ω1；根据傅里叶变换的共轭对称性有X*(ω)＝X(-ω)，将X*(ω)＝X(-ω)代入到公式(1)中，得到公式(2)：步骤三、计算傅里叶系数实部的初值：将ω＝0代入公式(2)中，得到公式(3)：其中，XR(ω1)是第一调制信号y1(t)的混叠频谱Y1(ω)的傅里叶系数实部，XR(ω1+Δω)是第二调制信号y2(t)的混叠频谱Y2(ω)的傅里叶系数实部；步骤四、建立傅里叶系数实部的递推公式：分别将ω＝mΔω和ω＝(m-1)Δω代入公式(3)中，得到傅里叶系数实部的递推公式：其中，m＝0,1,2…M；步骤五、获取傅里叶系数实部子集：根据公式(4)在第一调制信号y1(t)的混叠频谱Y1(ω)和第二调制信号y2(t)的混叠频谱Y2(ω)中获取2(M+1)个傅里叶系数实部，并构成傅里叶系数实部子集U：所述傅里叶系数实部为采样样本。本专利技术所述的雷达回波信号的重构方法基于上述雷达回波信号的采样方法来实现，所述雷达回波信号的重构方法包括：步骤A、根据步骤五所述的傅里叶系数实部子集U，构建雷达基脉冲的傅里叶系数实部的估计模型：将雷达基脉冲的傅里叶系数H(2π/Tk)的实部和虚部分别定义为ck和dk，基脉冲的傅里叶系数实部为：步骤B、对基脉冲的傅里叶系数实部进行时域局部离散化处理：将时间轴上的区间[0,T)N等分，量化单位Δ＝T/N，任意时间变量t≈nΔ，n＝0,1,…,N-1，雷达回波信号x(t)的时延参数tl≈nlΔ，公式(6)近似为：将公式(7)转换为矩阵形式：Γ＝Ψs(8)其中Γ为K×1的向量，由XR(2π/Tk)构成，Ψ为K×N的矩阵，由构成，s∈RN×1为L-稀疏的幅值参数向量；步骤C、求幅值参数向量的解：根据公式(8)，将幅值参数向量s的求解转换为求解一个最小L0范数下的优化问题：采用OMP算法对公式(9)进行求解，通过保持在每次迭代最后的正交操作来寻求Γ和Ψ的列之间的最大相关，从而找到幅值参数向量s的非零项nl(l＝0,1,…,L-1)；步骤D、重构雷达回波信号的时延参数和幅值参数：估计的时延参数估计的幅值参数本专利技术所述的雷达回波信号的采样方法通过两路交错调制的雷达回波信号获取原雷达回波信号的一个傅里叶系数实部，并利用多通道获取原雷达回波信号在多个频带下的多个傅里叶系数实部，从而构成傅里叶系数实部集合。本专利技术所述的雷达回波信号的重构方法利用雷达回波信号的傅里叶系数实部以及雷达基脉冲的实部和虚部，通过时域网格化处理将雷达回波信号的重构问题转化为最小L0范数问题，并采用OMP算法求得幅值参数向量的稀疏解，进而估计出雷达回波信号的时延参数和幅值参数。本专利技术所述的雷达回波信号的采样方法基于有限新息率采样理论对雷达回波信号的傅里叶系数实部进行采样，并构成傅里叶系数实部子集，其采样速率远低于奈奎斯特频率，采样数据也相应地减少，减轻了雷达系统后端的数字信号处理和存储的压力，提高了采样数据处理的实时性。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术所述的雷达回波信号的采样方法及重构方法进行更详细的描述，其中：图1为无噪声环境4通道采样框架下6个目标脉冲的重构图。图2为噪声环境下的2通道采样框架和4通道采样框架的重构效果对比图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术所述的雷达回波信号的采样方法及重构方法进一步说明。实施例一：本实施例所述的雷达回波信号的采样方法包括：步骤一、初始化：在单基地雷达检测静止点目标的场景下，建立单个脉冲重复周期内的雷达回波信号模型其中，L是点目标的个数，T是雷达的脉冲重复周期，h(t-tl)是雷达回波信号的波形函数，al是雷达回波信号的幅值参数，tl是雷达回波信号的时延参数；步骤二、交错调制：分别采用第一余弦信号p1(t)和第二余弦信号p2(t)对雷达回波信号x(t)进行调制，并得到第一调制信号y1(t)和第二调制信号y2(t)；p1(t)＝cos(ω1t)，p2(t)＝cos(ω2t)，y1(t)＝x(t)·p1(t)，y2(t)＝x(t)·p2(t)；分别对第一调制信号y1(t)和第二调制信号y2(t)进行连续时间里的傅里叶变换，得到第一调制信号y1(t)的混叠频谱Y1(ω)和第二调制信号y2(t)的混叠频谱Y2(ω)：其中，Δω＝ω2-ω1；根据傅里叶变换的共轭对称性有X*(ω)＝X(-ω)，将X*(ω)＝X(-ω)代入到公式(1)中，得到公式(2)：步骤三、计算傅里叶系数实部的初值：将ω＝0代入公式(2)中，得到公式(3)：其中，XR(ω1)是第一调制信号y1(t)的混叠频谱Y1(ω)的傅里叶系数实部，XR(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雷达回波信号的采样方法，其特征在于，所述采样方法包括：步骤一、初始化：在单基地雷达检测静止点目标的场景下，建立单个脉冲重复周期内的雷达回波信号模型

【技术特征摘要】
1.一种雷达回波信号的采样方法，其特征在于，所述采样方法包括：步骤一、初始化：在单基地雷达检测静止点目标的场景下，建立单个脉冲重复周期内的雷达回波信号模型其中，L是点目标的个数，T是雷达的脉冲重复周期，h(t-tl)是雷达回波信号的波形函数，al是雷达回波信号的幅值参数，tl是雷达回波信号的时延参数；步骤二、交错调制：分别采用第一余弦信号p1(t)和第二余弦信号p2(t)对雷达回波信号x(t)进行调制，并得到第一调制信号y1(t)和第二调制信号y2(t)；p1(t)＝cos(ω1t)，p2(t)＝cos(ω2t)，y1(t)＝x(t)·p1(t)，y2(t)＝x(t)·p2(t)；分别对第一调制信号y1(t)和第二调制信号y2(t)进行连续时间里的傅里叶变换，得到第一调制信号y1(t)的混叠频谱Y1(ω)和第二调制信号y2(t)的混叠频谱Y2(ω)：其中，Δω＝ω2-ω1；根据傅里叶变换的共轭对称性有X*(ω)＝X(-ω)，将X*(ω)＝X(-ω)代入到公式(1)中，得到公式(2)：步骤三、计算傅里叶系数实部的初值：将ω＝0代入公式(2)中，得到公式(3)：其中，XR(ω1)是第一调制信号y1(t)的混叠频谱Y1(ω)的傅里叶系数实部，XR(ω1+Δω)是第二调制信号y2(t)的混叠频谱Y2(ω)的傅里叶系数实部；步骤四、建立傅里叶系数实部的递推公式：分别将ω＝mΔω和ω＝(m-1)Δω代入公式(3)中，得到傅里叶系数实部的递推公式：

【专利技术属性】
技术研发人员：付宁，黄国兴，乔立岩，范传智，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23