一种混合域压缩采样控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种混合域压缩采样控制系统，包括低速采样模块、FIR滤波模块以及数据选取模块，本发明专利技术还公开了此种混合域压缩采样控制系统的控制方法，低速采样模块用于对雷达回波信号进行采样，得到回波采样矢量；FIR滤波模块与数据选取模块用于对低速采样模块得到的回波采样矢量进行压缩调制，得到压缩观测信号；该系统通过模拟信号一级低速采样与数字信号二级压缩的级联，实现压缩感知雷达的高效数据压缩，能够降低压缩感知雷达硬件设计复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种混合域压缩采样控制系统及其控制方法
本专利技术涉及一种压缩采样控制系统，属于通信领域，特别是一种对雷达信号的混合域压缩采样控制系统和方法。
技术介绍
压缩感知雷达在分辨率与信号处理效率上较传统雷达具有明显的优势。压缩感知雷达的设计难点即在于信号压缩采样方法，早期的压缩感知理论应用中，数据的压缩主要由数字端的随机压缩观测矩阵来实现，并没有在真正意义上实现信号采样端对奈奎斯特采样理论的突破。随着压缩感知理论研究的不断深入，涌现出了一批针对真正降低模拟端A/D采样率的信号压缩采样新方法，如利用伪随机序列对信号进行调制的随机调制采样方法，基于随机非均匀采样的随机模拟-数字转换系统等。而针对压缩感知雷达设计，由于压缩感知理论应用于雷达系统有着与其他应用领域不同的特点，如回波信号与已知发射信号的结构相似性、目标参数仅依赖于稀疏向量内元素的索引值等，因此，需要针对压缩感知雷达系统的回波信号提供一种压缩采样控制系统，以实现在最大程度上提高压缩感知雷达的数据存储、传输与处理的效率。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术解决了如何提高压缩感知雷达的数据存储、传输与处理的效率的技术问题。技术方案：为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种混合域压缩采样控制系统，包括用于对雷达回波信号进行采样，能够得到回波采样矢量的低速采样模块、与数据选取模块用于对低速采样模块得到的回波采样矢量进行压缩调制并能够得到压缩观测信号的FIR滤波模块以及数据选取模块。进一步地，FIR滤波器的截止频率与压缩感知雷达发射信号基带信号的带宽保持一致。进一步地，数据选取模块选取的最低数据量为NCS，稀疏字典的原子维度为P，感知矩阵相关系数μ服从关系同时，感知矩阵相关系数μ与稀疏度K之间满足关系压缩采样系统最低采样数据量由上述两个关系式确定。进一步地，系统还包括用于提供数字窗函数以对滤波器的输出结果进行截取的窗函数模块；FIR滤波模块中采用的压缩调制具体为对回波采样矢量与FIR滤波器系数的卷积结果按照数字窗函数的范围进行选取。一种混合域压缩采样控制系统的混合域压缩采样控制方法，包括以下步骤：步骤A，对雷达回波信号进行低速采样，得到采样矢量信号；步骤B，对步骤A中得到的回波采样矢量进行压缩调制，得到压缩观测信号。进一步地，步骤B中压缩调制方法具体为：对回波采样矢量与压缩调制所采用的FIR滤波器的系数进行卷积计算，并将卷积结果按照数字窗函数的范围进行选取。进一步地，按照数字窗函数的范围选取最低数据量NCS，设稀疏字典的原子维度为P，感知矩阵相关系数μ服从关系同时，感知矩阵相关系数μ与稀疏度K之间满足关系由上述两个关系式则可以确定压缩采样系统最低采样数据量。进一步地，步骤B中压缩调制采用压缩观测白噪声随机滤波器，其中，白噪声随机滤波器系数h(n)的阶数由压缩采样的数据量NCS与原数据长度NL共同决定，具体的关系为Mh＝NL-NCS；所述白噪声随机滤波器系数值的确定过程如下：(1)以理想白噪声功率幅度谱S(k)为频域目标谱，将h(n)的求解归纳为最小化问题其中F为FFT矩阵；(2)初始化频域目标谱的相位值使得频域目标谱为其中T表示转置；(3)计算滤波器系数的最小方差估计并归一化得到(4)计算白噪声随机滤波器估计值的归一化频谱并由此计算得到对应的相位(5)计算收敛系数若其与迭代终止阈值ε之间满足Δ≤ε，则终止循环迭代，输出当前白噪声随机滤波器系数h(n)；反之，则将计算得到的相位值代入第(2)步继续循环执行后续步骤。有益效果：本专利技术与现有技术相比：该系统通过模拟信号一级低速采样与数字信号二级压缩的级联，实现压缩感知雷达的高效数据压缩，能够降低压缩感知雷达硬件设计复杂度。同时提供了一种针对该混合域压缩采样系统的白噪声随机滤波器设计方法，进一步降低了压缩感知雷达感知矩阵的相关性，从而提高压缩感知雷达在少量测量数据支撑下的目标参数估计性能。附图说明图1是随机驱动序列仿真生成电路图；图2是随机驱动序列的波形图；图3是随机跳频信号的波形图；图4是随机跳频信号模糊函数图；图5是回波信号混合域压缩采样控制系统框图。具体实施方式本专利技术提供一种针对压缩感知雷达的模拟域-数字域级联的混合压缩采样系统，该系统通过模拟信号一级低速采样与数字信号二级压缩的级联，实现压缩感知雷达的高效数据压缩。同时提供了一种针对该混合域压缩采样系统的白噪声随机滤波器设计方法，进一步降低了压缩感知雷达感知矩阵的相关性，从而提高压缩感知雷达在少量测量数据支撑下的目标参数估计性能。一种混合域压缩采样控制系统，包括用于对雷达回波信号进行采样，能够得到回波采样矢量的低速采样模块、与数据选取模块用于对低速采样模块得到的回波采样矢量进行压缩调制并能够得到压缩观测信号的FIR滤波模块以及数据选取模块。还包括用于提供数字窗函数以对滤波器的输出结果进行截取的窗函数模块；FIR滤波模块中采用的压缩调制具体为对回波采样矢量与FIR滤波器系数的卷积结果按照数字窗函数的范围进行选取。FIR滤波器的截止频率与压缩感知雷达发射信号基带信号的带宽保持一致。数据选取模块选取的最低数据量为NCS，稀疏字典的原子维度为P，感知矩阵相关系数μ服从关系同时，感知矩阵相关系数μ与稀疏度K之间满足关系压缩采样系统最低采样数据量由上述两个关系式确定。一种混合域压缩采样控制系统的混合域压缩采样控制方法，包括以下步骤：步骤A，对雷达回波信号进行低速采样，得到采样矢量信号；步骤B，对步骤A中得到的回波采样矢量进行压缩调制，得到压缩观测信号。步骤B中压缩调制方法具体为：对回波采样矢量与压缩调制所采用的FIR滤波器的系数进行卷积计算，并将卷积结果按照数字窗函数的范围进行选取。按照数字窗函数的范围选取最低数据量NCS，设稀疏字典的原子维度为P，感知矩阵相关系数μ服从关系同时，感知矩阵相关系数μ与稀疏度K之间满足关系由上述两个关系式则可以确定压缩采样系统最低采样数据量。步骤B中压缩调制采用压缩观测白噪声随机滤波器，其中，白噪声随机滤波器系数h(n)的阶数由压缩采样的数据量NCS与原数据长度NL共同决定，具体的关系为Mh＝NL-NCS；所述白噪声随机滤波器系数值的确定过程如下：(1)以理想白噪声功率幅度谱S(k)为频域目标谱，将h(n)的求解归纳为最小化问题其中F为FFT矩阵；(2)初始化频域目标谱的相位值使得频域目标谱为其中T表示转置；(3)计算滤波器系数的最小方差估计并归一化得到(4)计算白噪声随机滤波器估计值的归一化频谱并由此计算得到对应的相位(5)计算收敛系数若其与迭代终止阈值ε之间满足Δ≤ε，则终止循环迭代，输出当前白噪声随机滤波器系数h(n)；反之，则将计算得到的相位值代入第(2)步继续循环执行后续步骤。具体推导过程如下：本专利技术系统总体上包括三部分：旨在降低压缩感知雷达稀疏基相关性的随机跳频发射信号生成模块、压缩感知雷达回波信号混合域压缩采样控制系统以及针对该混合域压缩采样系统的白噪声随机滤波器生成模块。随机跳频发射信号生成模块产生形式为的发射信号，其中基于Simulink的随机驱动序列仿真生成电路图如图1所示。通过以上的仿真电路可以得到基于PN码的随机驱动序列，对得到的随机驱动序列进行幅值调整，将原来的0、1二值跳变转化为-1、1二值跳变。若PN码生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合域压缩采样控制系统，其特征在于，包括用于对雷达回波信号进行采样，能够得到回波采样矢量的低速采样模块、与数据选取模块用于对低速采样模块得到的回波采样矢量进行压缩调制并能够得到压缩观测信号的FIR滤波模块以及数据选取模块。

【技术特征摘要】
1.一种混合域压缩采样控制系统，其特征在于，包括用于对雷达回波信号进行采样，能够得到回波采样矢量的低速采样模块、与数据选取模块用于对低速采样模块得到的回波采样矢量进行压缩调制并能够得到压缩观测信号的FIR滤波模块以及数据选取模块。2.根据权利要求1所述的混合域压缩采样控制系统，其特征在于，FIR滤波器的截止频率与压缩感知雷达发射信号基带信号的带宽保持一致。3.根据权利要求1所述的混合域压缩采样控制系统，其特征在于，数据选取模块选取的最低数据量为NCS，稀疏字典的原子维度为P，感知矩阵相关系数μ服从关系同时，感知矩阵相关系数μ与稀疏度K之间满足关系压缩采样系统最低采样数据量由上述两个关系式确定。4.根据权利要求1所述的混合域压缩采样控制系统，其特征在于，系统还包括用于提供数字窗函数以对滤波器的输出结果进行截取的窗函数模块；FIR滤波模块中采用的压缩调制具体为对回波采样矢量与FIR滤波器系数的卷积结果按照数字窗函数的范围进行选取。5.一种采用如权利要求1所述的混合域压缩采样控制系统的混合域压缩采样控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，对雷达回波信号进行低速采样，得到采样矢量信号；步骤B，对步骤A中得到的回波采样矢量进行压缩调制，得到压缩观测信号。6.根据权利要求5所述的混合域压缩采样控制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶宇，殷文杰，刘玉申，张静亚，徐健，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32