使用多普勒聚焦的亚奈奎斯特雷达处理制造技术

一种方法包括接收信号，该信号包括来自一个或更多目标(24)的多个脉冲的反射。基于接收的信号求值多普勒聚焦函数，在多普勒聚焦函数中，来自每个目标的多个脉冲的反射同相累加以产生与目标的各自延迟和各自多普勒频率相关的各自峰值。目标的各自延迟和多普勒频率基于多普勒聚焦函数估计。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用多普勒聚焦的亚奈奎斯特雷达处理相关申请的交叉引用本申请要求于2012年11月5日提交的美国临时专利申请61/722453的权益，通过引用将其公开内容纳入本文。
本专利技术一般涉及信号处理和模数转换，并且更具体地，涉及脉冲信号的亚奈奎斯特(sub-Nyquist)采样和处理的系统和方法。
技术介绍
在本领域中已知各种亚奈奎斯特信号处理的方法和系统。例如，美国专利8457579(其公开内容通过引用纳入本文)描述一种信号处理方法，该方法包括将模拟输入信号分配到多个处理信道。在每个处理信道中，输入信号和包括多个频谱线的各自周期波形混频，以产生各自基带信号，其中输入信号的多个频谱切片相互重叠。每个处理信道内产生的基带信号被数字化，以产生代表输入信号的一组数字采样序列。美国专利8032085(其公开内容通过引用纳入本文)描述一种信号处理方法，该方法包括采样模拟信号以产生数字化信号，该模拟信号具有定义一个或更多频带的频谱密度。数字化信号的频谱变换表示成矩阵乘以矢量，其中，该矢量包括多个元素，其将模拟信号频谱密度表示为各自频谱切片内的频率的函数。确定矢量的元素的子集的索引，其中频谱密度集中于索引内。使用矢量元素的子集和具有索引的矩阵的列的相应子集，根据数字化信号，重构模拟信号。美国专利申请公开2011/0225218(其公开内容通过引用纳入本文)描述一种包括接受包括脉冲序列的模拟输入信号的方法。使用滤波器滤波模拟输入信号以产生滤波器输出，该滤波器的时域响应被限制到有限时间段，其频域响应在频率偏移△ω的整数倍的有限集合处非零，在△ω的所有其他整数倍处为零。采样滤波器输出以产生数字样本。序列内的脉冲的各自振幅和时间位置基于数字样本计算。美国专利申请公开2013/0038479(其公开内容通过引用纳入本文)描述一种包括接受包括给定脉冲波形的脉冲序列的模拟输入信号的方法。模拟输入信号分配到并行运行的多个处理信道。通过在多个处理信道的每个中执行下列操作来采样模拟输入信号：将模拟输入信号和不同的各自调制波形混频以生成混频信号；滤波混频信号；以及数字化滤波后的混频信号以生成各自的数字化信道数出。美国专利申请公开2013/0187682(其公开内容通过引用纳入本文)描述一种包括接受模拟信号的信号处理方法，其中，该信号包括限制到有限时间间隔的脉冲序列。模拟信号以低于模拟信号的奈奎斯特速率的采样速率被采样，且以采样时间进行采样，该采样时间与脉冲的各自脉冲波形无关并且与时间间隔内的脉冲的各自时间位置无关。
技术实现思路
本文描述的本专利技术的实施例提供一种包括接收信号的方法，在所述多普勒(Doppler)聚焦函数中，所述信号包括来自一个或更多目标的多个脉冲的反射。基于接收的信号求值多普勒聚焦函数，其中来自每个目标的多个脉冲的反射同相累加以产生与目标的各自延迟和各自多普勒频率相关的各自峰值。目标的各自延迟和多普勒频率基于多普勒聚焦函数被估计。在一些实施例中，接收信号包括以低于脉冲的奈奎斯特速率的采样速率采样信号，并且求值多普勒聚焦函数包括以低于奈奎斯特速率的处理速率处理采样的信号。在一个公开的实施例中，估计延迟和多普勒频率包括定义多个多普勒频率频带，并且针对频带的至少子集内的每个频带，估计一个或更多目标的延迟，其中该目标的多普勒频率落入所述频带内。在一个实施例中，估计延迟和多普勒频率包括识别多普勒聚焦函数峰值以及根据识别的峰值推导延迟和多普勒频率。在另一个实施例中，接收信号包括采样信号，并且估计延迟和多普勒频率包括识别多普勒聚焦函数中的给定峰值，根据给定峰值推导目标的延迟和多普勒频率，调节采样的信号以移除目标的基值(contribution)，基于调节后的采样的信号重新求值多普勒聚焦函数，以及搜索重新求值的多普勒聚焦函数内的下一个峰值。在另一个实施例中，求值多普勒聚焦函数包括在多普勒频率的均匀网格上计算傅里叶变换系数矩阵。在另一个实施例中，求值多普勒聚焦函数包括使用窗函数给多普勒聚焦函数加窗。根据本专利技术的一个实施例，附加地提供一种装置，其包括采样单元和数字处理电路。采样单元被配置为采样接收的信号，该信号包括来自一个或更多目标的多个脉冲的反射。数字处理电路被配置为基于采样的信号求值多普勒聚焦函数，在所述多普勒聚焦函数中，来自每个目标的多个脉冲的反射同相累加以产生与目标的各自延迟和各自多普勒频率相关的各自峰值，以及基于多普勒聚焦函数估计目标的各自延迟和各自多普勒频率。根据本专利技术的一个实施例，进一步提供一种包括接收器和处理器的装置。接收器被配置为接收包括来自一个或更多目标的多个脉冲的反射的信号。处理器被配置为基于接收的信号求值多普勒聚焦函数，在所述多普勒聚焦函数中，来自每个目标的多个脉冲的反射同相累加以产生与目标的各自延迟和各自多普勒频率相关的各自峰值，并基于多普勒聚焦函数估计目标的各自延迟和各自多普勒频率。根据下列本专利技术的具体实施方式并结合附图时，将更完整地理解本专利技术，其中：附图说明图1的方框图示意性示出根据本专利技术的一个实施例的亚奈奎斯特雷达系统。图2的流程图示意性示出根据本专利技术的一个实施例的亚奈奎斯特雷达处理的方法。具体实施方式综述本文描述的本专利技术的实施例提供用于处理雷达信号的改进方法和系统。在所公开的实施例中，雷达系统发射包括一系列脉冲的信号并接收包括来自一个或更多目标的脉冲的反射的反射信号。随后，系统采样并处理接收的信号，以重构与每个目标相关的振幅、延迟和多普勒频率。在一些实施例中，所有采样和重构以亚奈奎斯特速率执行，即低于通常由两倍最高信号频率给出的脉冲的奈奎斯特速率。在一些实施例中，系统使用接收的信号的样本求值多普勒聚焦函数。多普勒聚焦函数是二维函数，在该函数中，来自每个目标的脉冲的反射同相累加以产生指示目标的多普勒频率和延迟的峰值。多普勒聚焦函数可以在时域或在频域中求值。随后，系统根据最大多普勒聚焦函数推导每个目标的振幅、延迟和多普勒频率。直接执行该目标参数的推导或每次针对一个目标以迭代方式重复该过程。使用多普勒聚焦函数提供对噪声和杂波的高抗干扰性以及好的多普勒分辨率。由于整个采样和参数重构过程以低的亚奈奎斯特速率执行，因此能够显著降低雷达系统的费用、尺寸和功率消耗。系统描述图1的方框图示意性示出根据本专利技术的一个实施例的亚奈奎斯特雷达系统20。系统20检测并估计一个或更多目标24的参数。在本示例中，目标包括飞行器，并且估计的参数包括每个目标的雷达截面(RCS)、范围和径向速度。然而，替代地，系统20可以在任何其他合适应用中检测任何其他适合类型的目标。在图1的实施例中，系统20包括天线28，其用于朝向目标发射脉冲射频(RF)信号和用于接收来自目标的脉冲信号的反射。收发器(发射器-接收器)32生成用于传输的脉冲信号，并接收以及下变频接收的反射。处理器36采样(数字化)下变频后的接收信号，并处理产生的数字信号以估计目标参数。采样和随后的信号处理都以亚奈奎斯特速率执行，即以比雷达信号的带宽相当低的速率执行。在本示例中，处理器36包括亚奈奎斯特采样单元40、多普勒聚焦单元44和参数重构单元48。单元44和单元48在本文中有时被统称为数字处理电路，其执行本文所述的数字信号处理功能。处理器36的各种单元的功能在下文详细解释。图1的系统配置是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：接收信号，所述信号包括来自一个或更多目标的多个脉冲的反射；基于所接收的信号，求值多普勒聚焦函数，在所述多普勒聚焦函数中，来自每个目标的所述多个脉冲的所述反射同相累加以产生与所述目标的各自延迟和各自多普勒频率相关的各自峰值；以及基于所述多普勒聚焦函数，估计所述目标的各自延迟和多普勒频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.05 US 61/722,4531.一种用于信号处理的方法，其包括：接收信号，所述信号包括来自一个或更多目标的多个脉冲的反射；基于所接收的信号，求值多普勒聚焦函数，在所述多普勒聚焦函数中，来自每个目标的所述多个脉冲的所述反射同相累加以产生与所述目标的各自延迟和各自多普勒频率相关的各自峰值；以及基于所述多普勒聚焦函数，估计所述目标的各自延迟和多普勒频率。2.根据权利要求1所述的方法，其中，接收所述信号包括以低于所述脉冲的奈奎斯特速率的采样速率采样所述信号，并且其中求值所述多普勒聚焦函数包括以低于所述奈奎斯特速率的处理速率处理所采样的信号。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，估计所述延迟和所述多普勒频率包括定义多个多普勒频率频带，并且针对所述频带的至少子集内的每个频带，估计一个或更多个所述目标的所述延迟，其中该目标的多普勒频率落入所述频带内。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，估计所述延迟和所述多普勒频率包括识别所述多普勒聚焦函数的峰值，并且根据所识别的峰值推导所述延迟和所述多普勒频率。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，接收所述信号包括采样所述信号，并且其中，估计所述延迟和所述多普勒频率包括：识别所述多普勒聚焦函数中的给定峰值，根据所述给定峰值推导目标的延迟和多普勒频率，调节所采样的信号以移除所述目标的基值，基于调节后的所采样的信号重新求值所述多普勒聚焦函数以及搜索重新求值的多普勒聚焦函数内的下一个峰值。6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，求值所述多普勒聚焦函数包括在所述多普勒频率的均匀网格上计算傅里叶变换系数矩阵。7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，求值所述多普勒聚焦函数包括使用窗函数给所述多普勒聚焦函数加窗。8.一种用于信号处理的装置，包括：采样单元，其被配置为采样所接收的信号，所述信号包括来自一个或更多目标的多个脉冲的反射；数字处理电路，其被配置为基于所采样的信号求值多普勒聚焦函数，在所述多普勒聚焦函数中，来自每个目标的所述多个脉冲的所述反射同相累加以产生与所述目标的各自延迟和各自多普勒频率相关的各自峰值，以及基于所述多普勒聚焦函数估计所述目标的各自延迟和多普勒频率。9.根据权利要求8所述的装置，其中所述采样单元被配置为以低于所述脉冲的奈奎斯特速率的采样速率采样所述信号，并且其中所述数字处理电路被配置为以低于所述奈奎斯特速率的处理速率处理所采样的信号。10.根据权利要求8或9所述的装置，其中所述数字处理电路被配置为定义多个多普...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·埃尔达尔，O·巴尔伊兰，
申请(专利权)人：泰克年研究发展基金会公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL