基于雙線性變換的超寬帶線性調(diào)頻信號采樣方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雙線性變換的超寬帶線性調(diào)頻信號采樣方法，主要解決針對寬帶信號現(xiàn)有技術(shù)的前端模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣率高的問題。其實現(xiàn)步驟是：(1)產(chǎn)生本振信號；(2)檢波；(3)合成參考信號；(4)進行解線性調(diào)頻變換；(5)低速采樣；(6)插值；(7)合成共軛參考信號；(8)進行線性調(diào)頻變換。本發(fā)明通過解線性調(diào)頻變換和線性調(diào)頻變換，將原始寬帶信號重構(gòu)的問題轉(zhuǎn)化成利用參考信號和共軛參考信號恢復原始寬帶信號的問題，實現(xiàn)了在低采樣率條件下對模擬超寬帶線性調(diào)頻信號進行采樣。
【專利說明】基于雙線性變換的超寬帶線性調(diào)頻信號采樣方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，更進一步涉及雷達【技術(shù)領(lǐng)域】中的一種用雙線性變換進行超寬帶線性調(diào)頻信號的采樣方法。本發(fā)明可用于對采用超寬帶線性調(diào)頻信號的成像雷達的信號提取，將寬帶信號解線性調(diào)頻轉(zhuǎn)換為窄帶信號后進行正交采樣，數(shù)字域插值后再進行線性調(diào)頻恢復出原寬帶信號，對此寬帶信號進行頻移或者時延后從而對該成像雷達實施欺騙干擾。

【背景技術(shù)】
[0002]成像雷達能夠?qū)δ繕诉M行高分辨的成像，獲取更多的目標信息，對目標進行分類和識別，因而被廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代雷達中。
[0003]干擾一般可以分為壓制干擾和欺騙干擾，目前針對成像雷達的壓制干擾一般有相干噪聲干擾和無源干擾，欺騙干擾則主要是數(shù)字圖像合成技術(shù)，此方法可以使成像雷達合成出虛假的目標像。因為成像雷達對目標成像的距離分辨率取決于發(fā)射信號的帶寬B，為了得到較高的距離分辨力，成像雷達常采用線性調(diào)頻信號，其帶寬通常達到幾百到上千兆赫茲，根據(jù)帶通采樣定理(單路采樣不低于兩倍信號帶寬，正交采樣率不低于一倍信號帶寬)，在對此信號進行數(shù)字處理時需要很高的采樣率，受限于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能，目前的寬帶信號采樣率在1G-2G赫茲，且成本高昂。
[0004]目前，對寬帶信號的采樣方法主要有兩大類，一類是基于信道化的多通道采樣方法，它是將寬帶信號分到多個子信道上分別進行分析，由模擬信道化和數(shù)字信道化組成?’另一類是基于壓縮感知的采樣恢復方法，由隨機采樣，匹配，恢復等步驟組成。
[0005]陳旗等人在論文“基于OMP的非合作寬帶脈沖壓縮雷達信號的壓縮感知研究”(《信號處理》2012，pp:900-906)中公開了一種基于壓縮感知對非合作寬帶雷達信號的采樣方法。該方法分析了貪婪算法、凸松弛類算法、組合類算法在不同信噪比下的性能，得到了正交匹配追蹤算法運行速度快且重構(gòu)精度高的結(jié)論，能夠?qū)崿F(xiàn)對非合作寬帶雷達信號的欠采樣處理。但是，該方法存在的不足是，為了覆蓋信號的參數(shù)范圍，匹配所需要的字典元素個數(shù)非常巨大，匹配計算的運算量隨之上升，當字典中沒有完全匹配的元素時，重構(gòu)信號與原信號的相關(guān)性較差。
[0006]del Mundo, C.等人在論文 “Accelerating fast Fourier Transformfor wideband channelizat1n，，( ((2013 IEEE Internat1nal Conference onCommunicat1ns))2013, pp: 4776-4780)中公開了一種基于快速傅里葉變換的數(shù)字信道化采樣方法。該方法直接用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對射頻信號進行低速采樣，將不同頻率的信號劃分到不同的子信道進行檢測，再用快速傅立葉變換對各個子信道進行分析。雖然，該方法降低了每個子信道上的數(shù)據(jù)處理量，但是該方法存在的不足是，信號處理需要在模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣后進行，并沒有解決前端模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣率高的問題。
[0007]寧波大學提出的專利申請“一種基于壓縮感知的脈沖超寬帶信號檢測方法”(申請?zhí)?CN 201310020850 ;申請公布號:CN 103117819A)公開了一種基于壓縮感知的脈沖超寬帶信號檢測方法。該方法是在信號檢測端利用壓縮感知理論中的隨機采樣對接收到的信號向量進行采樣，大大降低了檢測所需的采樣速率。同時根據(jù)脈沖超寬帶信號發(fā)射機的具體參數(shù)設(shè)置匹配的停止條件，有效地降低了匹配的計算成本。此外利用加權(quán)最小二乘估計方法不斷減小前一次迭代后殘差值較大位置對應(yīng)的異常樣本的影響，提高了低信噪比的檢測成功概率。但是，該方法存在的不足是，對于非合作的寬帶信號偵察，由于無法獲取寬帶信號發(fā)射機的參數(shù)，不能降低檢測方法的計算成本。如果通過其他偵察手段獲取發(fā)射機參數(shù)，重構(gòu)的停止條件也只降低了匹配的次數(shù)，也沒有采用任何降低字典元素個數(shù)的方法，不能解決單次匹配計算量大的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的不足，根據(jù)超寬帶線性調(diào)頻信號的時頻特點，提出一種基于雙線性變換的超寬帶線性調(diào)頻信號的采樣方法。
[0009]實現(xiàn)本發(fā)明的目的的思路是，產(chǎn)生下變頻所需要的本振信號，并將當前接收的模擬超寬帶線性調(diào)頻信號依次進行下變頻，帶通濾波和中頻放大。然后將中頻放大后的信號通過分路器分成兩路，一路進行檢波；另一路送入混頻器，和合成的參考信號進行混頻。再用低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器將混頻后的信號采樣，再進行插值。最后將插值后的信號和合成的共軛參考信號進行線性調(diào)頻變換得到數(shù)字的超寬帶線性調(diào)頻信號。
[0010]本發(fā)明的具體實施步驟如下:
[0011](I)產(chǎn)生本振信號:
[0012](Ia)設(shè)置模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率，載頻，初始頻率和脈沖寬度；
[0013](Ib)將設(shè)置的模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的載頻傳入超外差接收機的本振，產(chǎn)生下變頻所需要的本振信號；
[0014](2)檢波:
[0015](2a)將超外差接收機當前接收的模擬超寬帶線性調(diào)頻信號和本振信號傳入超外差接收機的混頻器進行下變頻，得到下變頻信號；
[0016](2b)將下變頻信號通過帶通濾波器進行帶通濾波，得到中頻信號；
[0017](2c)將中頻信號經(jīng)過中頻放大器，得到放大的中頻信號；
[0018](2d)將放大的中頻信號用分路器分為兩路，一路送入檢波器進行檢波，另一路送入混頻器；
[0019](2e)當檢波器檢測到放大的中頻信號時，輸出到達時間控制信號；
[0020](3)合成參考信號:
[0021](3a)對模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率取反，得到模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率負值；
[0022](3b)將模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率負值、載頻和初始頻率傳入直接數(shù)字頻率合成器，合成參考信號；
[0023](4)進行解線性調(diào)頻變換:
[0024](4a)當?shù)竭_時間控制信號為高電平時，將傳入混頻器的中頻信號和參考信號進行解線性調(diào)頻變換，得到解線性調(diào)頻變換后的信號；
[0025](4b)將解線性調(diào)頻變換后的信號通過低通濾波器進行低通濾波，得到窄帶信號；
[0026](5)低速采樣:
[0027](5a)將采樣率的最小值設(shè)置為窄帶信號的帶寬值；
[0028](5b)在高于采樣率最小值且低于兩倍采樣率最小值的范圍內(nèi)，設(shè)置低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率；
[0029](5c)利用低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器對窄帶信號進行正交采樣，得到數(shù)字信號；
[0030](6)插值:
[0031]利用辛克插值法，對數(shù)字信號進行插值，得到插值后的信號；
[0032](7)合成共軛參考信號:
[0033]將模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率、載頻和初始頻率傳入直接數(shù)字頻率合成器，合成共軛參考信號；
[0034](8)進行線性調(diào)頻變換:
[0035]將插值后的信號和共軛參考信號進行線性調(diào)頻變換，得到數(shù)字的超寬帶線性調(diào)頻信號。
[0036]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0037]第一，本發(fā)明通過解線性調(diào)頻變換和線性調(diào)頻變換，將原始寬帶信號重構(gòu)的問題轉(zhuǎn)化成利用參考信號和共軛參考信號恢復原始寬帶信號的問題，克服了現(xiàn)有技術(shù)采用正交匹配導致的處理速度慢，且存在相關(guān)性較差的可能性的問題，使得本發(fā)明具有處理速度快，實時性較好的優(yōu)點。
[0038]第二，本發(fā)明通過解線性調(diào)頻變換，將采樣率高的寬帶信號變成采樣率低的窄帶信號，克服了現(xiàn)有技術(shù)的前端模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣率高的問題，使得本發(fā)明實現(xiàn)了在低采樣率條件下對模擬超寬帶線性調(diào)頻信號進行采樣。
[0039]第三，本發(fā)明采用直接數(shù)字頻率合成器，僅需超寬帶信號的調(diào)頻斜率，載頻，初始頻率和脈沖寬度，無需超寬帶信號發(fā)射機的先驗信息，克服了現(xiàn)有技術(shù)無法獲取非合作寬帶信號發(fā)射機的參數(shù)的問題，使得本發(fā)明具有可操作性強，復雜性低的特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0040]圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0041]圖2為本發(fā)明在不同誤差下解線性調(diào)頻后信號的仿真圖；
[0042]圖3為本發(fā)明在僅有調(diào)頻斜率誤差下恢復的超寬帶線性調(diào)頻信號的結(jié)果圖。

【具體實施方式】
:
[0043]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述。
[0044]參照圖1，本發(fā)明的具體實施步驟如下:
[0045]步驟I，產(chǎn)生本振信號。
[0046]通過測量設(shè)備獲取模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的參數(shù)。參數(shù)包括調(diào)頻斜率，載頻，初始頻率和脈沖寬度，根據(jù)上述參數(shù)對模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率，載頻，初始頻率和脈沖寬度進行設(shè)置。
[0047]將設(shè)置的模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的載頻傳入超外差接收機的本振，超外差接收機的本振根據(jù)傳入的模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的載頻設(shè)置電壓，控制震蕩電路產(chǎn)生下變頻所需要的本振信號。
[0048]步驟2，檢波。
[0049]將超外差接收機當前接收的模擬超寬帶線性調(diào)頻信號和本振信號傳入超外差接收機的混頻器，進行下變頻，得到下變頻信號。將下變頻信號通過帶通濾波器進行帶通濾波，得到中頻信號。帶通濾波器的通帶帶寬不小于下變頻信號的帶寬，并且?guī)V波器的通帶范圍要包含下變頻信號的頻帶范圍。
[0050]將中頻信號經(jīng)過中頻放大器進行中頻放大，得到放大的中頻信號。將放大的中頻信號用分路器分為兩路，一路送入檢波器進行檢波，另一路送入混頻器進行解線性調(diào)頻變換。
[0051]將放大的中頻信號送入檢波器是為了產(chǎn)生到達時間控制信號，用來控制后面混頻器工作，當?shù)竭_時間控制信號為高電平，混頻器開始工作。
[0052]當檢波器檢測到放大的中頻信號時，輸出到達時間控制信號，到達時間控制信號傳入混頻器。
[0053]步驟3，合成參考信號。
[0054]對模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率取反，得到模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率負值，將模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率負值、載頻和初始頻率傳入直接數(shù)字頻率合成器，合成參考信號。
[0055]忽略幅度時，模擬超寬帶線性調(diào)頻信號經(jīng)處理得到的中頻信號的表達式如下:

【權(quán)利要求】
1.一種基于雙線性變換的超寬帶線性調(diào)頻信號采樣方法，包括如下步驟: (1)產(chǎn)生本振信號: (Ia)設(shè)置模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率，載頻，初始頻率和脈沖寬度； (Ib)將設(shè)置的模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的載頻傳入超外差接收機的本振，產(chǎn)生下變頻所需要的本振信號； (2)檢波: (2a)將超外差接收機當前接收的模擬超寬帶線性調(diào)頻信號和本振信號傳入超外差接收機的混頻器進行下變頻，得到下變頻信號； (2b)將下變頻信號通過帶通濾波器進行帶通濾波，得到中頻信號； (2c)將中頻信號經(jīng)過中頻放大器，得到放大的中頻信號； (2d)將放大的中頻信號用分路器分為兩路，一路送入檢波器進行檢波，另一路送入混頻器； (2e)當檢波器檢測到放大的中頻信號時，輸出到達時間控制信號； (3)合成參考信號: (3a)對模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率取反，得到模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率負值； (3b)將模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率負值、載頻和初始頻率傳入直接數(shù)字頻率合成器，合成參考信號； (4)進行解線性調(diào)頻變換: (4a)當?shù)竭_時間控制信號為高電平時，將傳入混頻器的中頻信號和參考信號進行解線性調(diào)頻變換，得到解線性調(diào)頻變換后的信號； (4b)將解線性調(diào)頻變換后的信號通過低通濾波器進行低通濾波，得到窄帶信號； (5)低速采樣: (5a)將采樣率的最小值設(shè)置為窄帶信號的帶寬值； (5b)在高于采樣率最小值且低于兩倍采樣率最小值的范圍內(nèi)，設(shè)置低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率； (5c)利用低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器對窄帶信號進行正交采樣，得到數(shù)字信號； (6)插值: 利用辛克插值法，對數(shù)字信號進行插值，得到插值后的信號； (7)合成共軛參考信號: 將模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率，載頻和初始頻率傳入直接數(shù)字頻率合成器，合成共軛參考信號； (8)進行線性調(diào)頻變換: 將插值后的信號和共軛參考信號進行線性調(diào)頻變換，得到數(shù)字的超寬帶線性調(diào)頻信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙線性變換的超寬帶線性調(diào)頻信號采樣方法，其特征在于:步驟(5a)所述窄帶信號的帶寬是按照下式計算得到:
B = I Y0At| + | Af Ι + Δ Y τ 其中，B表示窄帶信號的帶寬，Y C1表示模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率，At表示模擬超寬帶線性調(diào)頻信號到達時間的估計誤差，At的取值范圍為[20，50]納秒，Af表示模擬超寬帶線性調(diào)頻信號載頻的估計誤差，Af的取值范圍為(O，10]兆赫茲，△ Y表示模擬超寬帶線性調(diào)頻信號調(diào)頻斜率的估計誤差，Δ y的取值范圍為(0，5 X 111)赫茲每秒，τ表示模擬超寬帶線性調(diào)頻信號的脈沖寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙線性變換的超寬帶線性調(diào)頻信號采樣方法，其特征在于:步驟(6)所述辛克插值法的公式如下:
x(t) =X X, (-l)n[(-1)、11 Ιαη(π—) + οο1(π—)] IN tl.1NIN 其中，x(t)表示插值后的信號，π表示圓周率，N表示數(shù)字信號序列的長度，t表示插值時間，t的最大取值為數(shù)字信號序列的長度與模擬超寬帶線性調(diào)頻信號載頻的比值，L表示插值的初始位置，L的取值為大于等于O的整數(shù)，M表示插值的結(jié)束位置，M的取值為大于等于O的整數(shù)，L和M滿足L+M = N的條件，Xn表示數(shù)字信號序列中的第η個值，η表示當前插值位置，η的取值范圍是[L，Μ]。
【文檔編號】G01S7/38GK104199003SQ201410453013
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】董春曦, 黃龍, 程亞嬌, 趙國慶, 饒鮮, 沈志博, 張偉, 郜憲錦 申請人:西安電子科技大學