專利名稱：一種chirp實(shí)信號(hào)的快速傅里葉變換多帶合成和分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)探測(cè)和通信領(lǐng)域，具體涉及一種chirp實(shí)信號(hào)的快速傅里葉變換多帶合成和分離方法。
背景技術(shù)：
Chirp信號(hào)除了作為雷達(dá)信號(hào)之外，也是一種有效的通信信號(hào)。由于具有高抗干擾性能、恒定的幅度和壓縮脈沖特性，同時(shí)具備雷達(dá)探測(cè)和通信能力，受到廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)Chirp信號(hào)的產(chǎn)生采用模擬電路掃頻的方法，采用鎖相環(huán)或者聲表面波(SAW)器件，檢測(cè)相關(guān)采用SAW匹配濾波器，但信號(hào)和濾波形式固定，器件訂制成本高。當(dāng)前先進(jìn)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)有利于精確信號(hào)的產(chǎn)生和提高接收信號(hào)的檢測(cè)性能，因此數(shù)字Chirp信號(hào)產(chǎn)生和檢測(cè)是發(fā)展趨勢(shì)。Chirp信號(hào)采用多帶形式有利于降低頻率選擇性衰落信道對(duì)信號(hào)檢測(cè)的影響，降低解調(diào)的復(fù)雜度，受頻偏影響比OFDM小得多，同時(shí)有利于采用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)提高信號(hào)的產(chǎn)生和檢測(cè)效率，提高探測(cè)和通信性能。如果將各子帶信號(hào)用數(shù)字采樣然后求和的方式合成多帶信號(hào)，要求各子頻帶采樣率都達(dá)到總帶寬的兩倍采樣率以上，采樣、計(jì)算和存儲(chǔ)負(fù)荷大，這樣合成的多帶信號(hào)是實(shí)信號(hào)，也就是功率譜是完全對(duì)稱的，調(diào)制到載波上可以只取單邊部分，不影響解調(diào)。對(duì)于多帶數(shù)字信號(hào)，已有采用傅里葉變換(FFT)進(jìn)行多帶合成和分離的應(yīng)用，子頻帶采樣率只需在子頻帶寬的兩倍以上，存儲(chǔ)量少，F(xiàn)FT或IFFT運(yùn)算負(fù)荷低，例如正交頻分復(fù)用(OFDM)信號(hào)的產(chǎn)生和檢測(cè)，但由FFT算法產(chǎn)生的信號(hào)是復(fù)信號(hào)，也就是包含正交和同相分量的數(shù)字波形信號(hào)，這種信號(hào)的功率譜是非對(duì)稱譜，經(jīng)過載波調(diào)制后占用兩倍基帶帶寬，并不適合對(duì)帶寬和檢測(cè)具有特定要求的場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種chirp實(shí)信號(hào)的快速傅里葉變換多帶合成和分離方法，通過將N路基帶Chirp數(shù)字信號(hào)進(jìn)行特定的N點(diǎn)IFFT運(yùn)算，合成輸出為N點(diǎn)相同速率的多帶信號(hào)，具有完全對(duì)稱的實(shí)信號(hào)基帶功率譜，從而降低射頻帶寬，接收機(jī)通過常規(guī)FFT分離子帶，輸出N路數(shù)字基帶信號(hào)，并將輸出與發(fā)射機(jī)子頻帶信號(hào)相對(duì)應(yīng)。本發(fā)明采用IFFT/FFT變換實(shí)現(xiàn)了 Chirp實(shí)信號(hào)的多帶合成和分離，各子頻帶數(shù)字信號(hào)采樣率只需達(dá)到子頻帶寬Nyquist采樣率(2倍采樣率)以上，比較常規(guī)方法降低了采樣率和存儲(chǔ)空間，利用成熟的快速傅里葉變換運(yùn)算單元，降低了運(yùn)算復(fù)雜度和計(jì)算負(fù)荷。本方案獲得了平整的多帶Chirp功率譜、帶外泄漏小，實(shí)信號(hào)適合單邊譜發(fā)送，節(jié)約帶寬資源，可采用FFT直接分離多帶信號(hào)至基帶，復(fù)雜度和運(yùn)算量低，還原信息混疊干擾小。下面是該方案的具體敘述針對(duì)Chirp實(shí)信號(hào) 的多帶合成問題，提出一種采用快速傅里葉變換方法實(shí)現(xiàn)多基帶數(shù)字信號(hào)合成為一路寬帶實(shí)信號(hào)的算法，在接收端對(duì)此合成信號(hào)采用反變換分解還原為原多路基帶數(shù)字信號(hào)。
算法的實(shí)現(xiàn)利用了離散傅里葉變換的共軛對(duì)稱性質(zhì)，序列Ix (η)}的N點(diǎn)離散傅里葉反變換為{X(k)}，則有IDFT [X*(N-k) ]N = χ* (η)IDFT [X (k) +X*(N-k) ]Ν = 2Re [χ (η)] DFT [2Re (χ (η))] = DFT [χ (η) +χ* (η)] =X (k) +X* (N-k)將第k路子頻帶Chirp信號(hào)采用IQ兩路信號(hào)正交調(diào)制相同的信息符號(hào)ak(i)，復(fù)數(shù)形式為Xk(t) =,其中k = O, I,…N-1 ； Φ (t)表示相位，頻率斜升Chirp信
號(hào)，貝丨J Φ (t) = Ti ut2 (u > O);頻率斜降 Chirp 信號(hào)，貝丨J Φ (t) = 2 π Bt-π ut2 (u > O)。因?yàn)镮Q兩路信號(hào)調(diào)制相同的信息符號(hào)a(i)，所以Xk(t)信號(hào)功率譜近似為單邊譜，而其共軛信號(hào)A7⑴的功率譜則近似為以零頻率對(duì)稱的單邊譜。tools] 將這N路信號(hào)合并為兩矢量信號(hào)χωα) =
(ti) = [X0 (ti)，XN_! (ti)，XN_2 (ti)…，X1 (ti) ]H，其中符號(hào)表示取共軛，“T” 表示轉(zhuǎn)置，“H”表示共軛轉(zhuǎn)置AkUi)是第k路Chirp子頻帶Xk(t)的基帶數(shù)字采樣信號(hào)，k = 0，l，…N-1。將此兩矢量相加后加載到IFFT運(yùn)算單元中，完成傅里葉反變換，即IFFT[X(k)(tj +X*frk) (tj ] = 2Re [xn(h)]，輸出為 N 點(diǎn)實(shí)信號(hào)矢量 2Re [xn(t,)]，其中 XnUi)是 Xk (t,)的 IFFT 結(jié)果，k = 0,1, -N-10將此N點(diǎn)實(shí)信號(hào)經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、單邊帶濾波、射頻調(diào)制和放大后發(fā)送到發(fā)射端發(fā)射。接收機(jī)經(jīng)過射頻前端放大、混頻和數(shù)字采樣(模數(shù)轉(zhuǎn)換)后獲得矢量信號(hào)2Re[xn(ti)]。將其加載到FFT運(yùn)算單元，進(jìn)行傅里葉變換，可得輸出基帶速率的N點(diǎn)矢量X(k)(tj +X*(N-k) (tj，矢量中N點(diǎn)元素則對(duì)應(yīng)N路子頻帶的數(shù)字基帶輸出。通過Chirp復(fù)匹配濾波提取子帶目標(biāo)信號(hào)。本方案獲得了平整的多帶Chirp功率譜、帶外泄漏小，實(shí)信號(hào)適合單邊譜發(fā)送，節(jié)約帶寬資源，可采用FFT直接分離多帶信號(hào)至基帶，復(fù)雜度和運(yùn)算量低，還原信息混疊干擾小。


圖1是一種Chirp實(shí)信號(hào)的快速傅里葉變換多帶合成和分離方法實(shí)施結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。在圖1中僅考慮了和本發(fā)明相關(guān)的數(shù)字基帶部分內(nèi)容。圖中信源用N路信息符號(hào)a0(i), B1(I),…，aN_i(i)表示，調(diào)制模塊Atl Aim采用正交雙路(IQ)同符號(hào)復(fù)Chirp調(diào)制，目的是獲得單邊譜信號(hào)，防止發(fā)生X0^^) 和礦(^)(\)信號(hào)混疊，在接收端方便提取。調(diào)制模塊輸出數(shù)字信號(hào)合并為兩路N點(diǎn)矢量信號(hào)X(k) (h)和X*(N_k) (tj，圖1中分別用X和Y表示，H單元是取共軛，D單元是加法器，F(xiàn)和G單元分別是IFFT和FFT運(yùn)算單元，其中F的輸出是合成的多帶實(shí)Chirp信號(hào)，G的輸出是基帶采樣率的N點(diǎn)矢量信號(hào)Z，Z矢量為X(k)(tj +X*(N-k) (tj。該信號(hào)被輸入到匹配相關(guān)器M0 Mim，或者匹配相關(guān)器Ltl LN_1;Mk是復(fù)匹配相關(guān)器，Lk是Mk的共軛匹配相關(guān)器,Mk的輸出是表不ak(i)的壓縮脈沖信號(hào),Lk的輸出是表示aN_k(i)的 壓縮脈沖信號(hào)，當(dāng)k = O時(shí),aji) zaji)。B單元是復(fù)信號(hào)取模運(yùn)算單元。虛線表示矢量信號(hào)Z既可輸出到M0 Mim模塊，也可輸出到Ltl Lim模塊，二者檢測(cè)效果近似一致。
權(quán)利要求
1.一種Chirp實(shí)信號(hào)的快速傅里葉變換多帶合成和分離方法，其特征在于在發(fā)射端采用快速傅里葉變換方法將多路基帶數(shù)字信號(hào)合成為一路寬帶實(shí)信號(hào)，通過單邊帶發(fā)送，在接收端對(duì)此合成信號(hào)采用反變換分解還原為原多路基帶數(shù)字信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Chirp實(shí)信號(hào)的快速傅里葉變換多帶合成和分離方法，其多帶合成方法包括以下步驟 需要合成的Chirp信號(hào)路數(shù)為N，則 (1)將第k路子頻帶Chirp信號(hào)采用IQ兩路信號(hào)正交調(diào)制相同的信息符號(hào)ak(i)，復(fù)數(shù)形式為Xk(t) =,其中k = O, I,…N-1 ； Φ (t)表示相位，頻率斜升Chirp信號(hào)，貝丨J Φ (t) = Ti Ut2 (u > O);頻率斜降 Chirp 信號(hào),貝丨J Φ (t) = 2 π Bt- n ut2 (u > O)； (2)將這N路信號(hào)合并為兩矢量信號(hào)Χω(\)= [X0Ui), X1Ui),…，χ^αΜΤ和X*(N_k)(tj = [X0 (h)，Xn^1 (tj，XN_2 (tj …，X1 (tj ]H，其中符號(hào)表示取共軛，“T” 表示轉(zhuǎn)置，“H”表示共軛轉(zhuǎn)置AkUi)是第k路Chirp子頻帶Xk(t)的基帶數(shù)字采樣信號(hào)，k = O，1，…N-1 ； (3)將此兩矢量相加后加載到IFFT運(yùn)算單元中，完成傅里葉反變換，即IFFT[X(k)(tj +X*frk) (tj ] = 2Re [xn(h)]，輸出為 N 點(diǎn)實(shí)信號(hào)矢量 2Re [xn(t,)]，其中 XnUi)是 Xk (t,)的 IFFT 結(jié)果，k = 0,1,…N-1 ； (4)將此N點(diǎn)實(shí)信號(hào)經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、單邊帶濾波、射頻調(diào)制和放大后發(fā)送到發(fā)射端發(fā)射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Chirp實(shí)信號(hào)的快速傅里葉變換多帶合成和分離方法，其分離方法包括以下步驟 (1)接收機(jī)經(jīng)過射頻前端放大、混頻和模數(shù)轉(zhuǎn)換后獲得矢量信號(hào)2Re[Xn(ti)]； (2)將其加載到FFT運(yùn)算單元，進(jìn)行傅里葉變換，可得輸出基帶速率的N點(diǎn)矢量X(k)(tj +X*(Nk) (h)，矢量中N點(diǎn)元素則對(duì)應(yīng)N路子頻帶的數(shù)字基帶輸出； (3)通過Chirp復(fù)匹配濾波提取子帶目標(biāo)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Chirp實(shí)信號(hào)的快速傅里葉變換多帶合成和分離方法，采用IFFT/FFT變換實(shí)現(xiàn)了Chirp實(shí)信號(hào)的多帶合成和分離，各子頻帶數(shù)字信號(hào)采樣率只需達(dá)到子頻帶寬Nyquist采樣率(2倍采樣率)以上，比較常規(guī)方法降低了采樣率和存儲(chǔ)空間，利用成熟的快速傅里葉變換運(yùn)算單元，降低了運(yùn)算復(fù)雜度和計(jì)算負(fù)荷。本方案獲得了平整的多帶Chirp功率譜、帶外泄漏小，實(shí)信號(hào)適合單邊譜發(fā)送，節(jié)約帶寬資源，可采用FFT直接分離多帶信號(hào)至基帶，復(fù)雜度和運(yùn)算量低，還原信息混疊干擾小。
文檔編號(hào)H04L27/26GK103067329SQ20121057274
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者劉爭(zhēng)紅, 鄭霖, 樊孝明, 仇洪冰 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)