一种基于压缩感知的宽带调频步进噪声雷达信号处理方法-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：一种基于压缩感知的宽带调频步进噪声雷达信号处理方法
技术领域：
本发明涉及雷达信号处理技术领域，特别涉及一种基于压缩感知的宽带调频步进噪声雷达信号处理方法。
背景技术：
高分辨率雷达为获得距离上的高分辨率，通常釆用(超)宽带信号。在宽带雷达信号中，步进频率连续波信号(Stepped Frequency Continuous Waveforms, SFCW)和步进频率线性调频脉冲信号(Stepped Frequency Chirp Signal, SFCS)的提出(Wehner D. R. High-resolution radar. 2nd edition，Norwood, MA Artech House，1995，Chapter 5. Nadav L. “Stepped-frequency pulse-train radar signal，，· IEE Proc-Radar SonarNavigation,2002,149(6) : 198-309. Maron D. E. “Non-periodic frequency-jumped burstwaveforms，，· Proceedings of the IEE International Radar Conference，London， Oct.1987,484-488. Maron D. E. “Frequency-jumped burst waveforms with stretch processing”. IEEE Radar Conference，Piscataway :IEEE Press，1990，274-279.)，为实现超大带宽的雷达信号提供了新的技术途径。噪声信号雷达，由于发射信号的随机性，因而具有十分优良的低截获概率、抗干扰特性和优良的电磁兼容性，从而提高雷达在复杂环境下的生存能力；同时其�：抢硐搿巴级ば巍钡模沟盟哂形弈：饩�、测速和良好的距离、速度分辨率。噪声信号(超)宽带高分辨率成像雷达，很好地把(超)宽带技术和噪声信号雷达技术结合在一起，因而它既具有常规(超)宽带成像雷达的高分辨率的优点，又具有噪声信号雷达优良的低截获概率、抗干扰特性和优良的电磁兼容特性，近年来得到长足发展。传统的信息获取基于香农釆样定理和奈奎斯特釆样率，随着当前对信息量的获取需求越来越高，对A/D釆样率的要求也越来越高，现有的A/D釆样器件逐渐难以满足这一需求。压缩感知(D. L. Donoho，“Compressed sensing，，，Information Theory, IEEETransactions on，vol. 52，no.4，2006，pp. 1289-1306 ；E.J. Candes, J. Romberg，and T. Tao，“Robust uncertainty principles exact signal reconstruction from highly incompletefrequency information，” Information Theory, IEEE Transactions on， vol. 52，ηο· 2，2006，pp. 489-509 ;E. J. Candes，and T. Tao，“Near_0ptimal Signal Recovery From RandomProjections Universal Encoding Strategies ，” Information Theory, IEEE Transactions on，vol. 52, no. 12,2006，pp. 5406-5425)可以在信号稀疏或可压缩的情况下，通过釆集远低于奈奎斯特釆样率的数据恢复信号，在信息获取的同时实现压缩，不仅可以降低对数据获取设备的要求，而且可以减小数据存储量和传输量，降低对相关硬件的性能要求。压缩感知的恢复算法一般包括凸松弛算法和贪婪迭代算法，凸松弛算法包括基追踪(Basis Pursuit, BP) (S. S. B. Chen, D. L Donoho, and M. A. Saunders, iiAtomicdecomposition by basis pursuit，，，Siam Journal on Scientific Computing， vol. 20，no. 1，1998，pp. 33-61)，内点法(K. Seung-Jean，K. Koh, Μ. Lustig et al.，“AnInterior-PointMethod for Large-Scale I Ι-Regularized Least Squares,，，Selected Topics in SignalProcessing, IEEE Journal of, vol. I, no. 4, 2007, pp. 606-617)和梯度法(Ε· T. Hale,W. T. Yin,and Y. Zhang,“Fixed-point continuation for 11-minimization Methodology andconvergence,，，Siam Journal on Optimization, vol.19, no. 3,2008, pp. 1107-1130) o 贪婪迭代算法包括匹配追踪(Matching Pursuit, MP) (S. G. Mallat, and Z.Zhifeng, “Matching pursuits with time-frequency dictionaries,，，Signal Processing, IEEETransactions on, vol. 41, no. 12,1993, pp. 3397-3415),正交匹配追踪 (OrthogonalMatching Pursuit, 0ΜΡ)(J. A. Tropp, and A. C. Gilbert, “Signal Recovery From RandomMeasurements Via Orthogonal Matching Pursuit, ” Information Theory, IEEETransactions on, vol. 53, no. 12,2007, pp. 4655-4666)等。在实践中，(超)宽带噪声信号对硬件实现和使用环境的要求较高，由于信号带宽的增加会给接收机的检波带来很大的压力，此时需要更高速的A/D转换器以及更高速的数据存储，这极大地限制了雷达的成像分辨率。

发明内容
本发明的目的在于，为了解决上述问题，从而提供一种基于压缩感知的宽带调频步进噪声雷达信号处理方法，在目标稀疏的情况下，降低雷达接收机采样率、存储量和传输量，实现了(超)宽带噪声雷达信号的成像处理。为达到上述目的，本发明提出一种基于压缩感知的宽带调频步进噪声雷达信号处理方法，该方法的具体步骤包括步骤I):由噪声信号源产生初始噪声序列，对该初始噪声序列进行截取得到若干子脉冲噪声序列，每个子脉冲噪声序列中的子脉冲的个数为N ;对每个子脉冲噪声序列进行带通滤波处理，获得带宽为B的中频噪声序列；再利用希尔伯特变换，获得I/Q两路中频噪声序列，对I/Q两路中频噪声序列进行下变频处理，获得式(I) I/Q两路基带噪声序列
Un⑴un(t) = I (t)+jQ(t) η = 1,2, · · · , N,0 < t < Tp(I)式中，η为子脉冲编号，Tp为子脉冲宽度；步骤2):将所述的步骤I)获得的I/Q两路基带噪声序列un(t)进行I/Q调制和发射机上变频器的一级上变频，然后再经过发射机上变频器的二级上变频将一级上变频后的信号调制至雷达射频工作频率后信号为Tn(t)，发射信号Tn(t)；Tn(t) =un(t) · exp{j2 [f0+(n-l) Af]t}(2)式中，[(n-1)· (Tp+Tg) ] ( t ( [(n-1) · (Tp+Tg)+Tp]，fQ 为第 I 个子脉冲的载频， Δ f为本振频率源的频率步进值，Tp和Tg分别为子脉冲宽度和子脉冲之间的间隔；发射信号1；(0经传输后，到达接收机的信号SRn(t);信号Rn(t)是不同目标对信号1；(0的不同幅度调制和不同延时的信号之和；
权利要求
1. 一种基于压缩感知的宽带调频步进噪声雷达信号处理方法，该方法的具体步骤包括步骤I):由噪声信号源产生初始噪声序列，对该初始噪声序列进行截取得到若干子脉冲噪声序列，每个子脉冲噪声序列中的子脉冲的个数为N ;对每个子脉冲噪声序列进行带通滤波处理，获得带宽为B的中频噪声序列；再利用希尔伯特变换，获得I/Q两路中频噪声序列，对I/Q两路中频噪声序列进行下变频处理，获得式(1)I/Q两路基带噪声序列u (t) un(t) = I (t)+jQ(t) η = 1,2, · · · , N,0≤ t ≤ Tp (I)式中，η为子脉冲编号，Tp为子脉冲宽度；步骤2):将所述的步骤I)获得的I/Q两路基带噪声序列un(t)进行I/Q调制和发射机上变频器的一级上变频，然后再经过发射机上变频器的二级上变频将一级上变频后的信号调制至雷达射频工作频率后信号为Tn (t)，发射信号Tn(t)；Tn (t) = un(t) · exp{j2 [f0+ (η-1) Δ f]t}(2)式中，[(η-1) · (Tp+Tg)]≤ t≤[(η-1) · (Tp+Tg)+Tp], fQ 为第 I 个子脉冲的载频，Af 为本振频率源的频率步进值，Tp和Tg分别为子脉冲宽度和子脉冲之间的间隔；发射信号�。�(0经传输后，到达接收机的信号SRn(t);信号Rn(t)是不同目标对信号 Tn(t)的不同幅度调制和不同延时的信号之和；
2.根据权利要求I所述的基于压缩感知的宽带调频步进噪声雷达信号处理方法，其特征在于，所述的步骤5)采用凸松弛算法或贪婪迭代算法对r = DUx+n进行求解。
3.根据权利要求I所述的基于压缩感知的宽带调频步进噪声雷达信号处理方法，其特征在于，所述的步骤6)中的去重叠采用对上一个子脉冲和下一个子脉冲各取一半的方法。
4.根据权利要求I所述的基于压缩感知的宽带调频步进噪声雷达信号处理方法，其特征在于，所述的步骤6)中的相位补偿步骤包括首先，求出相邻两个子脉冲连接处的相位差；然后，将这个相位差补偿在下一个子脉冲上。
5.根据权利要求I所述的基于压缩感知的宽带调频步进噪声雷达信号处理方法，其特征在于，所述的步骤7)还包括对合成的宽带信号进行“加窗”处理。
6.根据权利要求5所述的基于压缩感知的宽带调频步进噪声雷达信号处理方法，其特征在于，所述的“加窗”处理采用汉宁(Hanning)窗处理。
全文摘要
本发明涉及一种基于压缩感知的宽带调频步进噪声雷达信号处理方法，该方法把噪声信号、频率步进信号和压缩感知的结合，兼有三者的优点，既保留频率步进信号窄带处理的优点，又具备噪声信号低截获概率、抗干扰和优良的电磁兼容的特性，同时又结合压缩感知利用低数据量获得了高分辨图像。本发明方法在观测目标稀疏的条件下，降低了(超)宽带信号对接收机A/D采样、存储和传输设备的要求，易于实现，对于实际系统有重要的现实意义。
文档编号G01S7/285GK102608578SQ201110023419
公开日2012年7月25日申请日期2011年1月21日优先权日2011年1月21日
发明者张云华, 董晓, 顾翔申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心

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一种基于压缩感知的宽带调频步进噪声雷达信号处理方法