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    重庆时时彩晚上几点结束: 一种雷达信号处理方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN200910237309.1

    申请日:

    2009.11.13

    公开号:

    CN101710175A

    公开日:

    2010.05.19

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G01S 13/90公开日:20100519|||实质审查的生效IPC(主分类):G01S 13/90申请日:20091113|||公开
    IPC分类号: G01S13/90 主分类号: G01S13/90
    申请人: 北方工业大学; 中国科学院研究生院
    发明人: 王一丁; 李园澍
    地址: 100041 北京市石景山区晋元庄路5号
    优先权:
    专利代理机构: 北京永创新实专利事务所 11121 代理人: 周长琪
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200910237309.1

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2012.07.25|||2010.07.07|||2010.05.19

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及一种雷达信号处理方法,在雷达转发器中用来提高雷达信号和背景信号的分离程度。首先接收雷达信号,然后编码转发器对雷达信号进行加权,接着逆失配网络对转发器接收到的信号进行再次加权,最后对转发器接收信号进行匹配滤波。本发明利用了失配网络和逆失配网络在信号处理流程中的作用,提高了雷达信号的分离程度;在构造失配网络和逆失配网络时,应用了同时具有幅度和相位的多参量网络模型,实现对信号的最大程度压缩;充分利用了失配网络和逆失配网络的互补作用,在小信噪比的条件下得到很好的分离效果。

    权利要求书

    1: 一种雷达信号处理方法,该方法包括如下步骤: 步骤一:接收空中合成孔径雷达发射的信号; 地面的编码转发器接收空中合成孔径雷达的发射信号; 空中的SAR载体在飞经地面编码转发器时,向编码转发器发射雷达信号,此时地面的编码转发器接收到雷达发射的雷达信号,并将其暂时储存,为下一步的加权做准备; 其特征在于,还包括如下步骤: 步骤二:地面编码转发器对雷达信号进行加权; 在编码转发器中预设有失配网络,利用失配网络进行对编码转发器接收到的信号进行加权处理,得到已加权的雷达信号; 在编码转发器中,预先设置了失配网络,网络的频率响应为: H(f)=A(f)e -jθ(f) ????(1) 其中,f是频率参量,A(f)是失配网络的幅度响应,θ(f)是相位响应;对A(f)和θ(f)做傅立叶级数展开,并做了近似处理如下: A ( f ) = a 0 + Σ i = 1 n a i cos ( n 2 πfc ) - - - ( 2 ) ]]> = · a 0 + a 1 cos ( 2 πfc ) ]]> θ ( f ) = ( 2 πf ) b 0 - Σ i = 1 n b i sin ( n 2 πfc ) - - - ( 3 ) ]]> = · ( 2 πf ) b 0 - b 1 sin ( 2 πfc ) ]]> 其中,f是频率,n是求和上限,c是和网络参数相关的系数; 失配网络的输出信号表示为: s o ( t ) = ∫ - ∞ ∞ S i ( f ) H ( f ) e j 2 πft df - - - ( 4 ) ]]> 其中,S i (f)是SAR发射信号的频谱; s o ( t ) = ∫ - ∞ ∞ S i ( f ) H ( f ) e j 2 πft df ]]> = ∫ - ∞ ∞ S i ( f ) [ a 0 + a 1 cos ( 2 πfc ) ] · exp ( - j [ 2 π fb 0 - b 1 sin ( 2 πfc ) ] ) · exp ( j 2 πft ) df - - - ( 5 ) ]]> = ∫ - ∞ ∞ S i ( f ) [ a 0 + a 1 cos ( 2 πfc ) ] · exp ( - j 2 π ft ′ + b 1 sin ( 2 πfc ) ] ) df ]]> 其中,t是时间参量,t′=t-b 0 代表输出信号在时间上相对于输入信号有一个时延,b 0 代表一个时延参数;a 0 代表傅立叶级数展开的直流分量,a 1 和b 1 代表傅立叶级数展开的一次分量; 步骤三:空中逆失配网络对地面编码转发器发射的信号进行再次加权; 在该步骤中,利用和上一步骤中的失配网络相对应的逆失配网络对空中编码转发器接收到的编码转发器发射信号和地物杂波构成的背景信号进行再次加权,将雷达信号还原,同时破坏背景信号; 经过失配网络加权的雷达信号和未经过失配网络加权的背景信号同时进入逆失配网络,此时逆失配网络对背景信号和转发信号进行再次加权; 有源编码转发信号和背景信号同时被合成孔径雷达系统接收到,经过逆失配网络的补 偿处理,进行压缩前信号的频谱为: [S i (f)+S o (f)]H′(f) =H′(f)S i (f)+H(f)H′(f)S i (f) =H′(f)S i (f)+S i (f)????????????(6) 上式中,失配网络H(f)与逆失配网络H′(f)互为逆系统,所以H(f)H′(f)=1; 步骤四:对空中编码转发器接收信号进行匹配滤波; 经过两次加权的信号,在该步骤中进行匹配滤波,对滤波后的信号进行信号分离。
    2: 根据权利要求1所述的一种雷达信号处理方法,其特征在于,步骤三中所述的逆失配网络的加权作用和失配网络是一样的,只不过逆失配网络的频谱和失配网络的频谱是互成倒数的;其加权过程和失配网络一样,都是将接收到的信号的频谱与本网络的频谱在频域做乘法,得到输出的加权信号。

    说明书


    一种雷达信号处理方法

        【技术领域】

        本发明属于雷达信号处理领域,具体涉及一种雷达信号处理方法。

        背景技术

        合成孔径雷达(Synthetic?Aperture?Radar,简称为SAR)是一种全天候、全天时高分辨率微波遥感成像系统,SAR的运动轨迹方向被定义为方位向,SAR天线指向方向被定义为距离向。在方位向上,SAR通过载体的运动,将一个小口径的天线合成一个大孔径的天线阵列,从而提高方位向分辨率。在距离向上,SAR发射高稳定度的线性调频(LinearFrequency?Modulate,简称为LFM)脉冲并采用脉冲压缩方法,可以提高距离向分辨率。因此,SAR能够获得较高的二维分辨能力,在军事侦察、地理遥感等方面有着广泛的应用。

        合成孔径雷达能够得到广泛应用的基础工作之一是SAR辐射定标。为了有效提高SAR辐射定标的精度,近年来基于SAR编码转发器的合成孔径雷达辐射定标技术成为重点研究方向之一。因为SAR转发器对合成孔径雷达发射信号进行了编码处理,所以经过SAR转发器后的编码信号与地物背景信号可以有效分离。当使用与编码转发信号匹配的滤波器进行SAR辐射定标处理时,背景信号就会被抑制。对背景信号的抑制可以提高SAR辐射定标的精度和效率。

        目前有两种有源编码转发器:一种使用方位调制技术,在有源转发器中利用伪噪声编码序列对接收到的SAR发射信号在脉冲到脉冲之间进行相位调制;另一种利用频谱翻转技术,使SAR发射线性调频信号的调频斜率在有源转发器中发生反转。但是现有技术在信噪比条件恶化的时候,对于信号和噪声的分离效果也会变得恶化,这就限制了现有技术在大噪声条件下的应用。

        【发明内容】

        本发明的目的是在雷达信号转发器中引入一种新型的信号处理方法,提高雷达信号和背景信号的分离程度。本发明根据合成孔径雷达编码辐射定标技术的原理,在地面有源编码转发器中采用失配网络对转发信号进行调制,在合成孔径雷达中对接收到的背景信号和有源编码转发信号用逆失配网络进行补偿处理。由于逆失配网络的使用,有源编码转发信号的频谱得到恢复,而背景信号的频谱结构也同时发生了改变,这些变化会影响对有源编码转发信号的压缩效果和背景信号的压缩效果,当两者的压缩输出信号最大幅度有至少3dB的差异时,两种信号就会在接收端分离开来,而分离效果取决于失配网络特性。本发明可在大噪声条件下很好的分离出信号和噪声,弥补了现有技术的不足。

        SAR有源编码转发器在合成孔径雷达辐射定标中扮演了十分重要的角色。有源编码转发器的原理是通过对转发信号的调制使转发信号与未被调制的背景信号有效分离。除了目前常常采用的上述两种方式外,根据编码转发器的原理,本发明将失配网络的方法用到有源编码转发器的设计中。在有源转发器中采用一个失配网络对转发信号进行一定的加权处理,由于背景信号不存在相应的加权处理,所以转发信号与背景信号之间就可以分离。本发明提出了以通用模型为基础的失配网络,并在给定信噪比的前提下对网络系数进行优化处理,在最优的网络条件下完成了信号的分离。本发明总共分为四个步骤:

        步骤一:接收空中合成孔径雷达发射的信号;

        地面的编码转发器接收空中合成孔径雷达的发射信号。

        步骤二:地面编码转发器对雷达信号进行加权;

        在编码转发器中预设有失配网络,利用失配网络进行对编码转发器接收到的信号进行加权处理,得到已加权的雷达信号。

        步骤三:空中逆失配网络对地面编码转发器发射的信号进行再次加权;

        在该步骤中,利用和上一步骤中的失配网络相对应的逆失配网络对空中编码转发器接收到的地面编码转发器发射信号和地物杂波构成的背景信号进行再次加权,从而将雷达信号还原,同时破坏了背景信号。

        步骤四:对空中编码转发器接收信号进行匹配滤波;

        经过两次加权的信号,在该步骤中进行匹配滤波,对滤波后地信号进行信号分离。利用sinc函数的特性,当背景信号相对于雷达信号主瓣信号有至少3dB的衰减时,雷达信号就可以从背景信号中利用滤波的方法分离出来。

        本发明用在雷达转发器中,可以大大提高转发器的定标准确精度,在军用SAR系统中和民用船只雷达定位系统中都有很好的发展前景。

        本发明的优点在于:

        (1)利用了失配网络和逆失配网络在信号处理流程中的作用,来提高了雷达信号的分离程度;

        (2)在构造失配网络和逆失配网络时,本发明应用了具有幅度和相位的多参量网络模型,来达到对信号的最大程度压缩;

        (3)本发明充分利用了失配网络和逆失配网络的互补作用,可以在小信噪比的条件下得到很好的分离效果。

        【附图说明】

        图1为本发明雷达信号处理方法流程图;

        图2为本发明失配网络和逆失配网络的频谱图;

        图3为本发明编码转发器接收信号和背景信号时域图像;

        图4为本发明转发信号和背景信号经过逆失配网络的时域图像;

        图5为本发明转发信号和背景信号经过匹配滤波之后的时域图像。

        【具体实施方式】

        下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

        如图1所示,为本发明雷达信号处理方法的流程图。该方法包含以下步骤:

        步骤一:接收空中合成孔径雷达发射的信号;

        地面的编码转发器接收空中合成孔径雷达的发射信号。

        空中的SAR载体在飞经地面编码转发器时,向编码转发器发射雷达信号,此时地面的编码转发器接收到雷达发射的雷达信号,并将其暂时储存,为下一步的加权做准备。

        步骤二:地面编码转发器对雷达信号进行加权;

        在编码转发器中预设有失配网络,利用失配网络进行对编码转发器接收到的信号进行加权处理,得到已加权的雷达信号。

        在编码转发器中,预先设置了失配网络,网络的频率响应为:

        H(f)=A(f)e-jθ(f)?????(1)

        其中,f是频率参量,A(f)是失配网络的幅度响应,θ(f)是相位响应。为了把网络的参数做到有限个物理可实现的结果,对A(f)和θ(f)做了傅立叶级数展开,并做了近似处理如下:

        A(f)=a0+Σi=1naicos(n2πfc)---(2)]]>

        =·a0+a1cos(2πfc)]]>

        θ(f)=(2πf)b0-Σi=1nbisin(n2πfc)---(3)]]>

        =·(2πf)b0-b1sin(2πfc)]]>

        其中,f是频率,n是求和上限,c是和网络参数相关的系数。

        失配网络的输出信号可以表示为:

        so(t)=∫-∞∞Si(f)H(f)ej2πftdf---(4)]]>

        其中,Si(f)是SAR发射信号的频谱。

        so(t)=∫-∞∞Si(f)H(f)ej2πftdf]]>

        =∫-∞∞Si(f)[a0+a1cos(2πfc)]·exp(-j[2πfb0-b1sin(2πfc)])·exp(j2πft)df---(5)]]>

        =∫-∞∞Si(f)[a0+a1cos(2πfc)]·exp(-j2πft′+b1sin(2πfc)])df]]>

        其中,t是时间参量,t′=t-b0代表输出信号在时间上相对于输入信号有一个时延,b0代表一个时延参数。上述的式(5)是对式(4)简化的结果,只含有a0,a1,b0,b1四个参数,a0代表傅立叶级数展开的直流分量,a1和b1代表傅立叶级数展开的一次分量。雷达信号经过编码转发器中的失配网络加权之后,其频谱结构与背景反射信号产生了很大差别,包含了网络的作用。经过这样加权的雷达信号,在后面的逆失配阶段就会恢复原有波形。

        如图2所示,图2(a)为应用在编码转发器中的失配网络的频谱结构。在经过上述失配网络的加权之后,如图3(b)所示,原本的LFM信号变成了幅度不规则的形式;而背景信号因为没有经过失配网络的加权,保留了原来的波形,幅度为1,频率变化由慢到快,如图3(a)所示的波形。

        步骤三:空中逆失配网络对地面编码转发器发射的信号进行再次加权;

        在该步骤中,利用和上一步骤中的失配网络相对应的逆失配网络对空中编码转发器接收到的地面编码转发器发射信号和地物杂波构成的背景信号进行再次加权,从而将雷达信号还原,同时破坏了背景信号。图2(b)为逆失配网络的频谱结构,其中选择的频谱范围为0~30MHz,失配网络和逆失配网络的频谱互成倒数,相互互补。

        逆失配网络的加权作用和失配网络是一样的,只不过逆失配网络的频谱和失配网络的频谱是互成倒数的。其加权过程和失配网络一样,都是将接收到的信号的频谱与本网络的频谱在频域做乘法,得到输出的加权信号。

        经过失配网络加权的雷达信号和未经过失配网络加权的背景信号同时进入逆失配网络,此时逆失配网络对背景信号和转发信号进行再次加权。如图4(b)所示,由于失配网络和逆失配网络的互补性,转发信号恢复成原来的LFM波形,幅度为1,频率变化由慢到快;而背景信号如图4(a)所示,在经过逆失配和归一化之后,其波形发生了巨大的变化,成为幅度不均匀的杂乱信号。

        有源编码转发信号和背景信号同时被合成孔径雷达系统接收到,经过逆失配网络的补偿处理,进行压缩前信号的频谱为:

        [Si(f)+So(f)]H′(f)

        =H′(f)Si(f)+H(f)H′(f)Si(f)

        =H′(f)Si(f)+Si(f)???????????(6)

        式中,失配网络H(f)与逆失配网络H′(f)互为逆系统,所以H(f)H′(f)=1。

        步骤四:对空中编码转发器接收信号进行匹配滤波;

        经过两次加权的信号,在该步骤中进行匹配滤波,对滤波后的信号进行信号分离。

        根据匹配滤波的基本原理,接收到的雷达信号在此阶段要和一个与雷达发射信号共轭的信号做乘法,这个过程就是匹配滤波,其目的在于滤除杂波构成的背景信号,突出有用的雷达信号。

        经过逆失配网络的加权之后,转发信号和背景信号进入了匹配滤波器。匹配滤波器是根据雷达发射的LFM信号参数设计的,其频谱和LFM信号的频谱是相反的。在实验环境下模拟了雷达传输的LFM信号,具有T=20μs的时间宽度和B=30MHz的带宽??悸堑酵绲姆群拖辔欢杂谛藕诺挠跋?,选用了上述通用模型来构造实际的失配网络。

        在给定的信噪比条件下,假设主回波要有-40dB的衰减,成对回波要有-45dB和-50dB的衰减,根据“成对回波”理论,网络参数应该满足如下条件:

        a0=10-4020b0=0a12+a0b12=10-4520a12-a0b12=10-5020---(7)]]>

        解得a0=0.01,b0=0,a1=0.0088,b1=0.2461。根据上面解出的参数,构造了失配网络如下:

        H(f)=1A(f)e-jθ(f)]]>

        A(f)=0.01+0.0088cos(0.8*2πf)??????(8)

        θ(f)=-0.2461sin(0.8*2πf)

        ?与之相对应的逆失配网络为:

        H′(f)=1H(f)=A(f)e-jθ(f)---(9)]]>

        如图5(b)所示,LFM信号经过匹配滤波,输出了一个幅度大概为2.5*104的尖峰;而背景信号经过匹配滤波器之后,由于“成对回波”理论的影响,在幅度为1.3*104的最高主回波的两边,出现了一对副回波,幅度分别为0.7*104和0.4*104。主回波相对于LFM信号的匹配滤波输出的最大幅度2.5*104有-6dB的衰减,幅度为0.7*104的一个副回波相对于2.5*104有-11dB的衰减,幅度为0.4*104的另一个副回波相对于2.5*104有-16dB的衰减。再加上步骤三中逆失配网络对信号加权时有34dB的放大作用,整体背景信号对于转发信号就分别有-40dB、-45dB和-50dB的衰减,基本满足了设计要求,见图5(a)。

        匹配滤波处理中,匹配滤波器的频谱为SAR发射信号频谱的共轭Si*(f),压缩后的频谱为

        [H′(f)Si(f)+Si(f)]Si*(f)=H′(f)·TB+TB---(10)]]>

        其中,B是SAR发射信号的带宽,T是SAR发射信号的脉冲宽度。代表矩形频谱,式(10)中右边第二项对应有源编码转发信号,该信号在时域中对应一个冲激脉冲响应信号。式(10)中右边第一项对应背景信号,由于受到逆失配网络的补偿处理,背景信号的频谱结构发生了改变,这种改变势必会影响对背景信号的压缩。

        考察转发信号滤波输出的最大值2.5*104和背景信号滤波输出的最大值1.3*104,有2倍的差距,根据电压分贝的定义,有6dB的差距,这就是网络给信号带来的影响。当信号和背景噪声之间有3dB的差距时,信号就可以从背景中分离出来。所以本发明中的处理方法完全能够使转发雷达信号和背景信号成功分离。

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