CN101452073A - 基于多发多收频分雷达的宽带信号合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于多发多收频分雷达的宽带信号合成方法，包括如下步骤：1)在多发多收雷达发射端，从发射阵列的M个发射阵元同步发射M个子带信号；2)在多发多收雷达接收端，接收阵列中的N个接收阵元接收回波信号，每个接收阵元设置M个接收通道，得到N×M路对应于不同频段和不同阵元的接收信号；3)进行波束形成处理和匹配滤波处理，得到M个窄带信号，再将M个窄带信号频谱相加得到合成宽带信号，所述合成宽带信号乘以倒数频谱窗得到最终的宽带信号。本发明有效地克服了多个窄带合成宽带信号时产生旁瓣的问题，因此利用本发明可以使用多个窄带的收发通道实现高分辨距离像，从而大大降低了成像雷达对宽带器件性能的要求。

Description

基于多发多收频分雷达的宽带信号合成方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体地说，本发明涉及一种基于多发多收体制频分宽带雷达的窄带信号合成宽带信号的方法。

背景技术

随着雷达技术的发展，现代雷达系统的分辨率越来越高，如合成孔径雷达(SAR)，逆合成孔径雷达(ISAR)，可以获得小于米量级的距离分辨率，并利用多普勒频率分析得到场景或目标的二维图像。提高分辨率的关键是实现宽带雷达信号的收/发。而实现宽带雷达体制所要解决的核心矛盾是高分辨率对信号带宽的要求与收发器件性能/成本对宽带信号收发的限制之间的矛盾。为了解决这个矛盾，同时又保证不增加对器件性能的要求，本专利提出利用多发多收窄带信号合成宽带信号的雷达体制和具体的宽带信号合成方法。多发多收的合成宽带雷达的主要特点是：宽带信号分为若干窄带信号分别发射/接收，每路子带信号在频域补偿时延，分别进行加权处理已得到宽带波束。如果发射和接收阵间元可以严格同步，则多发多收信号体制的ISAR雷达可带来一系列的优点：发射/接收机的带宽指标大为降低；可以同时对空间中位于不同方位的多目标获得一维高分辨距离像。

多发多收的合成宽带雷达的目标回波由多个不同频段的子带信号叠加而成。如果直接对该信号作脉压处理，则脉压波形将会出现较高的旁瓣。这将严重影响高分辨距离像的质量。高旁瓣主要可以分为两种：在主瓣附近的旁瓣和远离主瓣的模糊旁瓣。主瓣附近的旁瓣由于多发多收的合成宽带信号的频谱呈现某种周期性并且频谱中间不连续即出现凹坑造成。因为频谱具有周期性，所以其脉压波形在时域表现为子带信号脉压波形与一个周期脉冲序列的乘积。子带信号脉压波形主瓣较宽，而周期脉冲序列每个脉冲的主瓣较窄，相乘之后周期脉冲序列的高分瓣会进入子带脉压波形的主瓣区域，从而造成合成宽带信号脉压波形的主瓣附近的高旁瓣。远离主瓣的模糊旁瓣是由于相邻子带频谱的相互干扰造成的。因为每个子带信号是时间受限的信号，所以从频谱上看每个子带在频域都将延伸到相邻其他子带的频带范围，如果并行发射全部得子带信号，则这样无论哪个子带频段的频谱都是本子带频谱和其他子带延伸过来的频谱的叠加，而多发多收体制逆合成孔径雷达匹配滤波处理实际就是子带叠加和信号的频域相关处理。在相关过程中，某个子带频谱除了和其自身相关外还会和其他子带延伸过来的部分相互作用。这种相互作用的结果产生了远离主瓣区域内的高旁瓣。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能过抑制旁瓣的基于多发多收频分雷达的宽带信号合成方法。

为实现上述发明目的，本发明提供的基于多发多收频分雷达的宽带信号合成方法包括如下步骤：

1)在多发多收雷达发射端，从发射阵列的M个发射阵元同步发射M个子带信号；

2)在多发多收雷达接收端，接收阵列中的N个接收阵元接收回波信号，每个接收阵元设置M个接收通道，得到N×M路对应于不同频段和不同阵元的接收信号。

3)对接收阵列获得的N×M路接收信号进行波束形成处理，然后将同方位的M路窄带信号分别进行匹配滤波处理，得到相应的M个窄带信号，再将M个窄带信号频谱相加得到宽带信号，所述宽带信号乘以倒数频谱窗得到最终的宽带信号。

上述技术方案中，所述步骤1)中，所述M个子带信号在发射前均进行带外衰减处理。

上述技术方案中，所述步骤1)中，所述M个子带信号中，相邻频段的所述子带信号分时交替发射。

上述技术方案中，基于多发多收频分信号雷达的宽带信号合成方法的细部特征为：发射机由M个发射分机构成，M个发射分机并行发射M个调制在不同载频的窄带信号。M个窄带信号合起来覆盖一个宽频带。接收机分系统采用接收阵列结构，共有N个接收阵元，每个接收阵元设置M个对应于所述M个子带信号频段的接收通道，使得雷达接收机分系统共获得M×N路回波信号。接收机对M×N路回波信号进行信号处理，对同频段的信号进行接收波束形成，将M×N路回波信号合并为M路回波，使得M路回波对应同一目标方位；接着，接收机将M路多频率子带信号在频域合成一个宽带信号，对该合成宽带信号作脉压既可得到目标的高分辨距离像。

M路子带信号的特征在于：各个频段子带信号间不能有空白的缝隙，相邻频段子带信号间由于不是同时发射因此可以有一定的重叠，但重叠范围以不与同时发射的任何频段子带信号重叠为限。假定有M个子带，从1号子带到M号子带，子带信号的中心频率依次递增。

上述技术方案中，抑制子带间干扰高旁瓣的方法包括两个措施，即对子带信号加带外衰减和。因为雷达发射的信号是时间有限的，所以其频谱在频域无限延展。虽然绝大部分能量集中于有效带宽内，但仍然有部分能量泄漏到相邻子带，这部分泄漏能量造成了子带间干扰高旁瓣。综合两类措施，对子带信号加带外衰减少了子带频谱的能量泄漏；而相邻频段子带信号分时交替发射进一步减小了频域相邻子带信号相互干扰的机会。

上述技术方案中，对子带信号进行带外衰减处理的方法是：在发射各个频段的子带信号前对子带信号的频谱作预畸变处理，该预畸变处理如下：假定子带线性调频信号的调频率为μ，信号的持续时间为T，该子带信号中心频率为f_c，那么预畸变处理将对该子带在|f-f_c|>(μT)/2范围的频谱加衰减，例如-40dB的衰减，以减小该子带频谱对其他子带频谱的影响。

上述技术方案中，相邻频段子带分时交替发射的方法是：将整个子带集合分为两个部分，假定共有M个子带，从1号子带到M号子带，则将号数为奇数的子带作为奇子集，将子带号数为偶数的子带作为偶子集；假定雷达的发射重复周期为T_p，在t时刻用发射阵列对应的阵元发射子带信号的奇子集，在t+T_p时刻发送子带信号的偶子集；接收阵列在两个周期内分别接收奇子集和偶子集，再将完整的子带信号通过相位补偿和频率搬移合并成宽带信号。此时，因为相邻频段的信号并不同时发射，所以相邻子带间的频谱干扰大为减小，经过频率搬移合成的宽带信号频谱也变得较为平缓，从而可以降低合成宽带信号脉压波形的子带间干扰高旁瓣。

上述技术方案中，所述步骤3)中，所述倒数频谱窗如下：假定合成宽带信号作完匹配滤波后的频谱为S(f)，其中|f|<B，B为合成信号带宽，则倒数频谱窗为

$H_w\left(f\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\left|S\left(f\right)\right|}^{-1},& \left|f\right|<B\\ 1,& \left|f\right|>B\end{array}\right.,$

所述倒数谱窗可以使得合成宽带信号在脉压以后的频谱接近矩形频谱。

上述技术方案中，所述还包括：

4)对所述最终的宽带信号作逆傅里叶变换，得到脉压结果，从而得到高分辨距离像。

本发明具有如下技术效果：

本发明是一种基于多发多收频分信号雷达的宽带信号合成方法。因为多发多收频分雷达的高分辨距离像有两类高旁瓣，即子带间干扰高旁瓣和剩余栅瓣，所以本方法分为两个部分，分别抑制两类旁瓣。第一个部分是在发射端联合使用相邻频段子带分时交替发射和对子带信号加带外衰减，来抑制子带间干扰高旁瓣；第二部分是对合成宽带信号加倒数频谱窗以抑制剩余栅瓣。将本发明提出的宽带信号合成方法与合成孔径雷达(SAR)或逆合成孔径雷达(ISAR)相结合，可以使用多个窄带的收发通道实现高分辨距离像，从而大大降低了成像雷达对宽带器件性能的要求。另外，宽带合成使得宽带MIMO雷达能够形成一维高分辨距离像，在此基础上经过运动补偿和频率分析可以形成二维像。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是窄带合成宽带信号处理流程示意图；

图2为多发多收频分雷达系统发射机；

图3接收机的示意图；

图4a是加带外衰减发射对应的接收信号处理流程图；

图4b相邻频段子带分时交替发射对应的接收信号处理流程图；

图5是对发射子带信号加带外衰减处理方法示意图；

图6是相邻频段子带分时发射的示意图；

图7是多发多收频分雷达多信号频谱示意图。

具体实施方式

本专利基于多发射多接收频分信号雷达提出获得低旁瓣脉压波形的的合成宽带信号方法，使得多发多收雷达可以有效的通过带宽合成获得目标的高分辨距离像。

本发明使用的多发多收频分信号的宽带雷达的特征在于：发射机包括M个并行的子发射机，并行发射M路频分信号；而接收机包括N个并行的子接收机和信号处理机，所述子接收机为M路频分并行接收机。接收机共得到M×N路接收信号。

为了合成宽带信号，接收机首先利用将同一频段的信号作接收波束形成，使得接收波束指向同一个方向，也就是将M×N路合并成M路多频率子带信号；接着，接收机将M路多频率子带信号在频域合成一个宽带信号，对该合成宽带信号作脉压既可得到目标的高分辨距离像。但该脉压波形的旁瓣较高会使得雷达的动态范围变小，强目标的回波会淹没弱目标。多发多收频分雷达脉压波形旁主要包括两类：子带间干扰高旁瓣和剩余栅瓣。分别介绍如下。

子带间干扰高旁瓣：远离主瓣的旁瓣，问题的根源在于时间受限的子带信号的频谱延伸到相邻子带区域，造成了子带间干扰。

剩余栅瓣：由于自相关函数可以看作慢变得包络项和快变的栅瓣项的乘积，而包络项的零点分布并不均匀，栅瓣项的峰值却分布均匀，因此，包络的零点不能完全对消栅瓣从而产生剩余栅瓣。

为了抑制合成宽带信号的脉压波形的剩余栅瓣，改善多发多收体制逆合成孔径雷达一维高分辨距离像的质量，本专利提出采用对合成宽带信号加倒数频谱窗的方法抑制剩余栅瓣。但该方法会造成较大的脉压信噪比损失，因此本专利针对合成宽带信号高旁瓣产生的原因提出倒谱加窗方法抑制高旁瓣；又针对子带间干扰高旁瓣，以及倒谱窗方法造成的较大信噪比损失，提出对子带信号加带外衰减和相邻频段子带分时交替发射两种发射方法减小损失。具体方法描述如下。

对合成宽带信号加倒数频谱窗的过程为：首先合成宽带信号并作匹配滤波，然后对匹配滤波信号的频谱加倒数频谱窗，最后作逆傅里叶变换得到脉压结果。宽带信号合成是在对目标检测完成之后进行，此时观测区域内目标个数以及每个目标的方位以及距离都已知。宽带信号合成只在有目标的方位和对应距离波门内完成。其过程为在一个接收阵元上用多路对应不同频段的窄带接收机将不同子带信号接收下来，对多接收阵元上每路子带信号分别作接收波束形成，使得所有子带波束指向同一方向，具有近似相同的波束宽度。这实质完成了宽带接收波束形成。假设共有M个子带信号，则经过波束形成所有接收阵元的接收信号最终合并成M路子带信号。这些信号为基带信号，分别对应某一方位宽带回波的各个频段。将这些基带信号作对应的频率搬移，再经过滤波、相位补偿以及系统补偿，从而在频域合成了宽带信号，其带宽为发射子带信号集合所占用的频带宽度。对合成宽带信号在频域作匹配滤波即脉压处理，对处理后的信号频谱加倒数频谱窗并作逆傅里叶变换，就可以得到高分辨距离像。假定合成宽带信号作完匹配滤波后的频谱为X(f)，其中|f|<B，B为合成信号带宽，则倒数频谱窗为

$H_w\left(f\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\left|X\left(f\right)\right|}^{-1},& \left|f\right|<B\\ 1,& \left|f\right|>B\end{array}\right..$

对子带信号加带外衰减的内容包括：在发射各个频段的子带信号前对子带信号的频谱作预畸变处理，对子带信号有效频率范围以外的频谱加较大的衰减，这样子带信号并行发射后，相邻频段子带信号间的相互影响就会大大减小。而子带间的相互干扰主要表现为频段相邻子带间的相互干扰，如附图1所示。另外，因为线性调频信号当时宽带宽积远大于1的时候，信号能量的95％以上集中于子带信号的有效频段内，所以这种处理不会很明显的改变子带信号的时域波形。此方法允许每个子带的调频频率可以不同，但每个子带信号的频谱需互不重叠，同时相邻子带间的频谱没有空白的间隙，各子带信号的中心频率依次递增。

相邻频段子带分时交替发射技术的内容包括：将整个子带集合分为两个子集，分割的原则是使频段相邻的子带信号不在同一个子集内。两个子集信号分别在相继的不同时刻由对应的发射阵元发射，即对于采用脉冲体制的多发多收ISAR雷达来说，整个脉冲的发射/接收周期由两个子周期构成，在每个子周期内近似有一半的阵元发射一半数目的子带信号；接收阵元在完成两个子周期的接收后，将子带信号合并成宽带信号。此时，因为相邻频段的信号并不同时发射，所以相邻子带间的频谱干扰大为减小，经过频率搬移合成的宽带信号频谱也变得较为平缓，从而可以降低合成宽带信号脉压波形的模糊旁瓣。因为相邻频段子带信号不是在同一个时刻发射，所以相邻子带间的干扰大为降低。这种工作方式允许相邻频段子带信号间有一定的重叠，但重叠范围以不与同时发射的任何频段子带信号重叠为限，同时也要求各个频段子带信号间不能有空白的缝隙。子带间有重叠时在合并前需要求不同的子带信号进行通带滤波也保证用于合成宽带信号的子带频谱间没有重叠。这样做的好处是可以有助于克服由于宽带信号频谱不连续而造成的脉压波形主瓣附近的旁瓣，同时有助于降低加倒数频谱处理造成的信噪比损失。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

图1给出了基于多发多收频分宽带雷达的窄带合成宽带信号处理流程示意图。本发明的采用多发多收频分宽带雷达成像方法包括如下步骤：

步骤1：发射步骤。在雷达发射端，从发射阵列的M个发射阵元同步发射M个子带信号。图2给出了本实施例中发射阵元采用的多子带基带信号的时频关系，描述如下：

本实施例的雷达采用的子带信号集合为频分信号集合，每个子带占有一定的频带范围，但各个子带信号在频域可以相互重叠也可不重叠；整个子带集可以连续或有间断地覆盖一个较大的带宽；各个子带信号可以采用线性调频信号结构，也可以采用非线性调频结构以及其它调制方式；各子带可以使用相同调制方式，也可以使用不同的调制方式。另外，本发明的雷达采用脉冲体制。

步骤2：接收步骤。在雷达接收端，接收阵列中的N个接收阵元接收回波信号。每个接收阵元设置M个接收通道，每个接收通道采用不同频率的参考信号对回波进行混频并将其下变频到基带，即使子带信号的中心频率为零；下变频后的信号经过低通滤波器以排除其他频段的子带信号，从而获得与M个发射子带信号相对应的M个基带信号。经过上述处理，整个接收阵列共得到N×M路基带信号。这N×M路基带信号是通过不同的频段和不同的阵元区分开的。

步骤3：信号处理步骤，如图3所示。将接收阵列获得的N×M路基带信号输入信号处理设备，首先将来自不同阵元的相同频段的信号输入同一DBF(即数字波束形成)处理单元；将同方位的M路经过预处理的子带信号分别匹配滤波处理，并将匹配滤波的输出经过低通滤波器，低通滤波器的带宽为发射子带信号的有效带宽；接着将得到匹配滤波处理信号作相应的频率搬移，频率搬移过程的目的是将多窄带信号合成宽带信号；最后，将经过频率搬移后的子带信号频谱相加而合成宽带信号频谱，经过逆傅里叶变换就可以得到一维高分辨距离像。

图4描述了使用倒数谱窗的脉压波形高旁瓣抑制流程示意图。图4.a对应的是发射子带信号采用加带外衰减处理方法的接收宽带信号合成过程。图4.b相邻频段子带分时发射宽带信号合成过程示意图。为了描述方便下面列出所使用的符号，各符号说明如下：

M：发射子带信号数目；

N：接收阵元数目；

Q：构成目标的散射体的数目；

τ_q：第q个散射体的双程传播时延；

f₀：第一个子带的中心频率；

f_m：第m个子带中心频率与第一个子带中心频率之差；

μ_m：第m个原始子带信号的调频率；

T：信号时宽；

T_s：为采用相邻频段子带分时发射技术，两个发射子集的发射时间间隔；

B_m：第m个子带信号的有效带宽，B_m＝μ_mT；

B：发射信号的总带宽， $B=\underset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}{B}_m;$

k：代表目标反射面积、传播衰减因子等对接收信号造成的影响；

θ：目标相对于发射阵列的方位角；

目标相对于接收阵列的方位角；

d_t：发射阵列阵元间距；

d_r：接收阵列阵元间距；

V_m：接收阵列信号导引矢量，

w_m：发射信号附加相位，

$w_m=\exp \left[j\frac{2\mathrm{\&pi;}{f}_m(m-1)d_t\sin \mathrm{\&theta;}}{c}\right],m=1,...,M;$

v：目标径向速度；

c：电磁波传播速度；

α：目标多普勒速度引起的时间压缩因子，α＝2v/c；

u_m(t)：子带信号的基带表达式；

h_m(t)：抑制原始子带信号有效频带B_m外的信号频谱的带外衰减滤波器；

s(t)：叠加的发射子带信号复数；

x(t)：多发多收ISAR雷达实际发射信号，x(t)＝Re[s(t)]

r_m(t)：第m路接收信号矢量，由N个接收阵元对应的第m路子带信号构成；

经过接收波束形成的第m路接收子带信号；

经过接收波束形成的第m路接收子带信号的频谱；

合成宽带信号；

合成宽带信号的频谱；

χ(τ)：匹配滤波后得到的高分辨距离像；

X(f)：匹配滤波后得到的高分辨距离像的频谱；

H_w(f)：倒数频谱窗；

经过倒数频谱窗处理的高分辨距离像；

经过倒数频谱窗处理的高分辨距离像频谱；

Re[]：取实部操作。

$\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right):\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& -T/2\&le;t<T/2\\ 0,& \mathrm{else}\end{array}\right.$

下面结合图4.a，详细介绍发射子带信号采用加带外衰减处理方法的多信号收/发过程。过程总结如下：

1.发射阵列并行发射加带外衰减的多子带信号；

2.接收阵元接收多路子带信号，对不同接收阵元上同一路子带信号并作接收波束形成；

3.波束形成后的子带信号完成相位校正等预处理；

4.合成宽带信号匹配滤波；

5.匹配滤波后的合成宽带信号乘以倒数频谱窗；

6.做逆傅里叶变换得到高分辨距离像。

因为多发多收的宽带信号合成是在检测基础上完成的，所以假定目标相对于发射阵列的方位角θ已知。具体过程描述如下。u_m(t)是子带信号的基带表达式，它是线性调频信号经过某一滤波器的结果

$u_m\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{MT}}}\exp \left(\mathrm{j\&pi;}{\mathrm{\&mu;}}_m{t}^2\right)\&CircleTimes;h_m\left(t\right).---\left(1\right)$

多发多收体制逆合成孔径雷达向θ方向发射的信号为

$s\left(t\right)=\left\{\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{u}_m\left(t\right)\exp \left[j2\mathrm{\&pi;}(f_0+f_m)t\right]w_m\right\}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)---\left(2\right)$

经过与f₀+f_m频率晶振混频，接收阵列的第m个子带信号可以用信号矢量表示

$r_m\left(t\right)=V_m\underset{q=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left\{{\mathrm{ku}}_m[(1+\mathrm{\&alpha;})t-{\mathrm{\&tau;}}_q]\exp \left[\mathrm{j2}\mathrm{\&pi;}(f_0+f_m)(\mathrm{\&alpha;t}-{\mathrm{\&tau;}}_q)\right]w_m\right\}.---\left(3\right)$

经过接收波束形成，第m路信号为：

${\tilde{r}}_m\left(t\right)=\underset{q=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ku}}_m[(1+\mathrm{\&alpha;})t-{\mathrm{\&tau;}}_q]\exp \left[\mathrm{j2}\mathrm{\&pi;}(f_0+f_m)(\mathrm{\&alpha;t}-{\mathrm{\&tau;}}_q)\right]w_m.---\left(4\right)$

预处理补偿发射阵元波程差，则信号变为

${\tilde{r}}_m\left(t\right)=\underset{q=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ku}}_m[(1+\mathrm{\&alpha;})t-{\mathrm{\&tau;}}_q]\exp \left[\mathrm{j2}\mathrm{\&pi;}(f_0+f_m)(\mathrm{\&alpha;t}-{\mathrm{\&tau;}}_q)\right].---\left(5\right)$

其对应的频谱函数为有效频谱范围为|f|<B_m/2。对每个子带分别作匹配滤波处理，则滤波后输出的频谱为

对各个子带信号的匹配滤波频谱作对应的频率搬移并合并得

$X\left(f\right)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{X}_m(f-f_m)---\left(7\right)$

经过倒数谱窗函数频谱为

经过逆傅里叶变换，高分辨距离像为

下面结合图4.b，详细介绍相邻频段子带分时发射宽带信号合成过程。过程总结如下：

1.发射阵列在t时刻发射奇子集，间隔T_s后发射偶子集多子带信号；

2.接收机分两次接收子带信号；

3.接收阵元接收多路子带信号，对不同接收阵元上同一路子带信号并作接收波束形成；

4.波束形成后的子带信号完成相位校正等预处理；

5.合成宽带信号匹配滤波；

6.匹配滤波后的合成宽带信号乘以倒数频谱窗；

7.做逆傅里叶变换得到高分辨距离像。

具体过程描述如下。u_m(t)是子带信号的基带表达式：

$u_m\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{MT}}}\exp \left(\mathrm{j\&pi;}{\mathrm{\&mu;}}_m{t}^2\right)---\left(10\right)$

相邻频段子带分时发射技术的发射信号为

$s\left(t\right)=\left\{\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}{u}_{2k-1}\left(t\right)\exp \left[j2\mathrm{\&pi;}(f_0+f_{2k-1})t\right]w_{2k-1}\right\}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)+$

$\left\{\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}{u}_{2k}(t-T_s)\exp \left[j2\mathrm{\&pi;}(f_0+f_{2k})(t-T_s)\right]w_{2k}\right\}\mathrm{rect}\left(\frac{t-T_s}{T}\right).---\left(11\right)$

其中当2k-1和2k分别表示在1到M范围内的奇数和偶数。接收机在间隔T_s的相继两个时刻接收子带信号，在经过与f₀+f_m频率晶振混频，如果不考虑由于发射时刻不同造成的初始相位差别(每个子带选择不同的匹配函数进行匹配滤波，因此初始相位的差别可以忽略)，则接收阵列可以等效的获得第m个子带信号可以用信号矢量同(3)式，之后的操作同(4)到(9)所示过程。

为了减小脉压波形的信噪比损失，图5描述了发射子带信号加带外衰减处理方法。各个发射子带信号为线性调频信号，各信号的调频率可以互不相同，但要求各个子带频谱互不重叠，并且相邻子带间频谱无空白缝隙。对子带信号加带外衰减可以通过两个途径来完成，第一个途径是在发射前将理想的线性调频信号通过滤波器，该滤波器的通带范围与子带信号频谱相对应，带外具有较大的衰减；另一种途径是改变发射信号波形，即使发射子带信号不在是理想线性调频信号而是线性调频信号通过滤波器后的时域波形。经过衰减处理的子带信号通过不同的发射阵元发射。

图6给出相邻频段子带分时发射的示意图，以偶数个子带信号为例。假定共有M个子带信号，从1号子带到M号子带，子带中心频率依次递增。将标号为奇数的子带作为发射信号的奇子集；将标号为偶数的子带作为偶子集。每个信号标号与发射阵元的标号相对应，或者可以将相邻的奇数序号和偶数序号的子带信号从同一个发射阵元发射。后一种方式将减小发射阵元的数目。将整个发射分为两个时段交替进行，第一个时段发射奇子集信号，第二个时段发射偶子集信号。接收机需完成连续两个时段内的信号接收后，才能进行宽带信号合成操作。如果相邻子带信号频谱有一定的重叠，则在合成宽带信号之前需要通带滤波滤除重叠部分。

Claims (8)

1.一种基于多发多收频分雷达的宽带信号合成方法，包括如下步骤：

1)在多发多收雷达发射端，从发射阵列的M个发射阵元同步发射M个子带信号；

2)在多发多收雷达接收端，接收阵列中的N个接收阵元接收回波信号，每个接收阵元设置M个接收通道，得到N×M路对应于不同频段和不同阵元的接收信号；

3)对接收阵列获得的N×M路接收信号进行波束形成处理，然后将同方位的M路窄带信号分别进行匹配滤波处理，得到相应的M个窄带信号，再将M个窄带信号频谱相加得到合成宽带信号，所述合成宽带信号乘以倒数频谱窗得到最终的宽带信号。

2.根据权利要求1所述的宽带信号合成方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述M个子带信号在发射前均进行带外衰减处理。

3.根据权利要求1所述的宽带信号合成方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述M个子带信号中，相邻频段的所述子带信号分时交替发射。

4.根据权利要求2所述的宽带信号合成方法，其特征在于，对子带信号进行所述带外衰减处理的方法是：在发射各个频段的子带信号前对子带信号的频谱作预畸变处理，该预畸变处理为，假定子带线性调频信号的调频率为μ，信号的持续时间为T，该子带信号中心频率为f_c，那么预畸变处理将对该子带在|f-f_c|>(μT)/2范围的频谱加衰减。

5.根据权利要求4所述的宽带信号合成方法，其特征在于，所述衰减为-40dB。

6.根据权利要求3所述的宽带信号合成方法，其特征在于，所述相邻频段子带分时交替发射的方法是：将整个子带集合分为两个部分，假定共有M个子带，从1号子带到M号子带，则将号数为奇数的子带作为奇子集，将子带号数为偶数的子带作为偶子集；假定雷达的发射重复周期为T_p，在t时刻用发射阵列对应的阵元发射子带信号的奇子集，在t+T_p时刻发送子带信号的偶子集。

7.根据权利要求6所述的宽带信号合成方法，其特征在于，接收阵列在两个周期内分别接收所述奇子集和所述偶子集。

8.根据权利要求1所述的宽带信号合成方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述倒数频谱窗如下：假定合成宽带信号作完匹配滤波后的频谱为S(f)，其中|f|<B，B为合成信号带宽，则倒数频谱窗为

$H_w\left(f\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\left|S\left(f\right)\right|}^{-1},& \left|f\right|<B\\ 1,& \left|f\right|>B\end{array}\right..$

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