CN103529429A - 用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法，包括如下步骤：对时域中的线性调频信号进行正交解调；对正交解调后的时域中的线性调频信号进行低通滤波；对低通滤波后的时域中的线性调频信号依次进行傅里叶变换和频带搬移得到频域中的线性调频信号；对时域中的匹配滤波信号依次进行傅里叶变换和频带搬移得到频域中的匹配滤波信号；以将时域中的匹配滤波信号转换为频域中的匹配滤波信号；将频域中的线性调频信号与频域中的匹配滤波信号进行复共轭相乘得到频域中的脉冲压缩信号；将频域中的脉冲压缩信号进行傅里叶逆变换得到时域中的脉冲压缩信号。本发明的脉冲压缩方法能够提高距离分辨力，降低信噪比损失；改善图像质量。

Description

用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法

技术领域

本发明涉及脉冲压缩技术领域，特别涉及一种用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法。

背景技术

随着遥感技术的发展，对雷达或引信的作用距离、分辨能力和测量精度等性能指标的要求也越来越高。如果要提高雷达系统的分辨能力和测量精度，要求雷达信号具有大的时宽带宽积。但是，由于雷达系统的发射设备和馈电设备的峰值功率的限制，只能通过加大脉宽的方式来获得能量较高的雷达信号。然而，单载频脉冲信号的脉宽即时宽与带宽的乘积接近1，故大的脉宽和大的带宽无法同时获得。

脉冲压缩技术，就是在雷达发射机中发射时宽较宽、峰值功率较低的脉冲，通过对载频进行编码以增加发射波形的带宽；然后在接收机中对回波实施脉冲压缩，从而获得时宽较窄、峰值功率较高的脉冲。

根据现有技术的匹配滤波器理论，用于线性调频信号的脉冲压缩是在宽脉冲内附加线性调频，以扩展信号的频带，使得信号的脉宽与带宽的乘积大于1。经脉冲压缩后的信号称为脉冲压缩信号或大时宽带宽积信号。

脉冲压缩技术能有效解决雷达作用距离与距离分辨力之间的矛盾，在不降低雷达作用距离的前提下提高雷达的距离分辨力，是实现雷达高分辨力，得到聚焦良好图像的有效途径。

现有技术中，用于线性调频信号的脉冲压缩方法存在如下缺点：距离分辨力较差，信噪比损失，图像质量较差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法。

本发明提供的用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法包括如下步骤：

对时域中的线性调频信号进行正交解调；

对正交解调后的时域中的线性调频信号进行低通滤波；

对低通滤波后的时域中的线性调频信号依次进行傅里叶变换和频带搬移得到频域中的线性调频信号；

对时域中的匹配滤波信号依次进行傅里叶变换和频带搬移得到频域中的匹配滤波信号；以将时域中的匹配滤波信号转换为频域中的匹配滤波信号；

将频域中的线性调频信号与频域中的匹配滤波信号进行复共轭相乘得到频域中的脉冲压缩信号；

将频域中的脉冲压缩信号进行傅里叶逆变换得到时域中的脉冲压缩信号。

优选地，所述步骤“对时域中的线性调频信号进行正交解调”包括如下子步骤：

将时域中的线性调频信号与余弦信号相乘得到正交解调后的时域中的线性调频信号的实部分量；

将时域中的线性调频信号与正弦信号相乘得到正交解调后的时域中的线性调频信号的虚部分量。

进一步优选地，时域中的线性调频信号x(t)的表达式为：

$x\left(t\right)=\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\cos (2\mathrm{\π}{f}_{0}t+{\mathrm{\πKt}}^2);$

其中，t为时间；T为脉冲宽度；f₀为载频；K为线性调频率；

余弦信号的表达式为：

R_c＝cos(2πf₀t)；

正弦信号的表达式为：

R_s＝-sin(2πf₀t)。

进一步优选地，正交解调后的时域中的线性调频信号的实部分量的表达式为：

$x_c\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\left\{\cos \right[{\mathrm{\πKt}}^2]+\cos [4\mathrm{\π}{f}_{0}t+{\mathrm{\πKt}}^2\left]\right\};$

正交解调后的时域中的线性调频信号的虚部分量的表达式为：

$x_s\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\left\{\sin \right[{\mathrm{\πKt}}^2]-\sin [4\mathrm{\π}{f}_{0}t+{\mathrm{\πKt}}^2\left]\right\}.$

进一步优选地，所述步骤“对正交解调后的时域中的线性调频信号进行低通滤波”包括如下子步骤：

对正交解调后的时域中的线性调频信号的实部分量进行低通滤波得到低通滤波后的时域中的线性调频信号的实部分量；

对正交解调后的时域中的线性调频信号的虚部分量进行低通滤波得到低通滤波后的时域中的线性调频信号的虚部分量。

进一步优选地，低通滤波后的时域中的线性调频信号的实部分量的表达式为：

$x_c^a\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\cos \left[{\mathrm{\πKt}}^2\right];$

低通滤波后的时域中的线性调频信号的虚部分量的表达式为：

$x_s^a\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\sin \left[{\mathrm{\πKt}}^2\right].$

优选地，低通滤波后的时域中的线性调频信号的表达式为：

$x^a\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\exp \left\{{\mathrm{j\πKt}}^2\right\}.$

优选地，时域中的匹配滤波信号的表达式为：

$h\left(t\right)=\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\exp \left\{{-\mathrm{j\πKt}}^2\right\};$

其中，t为时间；T为脉冲宽度；K为线性调频率。

优选地，进行复共轭相乘的频域中的线性调频信号的数据长度与频域中的匹配滤波信号的数据长度相同。

优选地，时域中的脉冲压缩信号的表达式为：

s_out(t)＝Tsinc(KTt)；

其中，t为时间；T为脉冲宽度；K为线性调频率。

本发明具有如下有益效果：

(1)与现有技术的脉冲压缩方法相比，本发明的脉冲压缩方法能够提高距离分辨力；

(2)与现有技术的脉冲压缩方法相比，本发明的脉冲压缩方法能够降低信噪比损失；

(3)与现有技术的脉冲压缩方法相比，本发明的脉冲压缩方法能够改善图像质量；

(4)本发明的脉冲压缩方法能够用于雷达和地震的探测系统的信号处理。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步的描述。

如图1所示，本实施例提供的用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法包括如下步骤：

S1：对时域中的线性调频信号进行正交解调；

S2：对正交解调后的时域中的线性调频信号进行低通滤波；

S3：对低通滤波后的时域中的线性调频信号依次进行傅里叶变换和频带搬移得到频域中的线性调频信号；

S4：对时域中的匹配滤波信号依次进行傅里叶变换和频带搬移得到频域中的匹配滤波信号；

S5：将频域中的线性调频信号与频域中的匹配滤波信号进行复共轭相乘得到频域中的脉冲压缩信号；

S6：将频域中的脉冲压缩信号进行傅里叶逆变换得到时域中的脉冲压缩信号。

上述步骤S1进一步包括如下子步骤：

S1.1：将时域中的线性调频信号与余弦信号相乘得到正交解调后的时域中的线性调频信号的实部分量；

S1.2：将时域中的线性调频信号与正弦信号相乘得到正交解调后的时域中的线性调频信号的虚部分量。

需要说明的是，上述步骤S1.1与上述步骤S1.2的顺序可以互换。

上述步骤S1.1和步骤S1.2中，时域中的线性调频信号x(t)的表达式为：

$x\left(t\right)=\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\cos (2\mathrm{\π}{f}_{0}t+{\mathrm{\πKt}}^2)$    公式(1)；

公式(1)中，t为时间；T为脉冲宽度；f₀为载频；K为线性调频率；

上述步骤S1.1中，余弦信号的表达式为：

R_c＝cos(2πf₀t)    公式(2)；

上述步骤S1.2中，正弦信号的表达式为：

R_s＝-sin(2πf₀t)    公式(3)。

上述步骤S1.1得到的正交解调后的时域中的线性调频信号x(t)的实部分量x_c(t)的表达式为：

$x_c\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\left\{\cos \right[{\mathrm{\πKt}}^2]+\cos [4\mathrm{\π}{f}_{0}t+{\mathrm{\πKt}}^2\left]\right\}$    公式(4)；

上述步骤S1.2得到的正交解调后的时域中的线性调频信号x(t)的虚部分量x_s(t)的表达式为：

$x_s\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\left\{\sin \right[{\mathrm{\πKt}}^2]-\sin [4\mathrm{\π}{f}_{0}t+{\mathrm{\πKt}}^2\left]\right\}$    公式(5)。

上述步骤S2进一步包括如下子步骤：

S2.1：对正交解调后的时域中的线性调频信号的实部分量进行低通滤波得到低通滤波后的时域中的线性调频信号的实部分量；

S2.2：对正交解调后的时域中的线性调频信号的虚部分量进行低通滤波得到低通滤波后的时域中的线性调频信号的虚部分量。

需要说明的是，上述步骤S2.1与上述步骤S2.2的顺序可以互换。

上述步骤S2.1得到的低通滤波后的时域中的线性调频信号x(t)的实部分量

的表达式为：

$x_c^a\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\cos \left[{\mathrm{\πKt}}^2\right]$    公式(6)；

上述步骤S2.2得到的低通滤波后的时域中的线性调频信号x(t)的虚部分量

的表达式为：

$x_s^a\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\sin \left[{\mathrm{\πKt}}^2\right]$    公式(7)。

根据公式(6)和公式(7)，低通滤波后的时域中的线性调频信号的表达式为：

$x^a\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\exp \left\{{\mathrm{j\πKt}}^2\right\}$    公式(8)。

上述步骤S4中，时域中的匹配滤波信号h(t)的表达式为：

$h\left(t\right)=\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\exp \left\{{-\mathrm{j\πKt}}^2\right\}$    公式(9)；

公式(9)中，t为时间；T为脉冲宽度；K为线性调频率。

优选地，上述步骤S5中，进行复共轭相乘的频域中的线性调频信号的数据长度与频域中的匹配滤波信号的数据长度相同。

上述步骤S6得到的时域中的脉冲压缩信号s_out(t)的表达式为：

s_out(t)＝Tsinc(KTt)    公式(10)；

公式(10)中，t为时间；T为脉冲宽度；K为线性调频率。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法，其特征在于，该脉冲压缩方法包括如下步骤：

对时域中的线性调频信号进行正交解调；

对正交解调后的时域中的线性调频信号进行低通滤波；

对低通滤波后的时域中的线性调频信号依次进行傅里叶变换和频带搬移得到频域中的线性调频信号；

对时域中的匹配滤波信号依次进行傅里叶变换和频带搬移得到频域中的匹配滤波信号；以将时域中的匹配滤波信号转换为频域中的匹配滤波信号；

将频域中的线性调频信号与频域中的匹配滤波信号进行复共轭相乘得到频域中的脉冲压缩信号；

将频域中的脉冲压缩信号进行傅里叶逆变换得到时域中的脉冲压缩信号。

2.根据权利要求1所述的用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法，其特征在于，所述步骤“对时域中的线性调频信号进行正交解调”包括如下子步骤：

将时域中的线性调频信号与余弦信号相乘得到正交解调后的时域中的线性调频信号的实部分量；

将时域中的线性调频信号与正弦信号相乘得到正交解调后的时域中的线性调频信号的虚部分量。

3.根据权利要求2所述的用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法，其特征在于，

时域中的线性调频信号x(t)的表达式为：

$x\left(t\right)=\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\cos (2\mathrm{\π}{f}_{0}t+{\mathrm{\πKt}}^2);$

其中，t为时间；T为脉冲宽度；f₀为载频；K为线性调频率；

余弦信号的表达式为：

R_c＝cos(2πf₀t)；

正弦信号的表达式为：

R_s＝-sin(2πf₀t)。

4.根据权利要求2所述的用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法，其特征在于，

正交解调后的时域中的线性调频信号的实部分量的表达式为：

$x_c\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\left\{\cos \right[{\mathrm{\πKt}}^2]+\cos [4\mathrm{\π}{f}_{0}t+{\mathrm{\πKt}}^2\left]\right\};$

正交解调后的时域中的线性调频信号的虚部分量的表达式为：

$x_s\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\left\{\sin \right[{\mathrm{\πKt}}^2]-\sin [4\mathrm{\π}{f}_{0}t+{\mathrm{\πKt}}^2\left]\right\}.$

5.根据权利要求1所述的用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法，其特征在于，所述步骤“对正交解调后的时域中的线性调频信号进行低通滤波”包括如下子步骤：

对正交解调后的时域中的线性调频信号的实部分量进行低通滤波得到低通滤波后的时域中的线性调频信号的实部分量；

对正交解调后的时域中的线性调频信号的虚部分量进行低通滤波得到低通滤波后的时域中的线性调频信号的虚部分量。

6.根据权利要求5所述的用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法，其特征在于，

低通滤波后的时域中的线性调频信号的实部分量的表达式为：

$x_c^a\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\cos \left[{\mathrm{\πKt}}^2\right];$

低通滤波后的时域中的线性调频信号的虚部分量的表达式为：

$x_s^a\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\sin \left[{\mathrm{\πKt}}^2\right].$

7.根据权利要求1所述的用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法，其特征在于，低通滤波后的时域中的线性调频信号的表达式为：

$x^a\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\exp \left\{{\mathrm{j\πKt}}^2\right\}.$

8.根据权利要求1所述的用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法，其特征在于，时域中的匹配滤波信号的表达式为：

$h\left(t\right)=\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)\exp \left\{{-\mathrm{j\πKt}}^2\right\};$

其中，t为时间；T为脉冲宽度；K为线性调频率。

9.根据权利要求1所述的用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法，其特征在于，进行复共轭相乘的频域中的线性调频信号的数据长度与频域中的匹配滤波信号的数据长度相同。

10.根据权利要求1所述的用于线性调频信号的频域中的脉冲压缩方法，其特征在于，时域中的脉冲压缩信号的表达式为：

s_out(t)＝Tsinc(KTt)；

其中，t为时间；T为脉冲宽度；K为线性调频率。

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