CN104062511A - 一种多路多目标回波信号的精确相位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路多目标回波信号的精确相位测量方法。具体步骤：发送端，发射窄脉冲信号，且前后相邻脉冲的初始相位保持特定的差值，脉冲宽度的设计保证回波信号具有一定的距离分辨率；接收端，以发送端提供的同步脉冲为参考，选择接收到的每一个脉冲中特定位置的一段信号，多段进行拼接，拼接为长周期的连续波信号；对长周期的连续波信号进行窄带滤波，滤除带外的噪声，提高待处理信号的信噪比；对滤波后的信号，再利用傅里叶变换计算相位值。该方法其它信号处理方法相比，采用有效方法拼接为长周期的连续被信号，便于噪声分量的滤波。可有效解决脉冲宽度与信号带宽之间的矛盾，可显著提高测量信号的信噪比，及多目标回波信号相位测量精度。

Description

一种多路多目标回波信号的精确相位测量方法

技术领域

本发明涉及多路多目标回波信号的精确相位测量，适用于低信噪比条件下进行高精度相位测量的场合。可应用于多路多目标高精度相位测量领域。

背景技术

对目标的回波信号进行测量与分析要求提高接收信号的信噪比，以及较高的目标距离分辨率。目标信号的回波信号能量较低，如何在较低的信噪比条件下，有效的提高多路多目标回波信号相位的测量精度以及提高目标的分辨率是多路多目标高精度相位测量领域关注的重点。线性调频信号可以获得高的信噪比与高的目标距离分辨率，但是在多路信号相参性能保持上存在技术难度。连续波信号具有高的测量精度，但是不适用于多路多目标信号的测量。

从机理上看，一方面要提高测量脉冲的分辨率，需要降低脉冲的宽度；另一方面要提高测量精度，要降低信号的有效带宽，采用窄带滤波器滤波噪声分量，提高信号的信噪比。而在多路多目标回波信号的测量中上述二者是相互矛盾的，并且传统的线性调频信号难以保证多路信号的相参性，目前尚未检索到较为通用和有效的解决多路多目标信号高精度相位测量难题的方法。

发明内容

本发明的目的是设计一种高效的信号体制，该体制能够兼顾降低脉冲宽度提高距离分辨与增加信号积累时间提高信号信噪比的需要，提高多路多目标回波信号相位测量精度，同时能够满足多路多目标信号测量的要求。

本发明的技术方案是，一种多路多目标回波信号的精确相位测量方法，在实际的测相过程中进行下述步骤：发送端发射窄脉冲信号，且前后相邻脉冲的初始相位保持特定的差值，具体由载波频率、拼接宽度决定，脉冲宽度的设计保证回波信号具有一定的距离分辨率；接收端，以发送端提供的同步脉冲为参考，选择接收到的每一个脉冲中特定位置的一段信号，多段进行拼接，拼接为长周期的连续波信号；对长周期的连续波信号进行窄带滤波，滤除带外的噪声，提高待处理信号的信噪比；对滤波后的信号，再利用傅里叶变换计算相位值，具体步骤如下：

步骤一：发射端发射窄脉冲信号

相邻脉冲间正弦信号的相位差 的选择，需要考虑拼接后的信号为连续的正弦信号。故在每个脉冲前沿正弦信号的相对前一个脉冲的相位差为：

（1）

其中为每个脉冲内所需要拼接的信号宽度，为连续波信号的载频。

步骤二：接收端对输入的个脉冲信号进行拼接。根据同步脉冲，固定的选择相对接收脉冲前沿延时的一段长度为的信号，然后个长度为的信号首尾相接，拼接一段长度为的长周期正弦信号。

通常为了提高信号的信噪比，拼接后信号长度应该越大越好，越大，则滤波器的带宽可取得越窄，滤波器的带宽越窄则输出信号的信噪比越高，信号的测相精度越高。

步骤三：对接收到的时间长度为的正弦信号进行相位测量

输入的信号为一个长度为的长周期的相位连续的正弦信号，接收端以采样速率进行采样并滤波后，得到N点有限长序列。本发明的目的在于精确的测相，由于收发两端对信号频率精确已知，故可以对AD采样到的信号采用傅里叶级数展开的方法测相。根据、、的关系可计算出连续波信号的载频对应的序号。具体的计算公式如下：

得到的复信号的相位即为所求信号的瞬时相位。

同理对其它路的信号做同样的计算，可得到信号的瞬时相位。

本发明的有益效果为：

利用本发明提供的技术方法，在多路多目标回波信号测量中，便于利用多脉冲信号之间的相参性，不存在相位调频信号保持多路回波信号相参性困难的问题。与其它信号处理方法相比，采用有效方法拼接为长周期的连续波信号，便于噪声分量的滤波。该方法可有效解决脉冲宽度与信号带宽之间的矛盾，可显著提高测量信号的信噪比，及多目标回波信号相位测量精度。

附图说明

图1为周期性的测量脉冲信号示意图；

图2为每个脉冲内信号结构示意图；

图3为拼接后的信号结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

图1为发送的周期性的脉冲信号，发射的信号为脉宽为，重频周期为。

图2为发送每个脉冲宽度内的信号样式，脉冲内为载频的连续波信号，图中为所需要拼接的信号宽度，为所需信号相对脉冲前沿的时延。为保证接收端拼接信号的连续性，必须对每个脉冲内的信号的初始相位进行精确的控制。相邻脉冲前沿的初始相位差为。

图3为接收端将个脉冲中宽度为的部分连续的拼接为一个长度为的连续正弦信号。为保证信号接收端前后两段信号相位的连续，还必须对每个脉冲内信号的截取时刻的相对时延进行精确的同步。拼接后的信号的带宽随着脉冲数的变大而减小，带宽越小，则经过窄带滤波后信号的信噪比越高，后续基于傅里叶的相位测量算法的测相精度越高。

Claims (1)

1.一种多路多目标回波信号的精确相位测量方法，其特征在于，发送端发射窄脉冲信号，且前后相邻脉冲的初始相位保持特定的差值，特定的差值具体由载波频率、拼接宽度决定，脉冲宽度的设计保证回波信号具有一定的距离分辨率；接收端，以发送端提供的同步脉冲为参考，选择接收到的每一个脉冲中特定位置的一段信号，多段进行拼接，拼接为长周期的连续波信号；对长周期的连续波信号进行窄带滤波，滤除带外的噪声，提高待处理信号的信噪比；对滤波后的信号，再利用傅里叶变换计算相位值，具体步骤如下：

步骤一：发射端发射窄脉冲信号

相邻脉冲间正弦信号的相位差 的选择，需要考虑拼接后的信号为连续的正弦信号；

故在每个脉冲前沿正弦信号的相对前一个脉冲的相位差为：

（1）

其中为每个脉冲内所需要拼接的信号宽度，为连续波信号的载频；

步骤二：接收端对输入的个脉冲信号进行拼接，根据同步脉冲，固定的选择相对接收脉冲前沿延时的一段长度为的信号，然后个长度为的信号首尾相接，拼接一段长度为的长周期正弦信号；

为了提高信号的信噪比，拼接后信号长度应该越大越好，越大，则滤波器的带宽可取得越窄，滤波器的带宽越窄则输出信号的信噪比越高，信号的测相精度越高；

步骤三：对接收到的时间长度为的正弦信号进行相位测量

输入的信号为一个长度为的长周期的相位连续的正弦信号，接收端以采样速率进行采样并滤波后，得到N点有限长序列，由于收发两端对信号频率精确已知，故可以对AD采样到的信号采用傅里叶级数展开的方法测相，根据、、的关系可计算出连续波信号的载频对应的序号，具体的计算公式如下：

得到的复信号的相位即为所求信号的瞬时相位，

同理对其它路的信号做同样的计算，得到信号的瞬时相位。