CN105158739B - 一种基于全相位处理的线性调频信号旁瓣抑制方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于全相位处理的线性调频信号旁瓣抑制方法，对匹配滤波器冲击响应进行全相位预处理得到全相位匹配滤波器频率响应，选取回波信号中与匹配滤波器冲击响应的长度相同的连续回波接收数据，进行全相位预处理后得到回波信号，将全相位预处理后的回波信号通过全相位匹配滤波器频率响应，得到全相位脉冲压缩输出结果，以全相位处理前回波接收数据长度的1/4为步长，滑窗选取回波接收数据，重复进行全相位处理和脉冲压缩，直到所有回波接收数据处理完毕。本发明从频域脉冲压缩处理过程出发，利用全相位谱分析良好的频谱泄漏抑制性能和相位不变性的优点，对匹配滤波器冲击响应及雷达回波都进行全相位处理，并结合滑窗接收，获得较优异的主旁瓣性能，提高雷达对弱小目标的检测性能。

Description

一种基于全相位处理的线性调频信号旁瓣抑制方法
技术领域
本发明涉及一种基于全相位处理的线性调频信号旁瓣抑制方法，适用于采用线性调频信号的脉冲压缩体制雷达。
背景技术
脉冲压缩技术可以解决目标距离分辨力与探测距离之间的矛盾，因此在现代雷达系统中得到了广泛应用。随着战场电磁环境日益复杂化及目标雷达散射面积锐减等发展趋势，强杂波强干扰信号通常与目标回波同时进入接收通道，强信号或干扰脉压的旁瓣可能会掩盖附近的弱信号的反射回波，在多目标环境中，脉冲压缩信号的旁瓣可能会埋没附近较小目标的主信号，引起目标丢失，因此，脉冲压缩旁瓣抑制成为提高雷达弱目标检测能力及多目标分辨能力的关键。
目前，通常采用加窗函数的方法来降低旁瓣，可查到的相关专利有“巴克码脉冲压缩加权方法”（申请号CN85103338），该发明针对巴克码脉冲序列，将压缩和加权两个步骤合二而一，一并完成脉冲压缩加权处理，以提高巴克码序列的自相关函数主旁瓣抑制比。此外，相关公开文献包括《直接加窗加权旁瓣抑制技术研究》、《chirp信号脉压旁瓣抑制方法研究》、《谱修正旁瓣抑制技术的研究与应用》、《一种低旁瓣高分辨卷积型数字脉冲压缩方法》等，都是从对匹配滤波器加窗函数进行设计优化的角度出发来达到较好的旁瓣抑制效果。本专利是通过对频域匹配滤波过程进行改进，从而实现旁瓣抑制，与现有技术相关性不大，并且与现有加窗技术可结合使用以进一步抑制旁瓣。
与全相位处理算法相关的发明专利共6项，分别为“基于全相位FFT的OFDM调制解调方法（申请号200710061393.7）”、“基于全相位FFT的通用解调方法（申请号200710061394.1）”、“全相位时移相位差频谱校正法（申请号200610129444.0）”、“基于加窗全相位FFT的APF谐波检测与控制系统及方法（申请号201210316891.2）”、“基于全相位FFT的高精度瞬间相位估计方法（申请号200810053624.4）”、“全相位正交频分复用OFDM系统帧同步方法（申请号200810152380.5）”。上述相关专利将全相位处理算法应用于调制解调、相位估计及校正、谐波检测等方面，未有应用于目标检测领域，因此与本专利相关度不高。本专利是将全相位FFT应用于线性调频信号匹配滤波过程中，结合滑窗处理技术，抑制旁瓣，以实现弱目标检测的一种方法。
发明内容
本发明提供一种基于全相位处理的线性调频信号旁瓣抑制方法，从频域脉冲压缩处理过程出发，利用全相位谱分析良好的频谱泄漏抑制性能和相位不变性的优点，对匹配滤波器冲击响应及雷达回波都进行全相位处理，并结合滑窗接收，获得较优异的主旁瓣性能，提高雷达对弱小目标的检测性能。
为了达到上述目的，本发明提供一种基于全相位处理的线性调频信号旁瓣抑制方法，包含以下步骤：
步骤S1、对匹配滤波器冲击响应h(n)进行全相位预处理，形成全相位滤波器冲击响应h ap(n)，对全相位滤波器冲击响应h ap(n)进行傅里叶变换后得到全相位匹配滤波器频率响应H ap(k)；
步骤S2、选取回波信号中与匹配滤波器冲击响应h(n)的长度相同的连续回波接收数据，进行全相位预处理后得到回波信号x ap(n)；
步骤S3、将全相位预处理后的回波信号x ap(n)通过全相位匹配滤波器频率响应H ap(k)，得到全相位脉冲压缩输出结果y ap(n)；
步骤S4、以全相位处理前回波接收数据长度的1/4为步长，滑窗选取回波接收数据，重复进行步骤S2和步骤S3，直到所有回波接收数据处理完毕，完成对回波信号的匹配滤波处理，实现旁瓣抑制。
采用窗函数W(k)对全相位匹配滤波器频率响应H ap(k)进行加权，产生新的加权全相位匹配滤波器频率响应与回波信号x ap(n)进行频域脉冲压缩。
采用任意窗函数W(k)对全相位匹配滤波器频率响应H ap(k)进行加权。
本发明具有以下优点：
1、从频域匹配滤波处理方法出发，引入全相位处理技术实现旁瓣抑制，在不加窗（等效于加矩形窗）情况下可获得较好的旁瓣抑制效果；
2、背景技术中的各种加窗方法都可以应用于本发明提供的全相位预处理中，从而获得更优异的旁瓣抑制效果。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是频域脉压处理原理图。
图3是全相位傅里叶变换原理框图。
图4是N=3情况下不加窗全相位数据预处理原理框图。
图5是滑窗处理示意图。
图6是基于全相位谱分析的脉冲压缩处理结果。
具体实施方式
以下根据图1～图6，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种基于全相位处理的线性调频信号旁瓣抑制方法，基于频域脉冲压缩处理思想，将其中的传统傅里叶变换替换为全相位傅里叶变换，实现线性调频信号旁瓣抑制，该方法包含以下步骤：
步骤S1、对匹配滤波器冲击响应h(n)进行全相位预处理，形成全相位滤波器冲击响应h ap(n)，对全相位滤波器冲击响应h ap(n)进行傅里叶变换（FFT）后得到全相位匹配滤波器频率响应H ap(k)；
步骤S2、选取回波信号中与匹配滤波器冲击响应h(n)的长度相同的连续回波接收数据，进行全相位预处理后得到回波信号x ap(n)；
步骤S3、将全相位预处理后的回波信号x ap(n)通过全相位匹配滤波器频率响应H ap(k)，得到全相位脉冲压缩输出结果y ap(n)；
步骤S4、以全相位处理前回波接收数据长度的1/4为步长，滑窗选取回波接收数据，重复进行步骤S2和步骤S3，直到所有回波接收数据处理完毕，完成对回波信号的匹配滤波处理，实现旁瓣抑制。
如图2～图6所示，是本发明的一个实施例，该实施例包含以下步骤：
步骤S1、如图3所示，取2N-1点匹配滤波器冲击响应h(n)进行全相位预处理，形成N点全相位滤波器冲击响应h ap(n)，进行FFT后得到全相位匹配滤波器频率响应H ap(k)；
图3为全相位傅里叶变换原理框图。输入时域信号h(1)…h(2N-1)，经过全相位预处理后得到时域信号h ap(1)… h ap(N)，经过傅里叶变换（FFT）后得到全相位FFT输出信号H ap(1)…H ap(N)。
图4为N=3情况下不加窗全相位数据预处理原理框图。输入匹配滤波器冲击响应h(1)…h(2N-1)，在进行全相位预处理过程中循环移位叠加处理可以简化为如下操作过程：对长度为N的矩形窗函数进行自卷积得到长度为2N-1的新的双窗函数w c2 = w c *w c = [1 11]* [1 1 1] = [1 2 3 2 1]，将其对长度为(2N-1)的输入序列进行加权，之后将加权后数据序列中第i个数据与第N+i个数据直接两两相加得到N-1个新的数据（i的取值范围为1至N-1），第N个数据保持不变，得到全相位预处理后的N个匹配滤波器冲击响应信号h ap(n)，此处的双矩形窗函数是由于全相位预处理过程中对分段匹配滤波器冲击响应数据循环移位叠加处理产生的，对于各分段数据未进行加窗处理；
如图4所示，为进一步提高旁瓣抑制性能，可对匹配滤波器冲击响应进行加窗全相位预处理，即w c 选取如汉明窗等其他形式窗函数，形成双窗函数w c2后对匹配滤波器冲击响应2N-1个数据h(1)…h(2N-1)进行加权后，再将间隔N的数据两两相加，得到长度为N的新的匹配滤波器冲击响应，完成加窗情况下对匹配滤波器冲击响应的全相位预处理，此处的双窗函数是由于对分段数据进行加窗处理后再进行数据循环移位叠加处理产生的，各分段数据的窗函数均为w c 。
步骤S2、依序选取回波信号中连续2N-1个回波接收数据x(1)…x(2N-1)，按照图3、图4所示进行不加窗全相位预处理操作，得到N个回波信号x ap(n)；
步骤S3、如图2所示，将全相位预处理后的回波信号x ap(n)通过全相位匹配滤波器频率响应H ap(k)，得到全相位脉冲压缩输出结果y ap(n)；
图2为频域脉压处理原理图。脉冲压缩处理是一个匹配滤波过程，根据处理方式的不同，可以分为时域脉压和频域脉压两种方法。时域脉压的方法指的是在时域将回波信号与匹配滤波器进行卷积运算，频域脉压利用了傅里叶变换的性质，将时域信号的卷积等效为频域信号的相乘，在信号时宽较大时采用频域处理方法有明显优势，其控制方式和可编程能力均优于时域处理，现代雷达多波形脉压系统多采用频域处理方式。图2中，x n 为雷达回波信号，h n 为匹配滤波器冲击响应，X(k)和H(k)分别为x n 与h n 经过傅里叶变换（FFT）后的回波信号频谱及匹配滤波器频率响应，两者相乘后得到脉冲压缩后信号的频谱Y(k)，经过逆傅里叶变换（IFFT）得到脉冲压缩输出的时域信号y n 。为提高压缩脉冲的主副比，可采用窗函数W(k)对匹配滤波器频率响应H(k)进行加权作为新的加权匹配滤波器频率响应与回波信号进行频域脉压处理。
步骤S4、如图5所示，取上一次处理数据延时L个时刻后的2N-1个回波接收数据，即相邻两次处理数据之间的重叠长度为(2N-1-L)，重复步骤S2和步骤S3，直到所有回波接收数据处理完毕，其中，由于进行全相位预处理后回波信号长度变为N，所以为保证数据率通常取L=N/2，即为全相位预处理前回波信号长度(2N-1)的1/4。
完成基于全相位算法的低旁瓣脉冲压缩处理过程。
图5为滑窗处理示意图。为实现实时处理，通常进行滑窗处理代替线性卷积运算，依序取雷达回波信号x n 中的(2N-1)个数据进行如图2所示的频域脉压处理，相邻两次处理数据之间的重叠长度为(2N-1-L)，由于进行全相位预处理后回波信号长度变为N，所以为保证数据率通常取L=N/2。
图6为基于全相位谱分析的脉冲压缩处理结果。从图6中可以看出，在采用不加窗全相位脉冲压缩处理后实现旁瓣抑制，从而使得强目标附近的小目标能够被检测出来。若采用加窗全相位脉冲压缩处理，可以进一步提升旁瓣抑制度。
本发明从频域脉冲压缩处理过程出发，利用全相位谱分析良好的频谱泄漏抑制性能和相位不变性的优点，对匹配滤波器冲击响应及雷达回波都进行全相位处理，并结合滑窗接收，获得较优异的主旁瓣性能，提高雷达对弱小目标的检测性能。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (1)

1.一种基于全相位处理的线性调频信号旁瓣抑制方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1、对匹配滤波器冲击响应h(n)进行全相位预处理，形成全相位滤波器冲击响应hap(n)，对全相位滤波器冲击响应hap(n)进行傅里叶变换后得到全相位匹配滤波器频率响应Hap(k)；
步骤S2、选取回波信号中与匹配滤波器冲击响应h(n)的长度相同的连续的回波接收数据，进行全相位预处理后得到全相位预处理后回波信号xap(n)；
步骤S3、将全相位预处理后的回波信号xap(n)通过全相位匹配滤波器频率响应Hap(k)，得到全相位脉冲压缩输出结果yap(n)；
步骤S4、以全相位预处理前的回波接收数据长度的1/4为步长，滑窗选取回波接收数据，重复进行步骤S2和步骤S3，直到所有回波接收数据处理完毕，完成对回波信号的匹配滤波处理，实现旁瓣抑制；
采用任意窗函数W(k)对全相位匹配滤波器频率响应Hap(k)进行加权，产生新的加权全相位匹配滤波器频率响应与回波信号xap(n)进行频域脉冲压缩。
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