CN106324598B - 一种多通道子带信号的均衡、同步方法及其系统 - Google Patents

一种多通道子带信号的均衡、同步方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多通道子带信号的均衡、同步方法及其系统，令测试的内定标信号经过各接收和采样子通道；计算各接收和采样子通道的系统函数；计算各接收和采样子通道的频域匹配滤波器；令正常工作的回波信号经过各接收和采样子通道；对各子带信号进行频域匹配滤波。至此，完成了对多通道子带信号的均衡、同步处理。本文的方法解决了由于各子带信号经过不同接收和采样子通道后，产生的带内幅度起伏、相位不一致性和系统延时的问题，进而解决了子带合成后的脉冲压缩信号的副瓣电平升高和主瓣展宽的问题。

Description

一种多通道子带信号的均衡、同步方法及其系统
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，更为具体来说，是一种多通道子带信号的均衡、同步方法及其系统。
背景技术
信道均衡是改善通信系统性能，提高通信质量的一个极其重要的环节。使用信道均衡技术，可以有效消除码间干扰(ISI)带来的影响。自从Lucky提出自适应算法思想以来，很多学者对自适应算法进行了深入和系统地研究，取得了许多研究成果。尤其是Widrow等人提出的最小均方误差(LMS)算法，更是成为了一种经典算法，也成为了衡量其它自适应算法优劣的基准。LMS算法以其算法简单，易于实现等优点被广泛应用于信道均衡等各个领域。
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种高分辨率成像雷达，它在距离维和方位维分别使用脉冲压缩技术和合成孔径原理，取得二维的高分辨率图像。SAR广泛应用于航空精细测绘、环境监测、灾害评估等领域，可以及时获取关注目标区域的高分辨率图像信息。随着SAR的应用越来越广泛，对其成像的分辨率提出了很高的要求。
SAR距离分辨率的获取依赖于发射信号带宽，因此提高距离分辨率需要以增大发射信号带宽为前提。在毫米波段，宽带信号的发射相对较为简单，可以利用射频器件直接产生。但宽带信号的接收则相对复杂，受到接收机带宽、动态范围、接收增益、AD采样能力和传输数据率等的限制，工程实现难度较大。因此，可以采用单通道宽带信号发射、多通道同时接收的方式，利用宽带合成处理获得大带宽信号。但是，在带宽合成方法中各子带信号经过不同接收和采样子通道后，会产生带内幅度起伏、相位不一致性和系统延时等问题，进而导致子带合成后的脉冲压缩信号的副瓣电平升高和主瓣展宽等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多通道子带信号的均衡、同步方法及其系统，解决在合成孔径雷达成像的带宽合成方法中，由于各子带信号经过不同接收和采样子通道后，产生的带内幅度起伏、相位不一致性和系统延时的问题，进而解决子带合成后脉冲压缩信号副瓣电平升高和主瓣展宽的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种多通道子带信号的均衡、同步方法，该方法步骤包括：
步骤1，输入测试的内定标信号，通过计算得到频域匹配滤波器；
步骤2，输入雷达回波信号，令该回波信号经过各接收和采样子通道；
步骤3，利用所述步骤1得到的频域匹配滤波器对所述步骤2中的经过各接收和采样子通道的子带信号进行频域匹配滤波。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤1中还包括的步骤：
步骤11，将测试的内定标信号经过各接收和采样子通道；
步骤12，计算各接收和采样子通道的系统函数；
步骤13，利用系统函数计算各接收和采样子通道的频域匹配滤波器。
进一步，所述步骤11中设测试的内定标信号s(t)为标准线性调频信号，则经过第k个接收和采样子通道后的子带信号(令采样后的信号延时为0)为：
sk(t)＝s(t)*hk(t) (1)
其中，为第k个接收和采样子通道的冲激响应函数，αk为信号经过第k个接收和采样子通道后的幅度变化因子，Δkτ为信号经过第k个接收和采样子通道后产生的延时，为信号经过第k个接收和采样子通道后产生的相位误差。
进一步，所述步骤12的具体实现为：
设s(t)的频谱为S(f)，则sk(t)的频谱为：
Sk(f)＝S(f)·Hk(f) (2)
其中，Hk(f)为hk(t)的频谱。
则第k个接收和采样子通道的系统函数为：
进一步，所述步骤13的具体实现为令经过第k个接收和采样子通道的子带信号的频域匹配滤波器为：
其中，S(f)*为S(f)的共轭。
各接收和采样子通道特性在系统每次开机后会保持相对稳定，即Hk(f)会相对稳定，所以在系统开机后进行一次实时计算频域匹配滤波器，这样在匹配滤波时，信号经过采集通道后产生的幅度、时间和相位误差，都可以与计算出的匹配滤波器相抵消掉，进而得出较精确的子带信号的脉冲压缩结果。
进一步，所述步骤2具体实现为设正常工作的回波信号x(t)经过第k个接收和采样通道后的子带信号为：
xk(t)＝x(t-t0)*hk(t) (5)
其中，x(t-t0)为x(t)经过时延t0后的信号。
若x(t)的频谱为X(f)，则xk(t)的频谱Xk(f)为：
进一步，所述步骤3具体实现为经过第k个接收和采样通道后的子带信号的匹配滤波的过程为：
经过上述的计算方法，匹配滤波得到如图6带宽合成后的脉压结果和图7带宽合成后的脉压增益(dB)所示。红色曲线为采用标准匹配滤波器进行处理，可以看出脉压结果出现了明显的副瓣电平升高和主瓣展宽；蓝色曲线为采用本文本设计的匹配滤波器进行处理，脉压结果较好。
本发明还包含一种多通道子带信号的均衡、同步系统，该系统包含：
内定标信号模块，用于将测试的内定标信号经过各接收和采样子通道；然后计算各接收和采样子通道的系统函数；再计算各接收和采样子通道的频域匹配滤波器。
雷达回波信号模块，用于将正常工作的回波信号经过各接收和采样子通道。
进行频域匹配滤波模块，用于对各子带信号进行频域匹配滤波。
进一步，内定标信号模块，其还包含：
接收信号单元，用于把测试的内定标信号经过各接收和采样子通道；
系统函数单元，用于计算各接收和采样子通道的系统函数；
频域匹配滤波器单元，计算各接收和采样子通道的频域匹配滤波。
进一步，进行频域匹配滤波模块，其具体是：
用于将内定信号模块中频域匹配滤波器单元中计算得到的滤波与雷达回波信号模块输入的回波信号进行对各子带信号进行频域匹配滤波。
由上式可知：信号经过各接收和采集子通道后产生的幅度、时间和相位 误差，都可以与各子通道对应的频域匹配滤波器相抵消掉。
至此，完成了对多通道子带信号的均衡、同步处理。
本发明的带来的有益效果是：经过上述的方法，信号经过各接收和采集子通道后产生的幅度、时间和相位误差，以及子带合成后的脉冲压缩信号的副瓣电平升高和主瓣展宽，都可以与各子通道对应的频域匹配滤波器相抵消掉，从而实现多通道子带信号的均衡、同步。
附图说明
图1是多通道子带信号的均衡、同步的流程示意图
图2是子带信号1频谱
图3是子带信号2频谱
图4是子带信号3频谱
图5是子带合成后的频谱
图6是带宽合成后的脉压结果
图7是带宽合成后的脉压增益(dB)
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。如图1所示其具体的做法和实施的步骤如下：
一种多通道子带信号的均衡、同步方法中所涉及的计算公式步骤如下：
第一步：令测试的内定标信号经过各接收和采样子通道
设测试的内定标信号s(t)为标准线性调频信号，则经过第k个接收和采样子通道后的子带信号(令采样后的信号延时为0)为：
sk(t)＝s(t)*hk(t) (1)
其中，为第k个接收和采样子通道的冲激响应函数，αk为信号经过第k个接收和采样子通道后的幅度变化因子，Δkτ为信 号经过第k个接收和采样子通道后产生的延时，为信号经过第k个接收和采样子通道后产生的相位误差。
第二步：计算各接收和采样子通道的系统函数
设s(t)的频谱为S(∫)，则sk(t)的频谱为：
Sk(f)＝S(f)·Hk(f) (2)
其中，Hk(f)为hk(t)的频谱；
则第k个接收和采样子通道的系统函数为：
第三步：计算各接收和采样子通道的频域匹配滤波器
令经过第k个接收和采样子通道的子带信号的频域匹配滤波器为：
其中，S(f)*为S(∫)的共轭；
各接收和采样子通道特性在系统每次开机后会保持相对稳定，即Hk(f)会相对稳定，所以在系统开机后进行一次实时计算频域匹配滤波器，这样在匹配滤波时，信号经过采集通道后产生的幅度、时间和相位误差，都可以与计算出的匹配滤波器相抵消掉，进而得出较精确的子带信号的脉冲压缩结果。
第四步：令正常工作的回波信号经过各接收和采样子通道
设正常工作的回波信号x(t)经过第k个接收和采样通道后的子带信号为：
xk(t)＝x(t-t0)*hk(t) (5)
其中，x(t-t0)为x(t)经过时延t0后的信号；
若x(t)的频谱为X(f)，则xk(t)的频谱Xk(f)为：
第五步：对各子带信号进行频域匹配滤波
经过第k个接收和采样通道后的子带信号的匹配滤波的过程为：
由上式可知：信号经过各接收和采集子通道后产生的幅度、时间和相位误差，都可以与各子通道对应的频域匹配滤波器相抵消掉。
至此，完成了对多通道子带信号的均衡和同步处理。
经过上述的公式方法进行了实际试验如下：
宽带采集多通道合成算法
在实际系统中，为了得到较大带宽的信号，可以采用多个通道同时接收的方式，根据不同通带的射频滤波器，经过混频后得到不同通带的基带信号。本文采用3个子接收通道，滤波器采用理想的矩形滤波器，得到如图2、图3、图4所示的子带信号频谱。然后采用多通道宽带合成算法处理后，得到如图5所示的子带合成后频谱，进而得到高分辨的一维距离像。
仿真结果及应用成果
如图3所示为本方法的试验，通过该方法进行了实际接收机信号采集和子带合成实验，分别使用标准的匹配滤波器H(f)和本文构造的频谱HAD(f)作为匹配滤波器，其实验结果如图6带宽合成后的脉压结果和图7带宽合成后的脉压增益(dB)所示。红色曲线为采用标准匹配滤波器进行处理，可以看出脉压结果出现了明显的副瓣电平升高和主瓣展宽；蓝色曲线为采用本文本设计的匹配滤波器进行处理，脉压结果较好。
本文的方法解决了由于各子带信号经过不同接收和采样子通道后，产生的带内幅度起伏、相位不一致性和系统延时的问题，进而解决了子带合成后的脉冲压缩信号的副瓣电平升高和主瓣展宽的问题。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多通道子带信号的均衡、同步方法,其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1，输入测试的内定标信号，通过计算得到频域匹配滤波器；
步骤2，输入雷达回波信号，令该雷达回波信号经过各接收和采样子通道得到子带信号；
步骤3，利用所述步骤1得到的频域匹配滤波器对所述步骤2中的经过各收和采样子通道的子带信号进行频域匹配滤波；
其中，步骤1中具体包括：
步骤11，将测试的内定标信号经过各接收和采样子通道；
步骤12，计算各接收和采样子通道的系统函数；
步骤13，利用系统函数计算各接收和采样子通道的频域匹配滤波器。
2.根据权利要求1所述的一种多通道子带信号的均衡、同步方法，其特征在于，所述步骤11的计算方法为：
设测试的内定标信号s(t)为标准线性调频信号，则经过第k个接收和采样子通道后的子带信号为：
sk(t)＝s(t)*hk(t) (1)
其中，为第k个接收和采样子通道的冲激响应函数，αk为信号经过第k个接收和采样子通道后的幅度变化因子，Δkτ为信号经过第k个接收和采样子通道后产生的延时，为信号经过第k个接收和采样子通道后产生的相位误差。
3.根据权利要求2所述的一种多通道子带信号的均衡、同步方法，其特征在于，所述步骤12的计算方法为：
设s(t)的频谱为S(f)，则sk(t)的频谱为：
Sk(f)＝S(f)·Hk(f) (2)
其中，Hk(f)为hk(t)的频谱；
则第k个接收和采样子通道的系统函数为：
4.根据权利要求2所述的一种多通道子带信号的均衡、同步方法，其特征在于，所述步骤13的计算方法为：
令经过第k个接收和采样子通道的子带信号的频域匹配滤波器为:
其中，S(f)*为S(f)的共轭。
5.根据权利要求1所述的一种多通道子带信号的均衡、同步方法，其特征在于，所述步骤2的计算方法为：
设正常工作的回波信号x(t)经过第k个接收和采样通道后的子带信号为：
xk(t)＝x(t-t0)*hk(t) (5)
其中，x(t-t0)为x(t)经过时延t0后的信号；
若x(t)的频谱为X(f)，则xk(t)的频谱Xk(f)为：
6.根据权利要求1所述的一种多通道子带信号的均衡、同步方法，其特征在于，所述步骤13的计算方法为：
经过第k个接收和采样通道后的子带信号的匹配滤波的过程为：
7.一种多通道子带信号的均衡、同步的系统，其特征在于，该系统还包括：
内定标信号模块，用于将测试的内定标信号经过各接收和采样子通道；然后计算各接收和采样子通道的系统函数；再计算各接收和采样子通道的频域匹配滤波器；
雷达回波信号模块，用于将正常工作的回波信号经过各接收和采样子通道；
进行频域匹配滤波模块，用于对各子带信号进行频域匹配滤波；
其中，所述内定标信号模块具体包括：
接收信号单元，用于把测试的内定标信号经过各接收和采样子通道；
系统函数单元，用于计算各接收和采样子通道的系统函数；
频域匹配滤波器单元，计算各接收和采样子通道的频域匹配滤波。
8.根据权利要求7所述多通道子带信号的均衡、同步的系统，其特征在于，进行频域匹配滤波模块，用于将内定信号模块中频域匹配滤波器单元中计算得到的滤波与雷达回波信号模块输入的回波信号进行对各子带信号进行频域匹配滤波。
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