CN109324313A - 一种用于冲激雷达的等效时间采样系统和方法 - Google Patents

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张冰
曹宇
施学余
贾琳
李闯
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Abstract

本发明公开一种用于冲激雷达的等效时间采样系统和方法，包括：基准时钟模块、时序控制模块、窄脉冲产生模块、发射天线、接收天线、采样保持模块、模数转换器、数字信号处理器；产生时钟信号作为系统的参考时钟，并根据时钟信号产生多个不同频率的脉冲触发信号；根据脉冲触发信号触发生成周期脉冲信号，并向外发出；接收反射回来的周期脉冲信号，并进行模数转换处理，对处理后生成的数字信号进行采样处理。本发明在一个脉冲重复周期内可以对回波信号进行多次采样，提高了采样速度和效率，同时获得的采样序列经过数据整理后与传统等效时间采样方法获得的采样序列相同，都能够准确恢复出目标相关信息，使冲激雷达能够适用于更广的应用领域。

Description

一种用于冲激雷达的等效时间采样系统和方法
技术领域
本发明涉及雷达探测领域。更具体地，涉及一种用于冲激雷达的等效时间采样系统和方法。
背景技术
冲激雷达采用窄脉冲信号作为探测目标信息的载体，窄脉冲信号的时域持续时间极短，为纳秒(ns)甚至亚纳秒量级，其频域的频谱分量极为丰富，可覆盖直流至几个吉赫兹(GHz)。冲激雷达具有工作带宽大、分辨力高、穿透性强、定位准确的独特优势，同时兼顾结构简单、体积小、功耗低的特点，在探地雷达、穿墙雷达等领域有着广泛的应用。
由奈奎斯特(Nyquist)采样定律可知，对于频率为f的信号若要完全恢复出该信号的信息，则要求采样频率不小于2f。在冲激雷达的应用中，发射信号和目标回波信号的频谱很宽，如果雷达接收机采用实时采样方法，则要具有非常高的采样速率。这在实现上有很大的难度，而且成本也会很高。为了克服采样率过高的难题，采用等效时间采样方法是一种行之有效的解决方案。
在周期性信号条件下，等效时间采样在每个周期内只采集部分采样点的信息，然后通过多个周期来采集所需要的全部信息，最后将这些采集到的信息组合在一起，实现被采信号全部信息的恢复。
等效时间采样可以通过低采样率等效实现高采样率的采样。其缺点是需要消耗大量时间，在某些条件下实时采样只需一个采样周期而等效时间采样可能需要上百个采样周期，这样大大降低了系统的效率。同时，等效时间采样要求被采信号必需是可重复的周期信号，这也极大的限制了等效时间采样的应用范围。
因此，需要提供一种用于冲激雷达的等效时间采样系统和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于冲激雷达的等效时间采样系统和方法，用于解决传统等效时间采样方法效率低下的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种用于冲激雷达的等效时间采样系统，包括：
基准时钟模块、时序控制模块、窄脉冲产生模块、发射天线、接收天线、采样保持模块、模数转换器、数字信号处理器；
所述基准时钟模块用于产生时钟信号并发送到时序控制模块，作为系统的参考时钟；
所述时序控制模块用于根据接收的时钟信号产生多个不同频率的脉冲触发信号；
所述窄脉冲产生模块与时序控制模块连接，用于在时序控制模块产生的脉冲触发信号触发下生成周期脉冲信号，并由发射天线向外发出；
所述接收天线用于接收反射回来的周期脉冲信号；
所述采样保持模块分别与时序控制模块、接收天线连接，用于在时序控制模块产生的脉冲触发信号触发下对接收天线接收的周期脉冲信号进行采样和保持，并传送到模数转换器进行模数转换；
所述数字信号处理器分别与时序控制模块、模数转换器连接，用于在时序控制模块产生的脉冲触发信号触发下对模数转换器传送的数字信号进行采样处理。
进一步地，所述系统还包括与时序控制模块连接的延时模块，所述延时模块包括第一延时模块和第二延时模块，其中，所述第一延时模块与采样保持模块连接，所述第二延时模块与模数转换器连接，分别用于将时序控制模块发送的不同频率的脉冲触发信号进行高精度延时处理后作用于对应设备。
进一步地，所述系统还包括噪声放大器，设于接收天线与采样保持模块间，所述接收天线接收的周期脉冲信号经噪声放大器放大后到达采样保持模块。
进一步地，所述系统还包括低通滤波器，设于噪声放大器和采样保持模块间，用于接收所述噪声放大器放大后的脉冲信号，并对所述脉冲信号进行滤波后发送至采样保持模块。
本发明还提供一种用于冲激雷达的等效时间采样方法，包括：
产生时钟信号作为系统的参考时钟，并根据时钟信号产生多个不同频率的脉冲触发信号；
根据脉冲触发信号触发生成周期脉冲信号，并向外发出；
接收反射回来的周期脉冲信号，并进行模数转换处理，对处理后生成的数字信号进行采样处理。
进一步地，所述方法还包括：将所述多个不同频率的脉冲触发信号分别进行高精度延时处理后作用于对应设备。
进一步地，所述方法还包括：将反射回来的周期脉冲信号经噪声放大器放大后进行采样。
进一步地，所述方法还包括：将放大后的脉冲信号进行滤波处理后进行采样。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述计算机可读存储介质在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述的方法。
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述的方法。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明的等效时间采样方法在一个脉冲重复周期内可以对回波信号进行多次采样，提高了采样效率。
(2)本发明的等效时间采样方法获得的采样序列经过数据整理后与传统等效时间采样方法获得的采样序列相同，都能够准确恢复出目标相关信息。
(3)本发明的等效时间采样方法提高了采样速率，使冲激雷达能够适用于具有一定速度的应用领域。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1为本发明一种用于冲激雷达的等效时间采样系统示意图；
图2为本发明一种用于冲激雷达的等效时间采样方法脉冲信号示意图；
图3为本发明一种用于冲激雷达的等效时间采样方法流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明公开的一种用于冲激雷达的等效时间采样系统，包括：基准时钟模块1、时序控制模块2、窄脉冲产生模块3、发射天线4、接收天线9、采样保持模块6、模数转换器11、数字信号处理器12，其中，基准时钟模块1用于产生时钟信号并输入时序控制模块2，作为系统的参考时钟；时序控制模块2用于根据接收的时钟信号产生四个不同频率的脉冲触发信号：第一同步触发信号、第二同步触发信号、第三同步触发信号和第四同步触发信号，其中，第一同步触发信号输入窄脉冲产生模块3，窄脉冲产生模块3与时序控制模块2连接，用于在第一同步触发信号触发下生成周期脉冲信号，并输入至发射天线4，发射天线4接收并向外辐射周期性脉冲信号，周期性脉冲信号通过反射由接收天线9接收，经过处理后发送到采样保持模块6，采样保持模块6在第二同步触发信号的触发下对经过调理后的周期性目标回波信号进行采样和保持，并传送到模数转换器11进行模数转换，模数转换器11在第三同步触发信号的触发下对经过采样保持的周期性目标回波信号进行模数转换，并将采集结果以数字信号形式输入至所述数字信号处理12，数字信号处理器12在第四同步触发信号的触发下对数字信号形式的周期性目标回波信号进行信号处理，由此，可以获取目标的相关信息。
为了使采样结果更准确，本采样系统还包括与时序控制模块2连接的延时模块，延时模块包括第一延时模块5和第二延时模块10，其中，第一延时模块5与采样保持模块6连接，所述第二延时模块10与模数转换器11连接，分别对时序控制模块2产生的第二同步触发信号和第三同步触发信号进行高精度延时处理，将处理后的触发信号再作用于后续设备，保证采样的精度。本采样系统还包括噪声放大器8和低通滤波器7，设于接收天线9和采样保持模块6之间，对接收天线9接收的回波脉冲信号进行放大和滤波，周期性目标回波信号的噪声、高频分量和带外杂散等信号被有效抑制，生成经过调理后的周期性目标回波信号，提高采样精度和准确度。
此外，为了提高等效时间采样速率，模数转换器11可以高于脉冲重复周期的采样周期对周期性目标回波信号进行采样。
图2为本申请实施例提供的一种用于冲激雷达的等效时间采样方法的脉冲信号示意图。
所述窄脉冲产生模块3在第一同步触发信号的触发下生成具有脉冲重复周期为T的冲激信号，冲激信号的目标回波信号的脉冲重复周期也为T。
为了实现对冲激信号回波信号的准确采样，等效时间采样的延时步进为Δτ，则传统等效时间采样的脉冲重复时间为T+Δτ，脉冲重复周期T内对应的采样点数N为：N＝T/Δτ。通过等效时间采样得到的采样序列[a]为：
[a1,a2,a3,...,aN]
基于本发明的等效时间采样周期为ΔT，每个脉冲重复周期内可采样点数为X，需对Y个脉冲重复周期进行等效时间采样。
第1个脉冲重复周期的采样序列[b1]为：
[b11,b12,b13,...b1X]
第2个脉冲重复周期的采样序列[b2]为：
[b21,b22,b23,...b2X]
第3个脉冲重复周期的采样序列[b3]为：
[b31,b32,b33,...b3X]
第Y个脉冲重复周期的采样序列[bY]为：
[bY1,bY2,bY3,...bYX]
按照一定的顺序对采样序列进行整理，得到总采样序列[b]为：
[b11,b21,b31,...,bY1,b12,b22,b32,...,bY2,b13,b23,b33,...,bY3,...,b1X,b2X,b3X,...,bYX]
可知，发明的等效时间采样方法获得的序列[b]与传统的等效时间采样方法获得的序列[a]包含有相同的目标信息。
假定冲激信号的脉冲重复周期T为：T＝1μs，等效时间采样的延时步进Δτ为：Δτ＝20ps，脉冲重复周期T内对应的采样点数N为：N＝T/Δτ＝50000。则传统等效时间采样需要的时间TS为：TS＝T·N＝50ms。
基于本发明的等效时间采样周期ΔT为ΔT＝10ns，每个脉冲重复周期内可采样点数X为：X＝10，则等效时间采样需要的脉冲重复周期Y为：Y＝N/X，所需的时间TSS为：TSS＝T·Y＝5ms。可见，基于本发明的等效时间采样的采样效率大大提高了。
本领域的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种用于冲激雷达的等效时间采样系统，其特征在于，包括：
基准时钟模块、时序控制模块、窄脉冲产生模块、发射天线、接收天线、采样保持模块、模数转换器、数字信号处理器；
所述基准时钟模块用于产生时钟信号并发送到时序控制模块，作为系统的参考时钟；
所述时序控制模块用于根据接收的时钟信号产生多个不同频率的脉冲触发信号；
所述窄脉冲产生模块与时序控制模块连接，用于在时序控制模块产生的脉冲触发信号触发下生成周期脉冲信号，并由发射天线向外发出；
所述接收天线用于接收反射回来的周期脉冲信号；
所述采样保持模块分别与时序控制模块、接收天线连接，用于在时序控制模块产生的脉冲触发信号触发下对接收天线接收的周期脉冲信号进行采样和保持，并传送到模数转换器进行模数转换；
所述数字信号处理器分别与时序控制模块、模数转换器连接，用于在时序控制模块产生的脉冲触发信号触发下对模数转换器传送的数字信号进行采样处理。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与时序控制模块连接的延时模块，所述延时模块包括第一延时模块和第二延时模块，其中，所述第一延时模块与采样保持模块连接，所述第二延时模块与模数转换器连接，分别用于将时序控制模块发送的不同频率的脉冲触发信号进行高精度延时处理后作用于对应设备。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括噪声放大器，设于接收天线与采样保持模块间，所述接收天线接收的周期脉冲信号经噪声放大器放大后到达采样保持模块。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括低通滤波器，设于噪声放大器和采样保持模块间，用于接收所述噪声放大器放大后的脉冲信号，并对所述脉冲信号进行滤波后发送至采样保持模块。
5.一种用于冲激雷达的等效时间采样方法，其特征在于，包括：
产生时钟信号作为系统的参考时钟，并根据时钟信号产生多个不同频率的脉冲触发信号；
根据脉冲触发信号触发生成周期脉冲信号，并向外发出；
接收反射回来的周期脉冲信号，并进行模数转换处理，对处理后生成的数字信号进行采样处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述多个不同频率的脉冲触发信号分别进行高精度延时处理后作用于对应设备。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将反射回来的周期脉冲信号经噪声放大器放大后进行采样。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将放大后的脉冲信号进行滤波处理后进行采样。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述计算机可读存储介质在计算机上运行时，使得所述计算机执行权利要求5-8中任一项所述的方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求5-8中任一项所述的方法。
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