CN110412529B - 一种基于宽带信号回波速度调制的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于宽带信号回波速度调制的系统及方法,以解决外场录取的干扰数据均在静态试验中得到，无法反映大动态机载环境下的对海监测雷达真实回波状态的问题。该方法首先通过AD采样模块获取原始回波采样序列，FPGA信号处理模块对原始回波序列处理得到回波采样矩阵，由回波反演处理模块将复杂信号分解为简单点频的集合，并把速度及加速度的影响转化为对点频信号的相位调制，方法简单且能适应各种复杂信号。同时该方法还可有效验证速度补偿方法的精度可达情况。

Description

一种基于宽带信号回波速度调制的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种信号回波速度调制领域，特别是一种基于宽带信号回波速度调制的系统及方法。
背景技术
随着电磁环境日益复杂，对海监测雷达面临着各种无源干扰影响。在雷达研制过程中，由于成本控制及实施难度等问题，通常在静态条件下，验证雷达对抗干扰的能力。由于机载平台具有运动速度快，机动性强等特点，静态条件下录取的干扰数据并不能准确反映动态环境下干扰回波特性。这就要求事后对录取的干扰数据进行速度及加速度调制，准确模拟对海监测雷达在机载环境下工作时各种干扰的影响。速度调制用于在静止或慢速运动目标回波上进行相位调制，使目标具有要求的速度、加速度，是在室内理想环境中模拟机载条件下的雷达响应的重要手段。对于验证雷达的动态性能具有重要意义。
传统的速度调制方法是以回波信号的中心频点为基准，计算出因速度、加速度造成的相位差，并将该差值叠加到回波信号的相位中。这种方法对于点频信号或窄带线性调频信号回波速度调制适用。然而信号频带较宽、干扰散射点构成复杂，通常无法得到回波的闭合解析式时，传统增加多普勒频率的速度调制方法将与实际情况造成较大偏差，无法准确模拟高动态条件下的回波情况。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于宽带信号回波速度调制系统及方法，将复杂信号分解为简单点频的集合，分别进行速度及加速度调制，方法简单且能适应各种复杂信号。
针对上述技术问题，本发明提出一种基于宽带信号回波速度调制的系统，其包括：AD采样模块、FPGA信号处理模块、回波反演处理模块；其中，AD采样模块对所述宽带信号的回波信号进行数字采样得到数字采样序列，FPGA信号处理模块对数字采样信号进行存储和脉冲压缩、相参积累处理，回波反演处理模块对数字回波信号进行速度调制。
其中，AD采样模块对所述宽带信号的回波信号进行采样得到数字采样序列包括：监测雷达有三个回波接收通道，分别为和通道、方位差通道和俯仰差通道，依次记为∑,Δf,Δy，AD采样模块对所述三个通道进行中频采样。
其中，FPGA信号处理模块存储并处理原始回波采样序列包括：FPGA信号处理模块将AD采样模块采样得到原始回波数据的采样序列存储在FPGA信号处理模块的数据存储器内，并对所述采样序列进行脉冲压缩及相参积累处理得到回波采样矩阵z(i,j)。
其中，回波反演处理模块对数字回波信号进行速度调制包括：回波反演处理模块将回波分解为点频信号的集合，对回波采样矩阵z(i,j)进行FFT变换，取检测门限为Tf，对频域过门限的频点提取其频率fi、幅度Ai和相位φ0i信息；生成频率为fi的点频信号，并以幅度Ai和初相φ0i对信号进行调制得到点频信号的集合，
si(t)＝Airect(t)exp(j2πfit+φ0i) (1)；
回波反演处理模块计算因速度带来的相位变化，
以初始速度v0、加速度a，计算每个频率为fi的点频信号在脉冲存续期间τ内的相位变化，
Figure BDA0002170122110000022
其中c为光速，取3×108m/s,N为脉冲积累个数，PRT为脉冲重复周期；
回波反演处理模块获得速度调制后的复杂回波信号，
依据相位变化对各点频信号进行调制，并求和，即得到以初始速度v0、加速度a进行调制后的复杂信号，
Figure BDA0002170122110000021
本发明还提出一种基于宽带信号回波速度调制的方法，其包括以下步骤：对所述宽带信号的回波信号进行数字采样得到数字采样序列，对数字采样信号进行存储和脉冲压缩、相参积累处理，对数字回波信号进行速度调制。
其中，对所述宽带信号的回波信号进行采样得到数字采样序列包括：监测雷达有三个回波接收通道，分别为和通道、方位通道和俯仰通道，依次记为∑,Δf,Δy，对所述三个通道进行中频采样。
其中，存储并处理原始回波采样序列包括：将原始回波数据的采样序列存储，并对所述采样序列进行脉冲压缩及相参积累处理得到回波采样矩阵z(i,j)。
其中，对数字回波信号进行速度调制包括：将回波分解为点频信号的集合，对回波采样矩阵z(i,j)进行FFT变换，取检测门限为Tf，对频域过门限的频点提取其频率fi、幅度Ai和相位φ0i信息；
生成频率为fi的点频信号，并以幅度Ai和初相φ0i对信号进行调制得到点频信号的集合，
si(t)＝Airect(t)exp(j2πfit+φ0i) (1)；
计算因速度带来的相位变化，
以初始速度v0、加速度a，计算每个频率为fi的点频信号在脉冲存续期间τ内的相位变化，
Figure BDA0002170122110000031
其中c为光速，取3×108m/s,N为脉冲积累个数，PRT为脉冲重复周期；
获得速度调制后的复杂回波信号，
依据相位变化对各点频信号进行调制，并求和，即得到以初始速度v0、加速度a进行调制后的复杂信号，
Figure BDA0002170122110000032
本发明主要应用于对海监测雷达系统，能从根本上解决传统速度调制方法对宽带等复杂信号无法适应的问题，且方法简单，易于工程化实现。
附图说明
图1是基于宽带信号回波速度调制系统的框图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式做出详细说明。
图1所示，本发明的基于宽带信号回波速度调制的系统包括：AD采样模块、FPGA信号处理模块、回波反演处理模块；其中，AD采样模块对所述宽带信号的回波信号进行数字采样得到数字采样序列。FPGA信号处理模块对数字采样信号进行存储和脉冲压缩、相参积累处理。回波反演处理模块对数字回波信号进行速度调制。
AD采样模块对所述宽带信号的回波信号进行采样得到数字采样序列包括：监测雷达有三个回波接收通道，分别为和通道、方位差通道和俯仰差通道，依次记为∑,Δf,Δy，AD采样模块对所述三个通道进行中频采样。
FPGA信号处理模块存储并处理原始回波采样序列包括：FPGA信号处理模块将AD采样模块采样得到原始回波数据的采样序列存储在FPGA信号处理模块的数据存储器内，并对所述采样序列进行脉冲压缩及相参积累处理得到回波采样矩阵z(i,j)。
回波反演处理模块对数字回波信号进行速度调制包括：回波反演处理模块将回波分解为点频信号的集合，对回波采样矩阵z(i,j)进行FFT变换，取检测门限为Tf，对频域过门限的频点提取其频率fi、幅度Ai和相位φ0i信息。生成频率为fi的点频信号，并以幅度Ai和初相φ0i对信号进行调制得到点频信号的集合，
si(t)＝Airect(t)exp(j2πfit+φ0i) (1)。
回波反演处理模块计算因速度带来的相位变化，以初始速度v0、加速度a，计算每个频率为fi的点频信号在脉冲存续期间τ内的相位变化，
Figure BDA0002170122110000041
其中c为光速，取3×108m/s,N为脉冲积累个数，PRT为脉冲重复周期。
回波反演处理模块获得速度调制后的复杂回波信号，依据相位变化对各点频信号进行调制，并求和，即得到以初始速度v0、加速度a进行调制后的复杂信号，
Figure BDA0002170122110000051
此外，本发明还提出一种基于宽带信号回波速度调制的方法，其包括以下步骤：对所述宽带信号的回波信号进行数字采样得到数字采样序列，对数字采样信号进行存储和脉冲压缩、相参积累处理，对数字回波信号进行速度调制。
对所述宽带信号的回波信号进行采样得到数字采样序列包括：监测雷达有三个回波接收通道，分别为和通道、方位通道和俯仰通道，依次记为∑,Δf,Δy，对所述三个通道进行中频采样。
存储并处理原始回波采样序列包括：将原始回波数据的采样序列存储，并对所述采样序列进行脉冲压缩及相参积累处理得到回波采样矩阵z(i,j)。
对数字回波信号进行速度调制包括：
将回波分解为点频信号的集合，对回波采样矩阵z(i,j)进行FFT变换，取检测门限为Tf，对频域过门限的频点提取其频率fi、幅度Ai和相位φ0i信息；
生成频率为fi的点频信号，并以幅度Ai和初相φ0i对信号进行调制得到点频信号的集合，
si(t)＝Airect(t)exp(j2πfit+φ0i) (1)；
计算因速度带来的相位变化，
以初始速度v0、加速度a，计算每个频率为fi的点频信号在脉冲存续期间τ内的相位变化，
Figure BDA0002170122110000052
其中c为光速，取3×108m/s,N为脉冲积累个数，PRT为脉冲重复周期；
获得速度调制后的复杂回波信号，
依据相位变化对各点频信号进行调制，并求和，即得到以初始速度v0、加速度a进行调制后的复杂信号，
Figure BDA0002170122110000061
本发明主要应用于对海监测雷达系统，能从根本上解决传统速度调制方法对宽带等复杂信号无法适应的问题，且方法简单，易于工程化实现。

Claims (2)

1.一种基于宽带信号回波速度调制的系统，其特征在于，包括：AD采样模块、FPGA信号处理模块、回波反演处理模块；其中，
AD采样模块对所述宽带信号的回波信号进行数字采样得到数字采样序列，其包括：监测雷达有三个回波接收通道，分别为和通道、方位差通道和俯仰差通道，依次记为∑,△f,△y，AD采样模块对所述三个通道进行中频采样；
FPGA信号处理模块对数字采样信号进行存储和脉冲压缩、相参积累处理，其包括：FPGA信号处理模块将AD采样模块采样得到原始回波数据的采样序列存储在FPGA信号处理模块的数据存储器内，并对所述采样序列进行脉冲压缩及相参积累处理得到回波采样矩阵z(i,j)；
回波反演处理模块对数字回波信号进行速度调制，其包括：回波反演处理模块将回波分解为点频信号的集合，对回波采样矩阵z(i,j)进行FFT变换，取检测门限为Tf，对频域过门限的频点提取其频率fi、幅度Ai和相位φ0i信息；
生成频率为fi的点频信号，并以幅度Ai和初相φ0i对信号进行调制得到点频信号的集合，si(t)＝Airect(t)exp(j2πfit+φ0i) (1)；
回波反演处理模块计算因速度带来的相位变化，
以初始速度v0、加速度a，计算每个频率为fi的点频信号在脉冲存续期间τ内的相位变化，
Figure FDA0003019255030000011
其中c为光速，取3×108m/s,N为脉冲积累个数，PRT为脉冲重复周期，i为频域过门限的频点序号，i＝1,2,…M，M为频域过门限的频点总数；
回波反演处理模块获得速度调制后的复杂回波信号，
依据相位变化对各点频信号进行调制，并求和，即得到以初始速度v0、加速度a进行调制后的复杂信号，
Figure FDA0003019255030000012
Figure FDA0003019255030000023
2.一种基于宽带信号回波速度调制的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
对所述宽带信号的回波信号进行数字采样得到数字采样序列，其包括：
监测雷达有三个回波接收通道，分别为和通道、方位通道和俯仰通道，依次记为∑,△f,△y，对所述三个通道进行中频采样；
对数字采样信号进行存储和脉冲压缩、相参积累处理，其包括：将原始回波数据的采样序列存储，并对所述采样序列进行脉冲压缩及相参积累处理得到回波采样矩阵z(i,j)；
对数字回波信号进行速度调制，其包括：将回波分解为点频信号的集合，对回波采样矩阵z(i,j)进行FFT变换，取检测门限为Tf，对频域过门限的频点提取其频率fi、幅度Ai和相位φ0i信息；
生成频率为fi的点频信号，并以幅度Ai和初相φ0i对信号进行调制得到点频信号的集合，si(t)＝Airect(t)exp(j2πfit+φ0i) (1)；
计算因速度带来的相位变化，
以初始速度v0、加速度a，计算每个频率为fi的点频信号在脉冲存续期间τ内的相位变化，
Figure FDA0003019255030000021
其中c为光速，取3×108m/s,N为脉冲积累个数，PRT为脉冲重复周期,i为频域过门限的频点序号，i＝1,2,…M，M为频域过门限的频点总数；
获得速度调制后的复杂回波信号，
依据相位变化对各点频信号进行调制，并求和，即得到以初始速度v0、加速度a进行调制后的复杂信号，
Figure FDA0003019255030000022
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