CN110673100A - 一种基于实时谱估计的脉冲压缩方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雷达/声呐信号处理领域中的脉冲压缩方法。本发明提出了一种基于实时谱估计的脉冲压缩方法。这种方法在理想参考信号的基础上，针对实时回波信号进行谱估计，利用谱估计结果对参考信号进行修正，弥补了信号在电子系统、换能器基阵、信道、目标等多个系统中的频率响应不一致产生的畸变，进而提高了目标的实际分辨率。

Description

一种基于实时谱估计的脉冲压缩方法
技术领域
本发明涉及雷达/声呐信号处理技术领域，具体涉及一种基于实时谱估计的脉冲压缩方法。
背景技术
现代雷达、声呐领域通常使用脉冲压缩技术，脉冲压缩也称匹配滤波，匹配滤波是最佳线性滤波器的一种，其准则是输出信噪比最大，常用于通信、雷达、声呐等领域。在实际工程应用中，脉冲压缩可在接收机板载的FPGA、DSP等芯片上实现，也可在上位机或服务器上实现。脉冲压缩的算法本质是参考信号与接收机接收的回波信号进行卷积，即接收信号进入以参考信号为基础的滤波器。时域卷积等价与频域乘法，因此脉冲压缩通常有两种做法，即时域算法和频域算法。
雷达、声呐领域使用脉冲压缩算法时，最常用的信号形式为线性调频信号，一般在生成参考信号时均按照线性调频信号的理想形式生成，为了获得一定的主副瓣比特性，可以为参考信号加窗，窗函数的形式典型的如汉明窗、海宁窗、切比雪夫窗等。但无论加窗的形式，参考信号都是按照理想形式获得的。
但是在实际中，由于发射机、发射阵列、接收机、接收阵列、信道等多种影响因素的存在，即使目标为理想强点目标，获得回波数据的频谱包络也不是理想的，这时按照理想信号作为参考信号，就会无视上述因素对信号的影响，降低脉冲压缩后的分辨率。
发明内容
本发明的目的在于，为了解决上述背景中提出的问题，提出了一种基于实时谱估计的脉冲压缩方法。这种方法在理想参考信号的基础上，针对实时回波信号进行谱估计，利用谱估计结果对参考信号进行修正，从而提高脉冲压缩后目标分辨率。
为实现上述目的，本发明提出的基于实时谱估计的脉冲压缩方法，主要包括以下步骤：
步骤101：生成理想参考信号并进行傅里叶变换，变换至频域。
步骤102：原始回波数据进行傅里叶变换。
步骤103：原始回波信号频域形式进行谱估计，可得到带内包络函数，谱估计结果开根号得到幅度谱。
步骤104：幅度谱函数与理想参考信号频域形式求乘积，获得实际参考信号。
步骤105：实际参考信号频域形式求复共轭。
步骤106：原始回波信号频域形式与参考信号的复共轭相乘。
步骤107：进行逆傅里叶变换，得到脉冲压缩结果。
本发明一种基于实时谱估计的脉冲压缩方法优点在于：本发明通过对实时回波数据进行功率谱估计，得到幅度谱，对理想参考信号进行补偿后，弥补了信号在电子系统、换能器基阵、信道、目标等多个系统中的频率响应不一致产生的畸变，进一步提高了脉冲压缩后目标的实际分辨率。
附图说明
图1为本发明一种基于实时谱估计的脉冲压缩的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述一种基于实时谱估计的脉冲压缩方法进行详细说明。
步骤101：生成理想参考信号并进行傅里叶变换，变换至频域。设参考信号的中心频率为f0，带宽为B，脉宽为τ，信号形式为升采样，则理想信号时域表达式为：s1(t) = rect(t/τ)·exp(2·π·f0·t + B/τ·π·t·t)，其中rect为矩形窗函数。经傅里叶变换后信号形式为S2(f) = FT(s1(t))，其中FT表示傅里叶变换。
步骤102：原始回波数据进行傅里叶变换。设原始回波信号为e1(t)，其为理想信号经发射机、发射阵、信道、目标、接收阵、接收机等系统后的数据，可简化为目标、信道、阵列、电子系统等多个子系统函数与理想信号的依次卷积。原始回波信号经傅里叶变换后形式为E2(f) = FT(e1(t))。
步骤103：原始回波信号频域形式进行谱估计。即对E2(f)进行功率谱估计，可得到带内包络函数，谱估计结果开根号得到幅度谱，计为A(f)，。
步骤104：幅度谱函数与理想参考信号频域形式求乘积，获得实际参考信号，即S3(f) = S2(f)·A(f)。
步骤105：实际参考信号求复共轭，即S4(f) = S3 *(f)。
步骤106：原始回波信号频域形式与参考信号复共轭相乘，即E3(f) = E2(f)·S4(f)。
步骤107：进行逆傅里叶变换，得到脉冲压缩结果，即e4(t) = IFT(E3(f))，其中IFT表示逆傅里叶变换。
本发明一种基于实时谱估计的脉冲压缩方法优点在于：本发明通过对实时回波数据进行功率谱估计，得到幅度谱，对理想参考信号进行补偿后，弥补了信号在电子系统、换能器阵列、信道、目标等处发生的频率畸变，进一步提高了脉冲压缩后目标的实际分辨率。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于实时谱估计的脉冲压缩方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤，步骤101：生成理想参考信号并进行傅里叶变换，变换至频域；步骤102：原始回波数据进行傅里叶变换；步骤103：原始回波信号频域形式进行谱估计，可得到带内包络函数，谱估计结果开根号得到幅度谱；步骤104：幅度谱函数与理想参考信号频域形式求乘积，获得实际参考信号；步骤105：实际参考信号频域形式求复共轭；步骤106：原始回波信号频域形式与参考信号的复共轭相乘；步骤107：进行逆傅里叶变换，得到脉冲压缩结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于实时谱估计的脉冲压缩方法，其特征在于，对原始回波信号进行功率谱估计后，得到调制理想参考信号的幅度谱。
3.根据权利要求1所述的一种基于实时谱估计的脉冲压缩方法，其特征在于，将实时幅度谱与理想参考信号相乘后，得到实际参考信号，该实际参考信号取代理想参考信号，进行复共轭后与回波频域信号进行相乘。
4.根据权利要求1所述的一种基于实时谱估计的脉冲压缩方法，其特征在于，该方法弥补了信号在电子系统、换能器基阵、信道、目标等多个系统中的频率响应不一致产生的畸变，进而提高了目标的实际分辨率。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113466838A (zh) * 2021-05-27 2021-10-01 中国科学院声学研究所 一种迭代补偿的目标辐射噪声数据模拟方法及系统

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