CN113406573A - 基于多混频器的慢时间fda雷达信号处理方法、装置、介质及雷达系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法、装置、计算机存储介质及雷达系统，所述方法包括：针对频率分集阵列FDA的接收阵列中每个接收天线，将接收信号中每个通道信号进行下变频，获得每个通道对应的基带信号；将每个通道对应的基带信号基于设定的近似策略进行近似后，利用每个通道对应的发射信号对相应的每个通道对应的近似后的基带信号进行匹配滤波，获得每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出；利用被定义为与距离相关的发射空间频率获取所述每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出中的慢时间信号分量以及各慢时间信号分量对应的多普勒频率。

Description

基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法、装置、介质及 雷达系统

技术领域

本发明实施例涉及雷达技术领域，尤其涉及一种基于多混频器的慢时间频率分集阵列(FDA，Frequency Diversity Array)雷达信号处理方法、装置、计算机存储介质及雷达系统。

背景技术

运动目标的检测和定位是机载雷达系统需要实现的最重要的任务。机载或星载雷达由于所处平台的运动，其主瓣和旁瓣杂波会扩散地分布在较宽的多普勒频率范围内，从而导致雷达所感兴趣的运动目标，特别是慢速运动目标被散布的载波所淹没。为了改善慢速运动目标的检测性能，通常会采用空时自适应处理(STAP，Space Time AdaptiveProcessing)技术，该技术联合了多个空域通道和多个相干脉冲进行二维自适应处理，能够有效地抑制空时耦合的杂波和干扰，从而提高慢速运动目标的检测性能。

FDA的电子扫描阵列的新概念也引起了相当大的关注。不同于相控阵雷达，FDA在发射天线天线间采用了微小的频率步进量，它能够提供与距离和角度依赖的远场方向图，因此可以广泛用于改善目标定位的性能和与距离依赖的干扰抑制。

但是如果将传统的FDA直接应用于STAP雷达，会有两个缺点。首先，时变模式在快时间域会引起非均匀加权，从而导致匹配滤波响应失真。其次，时变的方向图会导致主瓣杂波扩展，这不利于慢速目标检测。

近年来，多输入多输出(MIMO，Multiple In Multiple Out)雷达由于在增加的空间自由度、提高的角度估计精度、降低最小的可检测速度MDV以及低截获概率LPI等方面的优点，引起了广泛的关注。

为了充分利用FDA的距离相关的发射天线的相位信息(也可以理解为自由度)，同时解决时变方向图问题，FDA-MIMO技术通过将发射天线(Tx)的波束形成移动到接收天线(Rx)端，使得FDA-MIMO雷达系统可以在不受时变方向图干扰的情况下获得可控的与距离相关的发射天线的相位信息。但是，由于在发射天线波束形成移动到接收天线端的匹配滤波过程中消除了与距离有关相位信息，导致FDA-MIMO技术无法恢复与距离相关的发射天线的相位信息。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供了一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法、装置、计算机存储介质及雷达系统，能够采用获得的多普勒频率设计多普勒滤波器，从而对所述每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出中的慢时间信号分量进行多普勒滤波，获得多普勒滤波增益和杂波幅度矢量，进一步的，还可以从所述杂波幅度矢量中提取与距离有关的发射天线的相位信息。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法，包括：

针对频率分集阵列FDA的接收阵列中每个接收天线，将接收信号中每个通道信号进行下变频，获得每个通道对应的基带信号；

将每个通道对应的基带信号基于设定的近似策略进行近似后，利用每个通道对应的发射信号对相应的每个通道对应的近似后的基带信号进行匹配滤波，获得每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出；

利用被定义为与距离相关的发射空间频率获取所述每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出中的慢时间信号分量以及各慢时间信号分量对应的多普勒频率。

第二方面，本发明实施例提供了装置，包括：下变频部分、匹配滤波部分和获取部分；

其中，下变频部分，经配置为针对频率分集阵列FDA的接收阵列中每个接收天线，将接收信号中每个通道信号进行下变频，获得每个通道对应的基带信号；

匹配滤波部分，经配置为将每个通道对应的基带信号基于设定的近似策略进行近似后，利用每个通道对应的发射信号对相应的每个通道对应的近似后的基带信号进行匹配滤波，获得每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出；

获取部分，经配置为利用被定义为与距离相关的发射空间频率获取所述每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出中的慢时间信号分量以及各慢时间信号分量对应的多普勒频率。

第三方面，本发明实施例提供了一种雷达系统，所述雷达系统包括：FDA-MIMO雷达天线、存储器和处理器；其中，

所述FDA-MIMO雷达天线，经配置为FDA-MIMO雷达信号的接收和发送；

所述存储器，经配置为存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；

所述处理器，经配置为在运行所述计算机程序时，执行第一方面所述基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机可读介质存储有基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法程序，所述基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法程序被至少一个处理器执行时实现上述第一方面所述的基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法的步骤。

本发明实施例提供了一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法，通过将接收信号中每个通道信号进行下变频，获得每个通道对应的基带信号；然后，将每个通道对应的基带信号基于设定的近似策略进行近似后，利用每个通道对应的发射信号对相应的每个通道对应的近似后的基带信号进行匹配滤波，获得每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出；最后，利用被定义为与距离相关的发射空间频率获取所述每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出中的慢时间信号分量以及各慢时间信号分量对应的多普勒频率，从而可以采用获得的多普勒频率设计多普勒滤波器对所述每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出中的慢时间信号分量进行多普勒滤波获得多普勒滤波增益和杂波幅度矢量，进一步的，还可以从杂波幅度矢量中提取与距离有关的发射天线的相位信息。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种基于多混频器的慢时间FDA雷达系统的工作原理示意图；

图3为不同目标速度下频率增量为103.333KHz的FDA-MIMO雷达系统的RPs和CTs仿真图；

图4为不同目标速度下编码长度为100且频率增量为53.333KHz的多通道相干FDA雷达系统的RPs和CTs仿真图；

图5为不同目标速度下编码长度为100且频率增量为3.333KHz CDMA FDA-MIMO雷达系统的RPs和CTs仿真图；

图6为不同目标速度下单混频器Rx方案慢时间FDA雷达系统的RPs和CTs仿真图；

图7为不同目标速度下度混频器Rx方案慢时间FDA雷达系统的RPs和CTs仿真图；

图8为采用本申请实施例提供的一种基于多混频器的慢时间雷达系统的RD图；

图9为采用本申请实施例提供的一种基于多混频器的慢时间雷达系统的Tx-Rx杂波谱；

图10为采用传统慢时MIMO雷达系统的Tx-Rx杂波谱；

图11为本发明实施例提供的一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理装置示意图；

图12为本发明实施例提供的一种雷达系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

近年来，多输入多输出(MIMO，Multiple In Multiple Out)雷达引起了广泛关注。与常规STAP雷达相比，MIMO雷达已显现出很多的优点，主要包括增加了空间自由度，更加准确的角度估计，降低最小的可检测速度(MDV)和较低的截获概率(LPI)。然而，值得强调的是，为了获得可靠的信噪比(SNR)，MIMO雷达的累积时间通常是常规STAP雷达的M倍，其中M是发射天线的数量。此外，在距离模糊的情况下，目标定位通常需要多个交错的脉冲重复频率(PRF)，这意味着在目标定位过程中将消耗相对较大的时间资源。

频率分集阵列(FDA，Frequency Diversity Array)的电子扫描阵列的新概念引起了相当大的关注。与传统的相控阵不同，频率分集阵列在天线间采用微小的频率增量。它能够提供与距离和角度依赖的远场方向图，因此可以广泛用于改善目标定位的性能和与距离依赖的干扰抑制。但是，值得注意的是，频率分集阵列的发射方向图是随时间变化的，这不利于实际雷达系统中的信号处理。

为了利用FDA发射端的特性，目前有相关技术方案将FDA与MIMO技术相结合，形成了FDA-MIMO雷达系统。这样可以将波束形成移到接收端，可以获得距离和角度范围内的可控自由度(DOF)。FDA-MIMO雷达技术在消除时变方向图、距离模糊杂波抑制和目标定位方面显示出了对空时自适应处理雷达的巨大好处。但是，值得指出的是，常规的FDA-MIMO雷达技术中仅假设探测波形完全相互正交，而实际上这样的完美正交波形是不存在的，因此，常规的FDA-MIMO雷达系统有两个缺点：首先，时变模式在快时间域会引起非均匀加权，从而导致匹配滤波响应失真；其次，时变的方向图会导致主瓣的杂波扩展，这不利于慢速目标检测。

但是，FDA-MIMO技术将发射天线端波束形成移动到接收天线端(Rx)，在匹配滤波过程中对消了与距离有关相位，导致无法恢复与距离相关的发射天线的相位信息。

针对上述已有FDA-MIMO技术的不足，如图1所示，本申请实施例提出了一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法100，针对频率分集阵列FDA的接收阵列中每个接收天线，将接收信号中每个通道信号进行下变频、匹配滤波和多普勒滤波处理，然后，从中提取发射天线与距离有关的相位信息。

为便于描述，在本申请实施例中，以发射阵列的发射天线数为M，接收阵列的接收天线数为N为例进行说明，其中，M和N均为自然数。

所述方法100可以应用于雷达系统，所述方法100包括：

S101，针对频率分集阵列FDA的接收阵列中每个接收天线，将接收信号中每个通道信号进行下变频，获得每个通道对应的基带信号。

具体的，在FDA-MIMO雷达模型中，将频率分集阵列FDA第k个脉冲处，第n个接收天线的接收信号s_n,k(t)与

相乘，得到公式1所示的接收信号中第m通道信号对应的基带信号下变频信号

其中，相关参数如图2所示，1≤k≤K，K表示脉冲总数目；1≤m≤M，M表示FDA-MIMO雷达中接收阵列的发射天线总数；1≤n≤N，N表示FDA-MIMO雷达中发射阵列的发射天线总数；u(t)表示发射信号的基带波形；f_m′＝f₀+(m′-1)×△f，表示接收信号中第m′通道信号的载波频率；c表示光速；ρ_t表示目标的反射系数；

表示对于第l个距离单元内的点状目标，f₀表示参考载波频率，△f表示频率增量；

表示接收信号中第m′通道信号在第k个脉冲上的相位编码，R_l,p＝R_l+(p-1)R_u，表示目标距离，其中，R_l是没有发生距离模糊的最大距离，R_u＝c×T_r/2表示最大不模糊距；p表示第p个发生距离模糊的距离门；ψ_t表示目标的入射角；v_t是目标速度；

表示发射空间频率。

可选的，

T_P表示脉冲持续时间，η是调频率，η调频率，矩形函数rect(x)在|x|≤0.5时等于1，否则等于0。

需要说明的是，基于FDA-MIMO雷达模型，发射阵列是一个频率分集阵列，可在发射天线之间发射具有微小的频率增量(或频率偏移)的慢时间相位编码波形，从而能够利用慢时间相位编码波形具有很强的相关性来提高机载空时自适应处理雷达杂波相消性能。公式1中，

为m'的线性函数，

是接收信号中第m'通道信号的多普勒偏移，T_r代表脉冲的重复间隔。

S102，将每个通道对应的基带信号基于设定的近似策略进行近似后，利用每个通道对应的发射信号对相应的每个通道对应的近似后的基带信号进行匹配滤波，获得每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出。

具体的，可以将上述公式1中的

按照如下公式2(a)和2(b)近似：

将公式2a和公式2b代入公式1并进行相应的数学运算，可以得到

然后，用u(t)对

进行匹配滤波，则第l号距离单元对应的脉冲压缩输出可以推导为：

其中，d_T表示发射阵列天线的间距，和d_R表示接收阵列天线的间距。

S103，利用被定义为与距离相关的发射空间频率获取所述每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出中的慢时间信号分量以及各慢时间信号分量对应的多普勒频率。

具体的，可以将与距离相关的发射天线的空间频率定义为

则

可以进一步表示为：

其中，f_R(ψ_t)表示接收空间频率，f_Tr(R_l,p)表示多普勒频率，f_R(ψ_t)表示发射空间频率，

表示编码因子。

由公式5的最后一个指数项可知，

包含M个慢时间信号分量，m′-th(m′＝1,…,M)分量的多普勒频率为：

需要说明的是，公式6表明FDA慢时间编码特征不同于传统的慢时间MIMO，因为额外存在多普勒偏移项(m′-m)△f。当△f设置为(M-1)△f>f_PRF或△f<B_D时，这种多普勒偏移将导致信号混叠或重叠，式中f_PRF＝1/T_r为脉冲重复频率,B_D为回波多普勒带宽。可见，引入FDA慢时间编码可以保证不同发射通道的回波在多普勒域是可区分的。

可见，由本申请实施例提供的一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法可以采用获得的多普勒频率设计多普勒滤波器对所述每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出中的慢时间信号分量进行多普勒滤波获得多普勒滤波增益和杂波幅度矢量。

然后，在一些示例中，还可以根据

构造一个多普勒滤波器来匹配所述第m个通道的多普勒频率为

的分量：

相应的，多普勒滤波器可以表示为：

在公式8中，w＝[w₁,…,w_K]^T为慢时间窗向量，如切比雪夫窗或泰勒窗，用于确保通道隔离时足够低的旁瓣电平。将

叠加成K×1矢量，对叠加后的矢量进行多普勒滤波，得到如公式9所示的该频率分集阵列FDA的接收阵列中针对第n个接收天线的第m个接收通道信号的输出值(也可以简称为目标Tx-Rx的输出值)。

在一些示例中，公式9中的

由于设计的多普勒滤波

将滤除多普勒频率为

的信号分量，因此有：

把公式10代回公式9中，可以得到公式11：

其中，f_T(ψ_t,R_l,p)表示与距离角度相关的发射天线的空间频率，如公式12所示：

将公式12代入公式11，提取出的目标Tx-Rx快拍向量可以表示为：

其中，

为Tx导向矢量，

为Rx导向矢量，

a_T(f_T(ψ_t,R_l,p))＝[1,…,exp{j2π(M-1)f_T(ψ_t,R_l,p)}]^T 公式14

a_R(f_R(ψ_t))＝[1,…,exp{j2π(N-1)f_R(ψ_t)}]^T. 公式15

同样，忽略u(t)的自相关旁瓣电平，第l号距离单元的杂波快拍矢量可以推导：

表示杂波幅度矢量，由

给出，其中，

和

代表多普勒处理的增益。

可见，由本申请实施例提供的一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法所产生的

是发射导向矢量是一个与距离-角度相关的导向矢量，其在距离模糊杂波抑制和解距离模糊方面具有潜力。

下面，进一步对本申请实施例提供的一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法的噪声特性进行详细说明。

首先，匹配滤波前的噪声由两部分组成，即

其中，

由来自接收天线前端的背景噪声和热噪声组成，这对所有的接收通道而言都是相同的，而

包括由位于功率分配器和匹配滤波器之间的电路引入的热噪声，它们在接收通道间是独立的。经过混合匹配滤波后，得到的噪声可表示为：

通过多普勒滤波，输出噪声可以表示为：

公式20中，

合成噪声的空间相关性可以计算为：

公式20中，

为脉冲响应函数，

和

分别为

和

的方差，第二个等式是由不同脉冲、不同快时间和不同空间通道之间的噪声独立得出的。

然后，可以基于公式20导出

的协方差矩阵，

公式21中，

需要注意的是，

由于本申请实施例中的普勒滤波器是相互准正交的，则：

有

则有

其中，

下面，结合仿真结果对本申请实施例提供的一种基于多混频器的慢时间FDA雷达的方法的优点进行详细说明。

本申请实施例中的基于多混频器的慢时间FDA雷达系统仿真参数如表1所示，仿真条件为：Tx阵列和Rx阵列均为均匀线性阵列，阵列天线的天线级CNR(匹配滤波前)为30db；为了通过慢时间多普勒滤波实现理想的通道隔离，采用了一个70分贝的切比雪夫窗。

表1

参数名称	符号表示	参数配置值
			参考波长	λ<sub>0</sub>	0.5m
脉冲重复频率	f<sub>PRF</sub>	10kHz
			基带信号带宽	B	5MHz
采样频率	f<sub>s</sub>	10MHz
			脉冲持续时间(占空比为20％)	T<sub>p</sub>	20μs
发射天线阵列的天线间距	d<sub>T</sub>	0.25m
			接收天线阵列的天线间距	d<sub>R</sub>	0.25m
平台速度	v	100m/s
			平台高度	H	4kmC
范围单元数	L	1000
			发射天线数	M	8
接收天线数	N	4
			相干脉冲数	k	256
歧义范围数	P	3
			FDA频率增量	Δf	10/3kHz

为便于比较，下面将本申请实施例提供的一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法应用于以下5种FDA-MIMO雷达系统的仿真结果进行对比说明。

第1种雷达系统，针对图3采用的雷达系统，也就是单频脉冲信号的FDA-MIMO雷达系统，脉冲持续时间设置为2/△f，以获得足够的通道隔离。FDA-MIMO雷达本质上是一种通道间频移为△f的正交频分复用(OFDM)MIMO雷达。

第2种雷达系统，针对图4采用的雷达系统，也就是随机二进制相位编码波形的多通道相干FDA雷达系统，为了实现与LFM信号相当的脉冲压缩比和距离分辨率，码长设为100，子脉冲持续时间设为1/B。频率偏移被选为(5+1/P)f_PRF来满足多普勒分辨率约束(即1/T_P≤△f)。

第3种雷达系统，针对图5采用的雷达系统，也就是采用伪随机相位编码序列的CDMA-FDA-MIMO雷达系统，其码长和子脉冲持续时间与多通道相干FDA雷达相同。

第4种雷达系统，针对图6采用的雷达系统，也就是具有完美正交波形(这种情况实际中不存在)的理想FDA-MIMO雷达系统。

第5种雷达系统，针对图7采用的雷达系统，也就是LFM信号的传统慢时间MIMO雷达系统。

下面，将通过通道隔离度和匹配滤波性能来评估上述5种雷达系统的有效性，其中，通道隔离度将通过通道间串扰(CT，即泄漏信号)进行评估，而匹配滤波的性能将通过脉冲压缩距离剖面(RP)进行评估。为了测试CT和RP，仿真创建了几个具有不同径向速度的单目标场景。

需要说明的是，对于任意Rx天线的第m个Rx通道，通过将第m个Tx天线的Tx信号设为零，可以获得其他M-1通道泄漏到第m个通道的信号。这样，直接测量第m个Rx通道的匹配滤波输出，就很容易得到CT。

图3-图7分别为上述相应的5种FDA-MIMO雷达系统在无噪声条件下，CTs泄漏到第4Rx通道的仿真结果以及第4个Rx通道的RP的仿真结果，其中，上述5种FDA-MIMO雷达系统的相关峰值CT如表2所示，可以理解的是，低CT意味着高通道隔离。其中，Power表示功率，Range表示范围，Desired RP表示期望RP值，Target position表示目标位置，RP(Vt＝0m/s)表示速度为0m/s情况下的RP值，RP(Vt＝75m/s)表示速度为75m/s情况下的RP值，RP(Vt＝150m/s)表示速度为150m/s情况下的RP值，CT(v_t＝0m/s)表示速度为0m/s情况下的CT值，CT(v_t＝75m/s)表示速度为75m/s情况下的CT值，CT(v_t＝150m/s)表示速度为150m/s情况下的CT值。

表2不同目标速度的上述五种雷达系统的CT

仿真结果表明，本申请实施例提供的一种基于多混频器的慢时间FDA雷达系统可以在不同目标速度下实现近60分贝的通道隔离，大大高于现有的FDA-MIMO雷达系统的通道隔离。

并且，从图3的仿真结果可以看出，FDA-MIMO雷达的RP在主瓣区和副瓣区都与期望值存在偏差(通过设置另外M-1个Tx天线的Tx信号为零可以得到期望RP)。这是因为通道隔离不够高(接近12分贝)。强泄漏信号对匹配滤波有不利影响。

同样，从图4和图5可以看出，多通道相干FDA雷达系统和CDMA-FDA-MIMO雷达系统也不能达到预期的RP。其中，多通道相干FDA雷达系统的RP平均副瓣电平从-25.4dB增加到-17.9dB，而CDMA-FDA-MIMO雷达系统的RP平均副瓣电平从-28.4dB增加到-18.7dB。

相比之下，图6和图7表明，由于其超高通道隔离，慢时间FDA雷达能够提供接近期望的RP。同时还可以表明，本申请实施例提供的一种基于多混频器的慢时间FDA雷达系统能有效消除时变发射方向图对匹配滤波的影响。

图8给出了本申请实施例提供的一种基于多混频器的慢时间雷达系统的第4个Rx天线的距离-多普勒(RD)图。其中，Doppler bin表示多普勒频移，Range Cell表示单元格距离。结果表明，8个发射天线(Tx1，Tx2，…,Tx8)的回波在多普勒域内是均匀可分的，这个结果证明了本申请实施例提供的一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法中的慢时间编码方案的有效性。

图9给出了第16个多普勒通道的Tx-Rx二维杂波谱，其中，Normalized Tx spatialfrequency表示归一化Tx空间频率，Normalized Rx spatial frequency表示归一化Rx空间频率，The 1st range region表示第一个范围，The 2nd range region表示第二个范围，The 3rd range region表示第三个范围。其揭示了采用本申请实施例提供的一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法分辨距离模糊的能力。作为对比，图10给出了传统慢时间MIMO雷达的杂波谱。显然，传统的慢时间MIMO雷达无法分辨距离模糊杂波。

基于前述技术方案相同的技术构思，如果上述方案能够以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理程序，所述基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理程序被至少一个处理器执行时实现上述实施例中所示的技术方案中所述基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法的步骤。

基于前述技术方案相同的发明构思，参见图11，其示出了一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理装置1100，所述装置1100包括：包括：下变频部分1101、匹配滤波部分1102和获取部分1103。

其中，下变频部分，经配置为针对频率分集阵列FDA的接收阵列中每个接收天线，将接收信号中每个通道信号进行下变频，获得每个通道对应的基带信号；匹配滤波部分，经配置为将每个通道对应的基带信号基于设定的近似策略进行近似后，利用每个通道对应的发射信号对相应的每个通道对应的近似后的基带信号进行匹配滤波，获得每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出；获取部分，经配置为利用被定义为与距离相关的发射空间频率获取所述每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出中的慢时间信号分量以及各慢时间信号分量对应的多普勒频率。

基于前述技术方案相同的技术构思，参见图12，其示出了本发明实施例提供的一种雷达系统1200的具体硬件结构，包括：FDA-MIMO雷达天线1201、存储器1202和处理器1203；各个组件通过总线系统1204耦合在一起。可理解，总线系统1204用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统1204除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图12中将各种总线都标为总线系统1204。其中，FDA-MIMO雷达天线1201，用于FDA-MIMO雷达信号的接收和发送；存储器1202，用于存储能够在处理器1203上运行的计算机程序；处理器1203，用于在运行所述计算机程序时，执行前述技术方案中所述的基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法的步骤。

可以理解，本发明实施例中的存储器1202可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double DataRate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。本文描述的系统和方法的存储器1202旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

而处理器1203可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器1203中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1203可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器1202，处理器1203读取存储器1202中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法，其特征在于，包括：

针对频率分集阵列FDA的接收阵列中每个接收天线，将接收信号中每个通道信号进行下变频，获得每个通道对应的基带信号；

将每个通道对应的基带信号基于设定的近似策略进行近似后，利用每个通道对应的发射信号对相应的每个通道对应的近似后的基带信号进行匹配滤波，获得每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出；

利用被定义为与距离相关的发射空间频率获取所述每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出中的慢时间信号分量以及各慢时间信号分量对应的多普勒频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对频率分集阵列FDA的接收阵列中每个接收天线，将接收信号中每个通道信号进行下变频，获得每个通道对应的基带信号，包括：

将频率分集阵列FDA第k个脉冲处，第n个接收天线的接收信号s_n,k(t)与

相乘，得到接收信号中第m通道信号对应的基带信号u(t)的下变频信号

其中，1≤k≤K，K表示脉冲总数目；1≤m≤M，M表示FDA-MIMO雷达中接收阵列的发射天线总数；1≤n≤N，N表示FDA-MIMO雷达中发射阵列的发射天线总数；u(t)表示发射信号的基带波形；f_m′＝f₀+(m′-1)×△f，表示接收信号中第m′通道信号的载波频率；c表示光速；ρ_t表示目标的反射系数；

表示对于第l个距离单元内的点状目标，f₀表示参考载波频率，△f表示频率增量；

表示接收信号中第m′通道信号在第k个脉冲上的相位编码，R_l,p＝R_l+(p-1)R_u，表示目标距离，其中，R_l是没有发生距离模糊的最大距离，R_u＝c×T_r/2表示最大不模糊距；p表示第p个发生距离模糊的距离门；ψ_t表示目标的入射角；v_t是目标速度；

表示发射空间频率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将每个通道对应的基带信号基于设定的近似策略进行近似，包括：

将

将

将公式1a和公式1b代入所述下变频信号

的表达式，得到所述下变频信号

近似值,

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用每个通道对应的发射信号对相应的每个通道对应的近似后的基带信号进行匹配滤波，获得每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出，包括：

用所述u(t)对所述

近似值进行匹配滤波，则第l号距离单元对应的脉冲压缩输出

为：

其中，d_T表示发射阵列天线的间距，d_R表示接收阵列天线的间距。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用被定义为与距离相关的发射空间频率获取所述每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出中的慢时间信号分量以及各慢时间信号分量对应的多普勒频率，包括：

将与距离相关的所述发射天线的空间频率定义为

则所述第l号距离单元对应的脉冲压缩输出

表示为：

其中，所述

包含M个慢时间信号分量，第m′-th(m′＝1,…,M)分量的多普勒频率为：

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：

根据所述

构造多普勒滤波器来匹配所述第m个通道的多普勒频率为

的分量，得到针对第n个接收天线的第m个接收通道信号的输出值

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

令

经多普勒滤波后，

其中，

表示与距离角度相关的发射天线的空间频率，将f_T(ψ_t,R_l,p)代入

提取出的与发射天线相关的距离有关的相信为：

其中，

为Tx导向矢量，

为Rx导向矢量，

a_T(f_T(ψ_t,R_l,p))＝[1,…,exp{j2π(M-1)f_T(ψ_t,R_l,p)}]^T,

a_R(f_R(ψ_t))＝[1,…,exp{j2π(N-1)f_R(ψ_t)}]^T.

忽略u(t)的自相关旁瓣电平，第l号距离单元的杂波快拍矢量

表示为：

表示杂波幅度矢量，由

给出，其中，

和

代表多普勒处理的增益。

8.一种基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：下变频部分、匹配滤波部分和获取部分；

其中，下变频部分，经配置为针对频率分集阵列FDA的接收阵列中每个接收天线，将接收信号中每个通道信号进行下变频，获得每个通道对应的基带信号；

匹配滤波部分，经配置为将每个通道对应的基带信号基于设定的近似策略进行近似后，利用每个通道对应的发射信号对相应的每个通道对应的近似后的基带信号进行匹配滤波，获得每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出；

获取部分，经配置为利用被定义为与距离相关的发射空间频率获取所述每个通道针对距离单元的脉冲压缩输出中的慢时间信号分量以及各慢时间信号分量对应的多普勒频率。

9.一种雷达系统，其特征在于，所述雷达系统包括：FDA-MIMO雷达天线、存储器和处理器；其中，

所述FDA-MIMO雷达天线，经配置为FDA-MIMO雷达信号的接收和发送；

所述存储器，经配置为存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；

所述处理器，经配置为在运行所述计算机程序时，执行权利要求1至7任一项所述基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法的步骤。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机可读介质存储有基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理程序，所述基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的基于多混频器的慢时间FDA雷达信号处理方法的步骤。

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