针对去斜线性调频回波信号的低采样率等效仿真方法及系统与流程

本发明属于信号处理及信号仿真技术领域，涉及一种针对去斜线性调频回波信号的低采样率等效仿真方法及系统。

背景技术：

随着雷达探测技术的发展，信号带宽越来越朝向宽带方向发展，但宽带信号会给数据处理带来很大困难，难以实现高速采样、存储及实时处理。而近年来发展的线性调频去斜技术可以很容易的将信号带宽降低至任意程度，同时还不损失探测分辨率，为宽带信号的实时处理提供了一个有效手段。但从信号仿真角度来讲，若想仿真出一个线性调频宽带去斜雷达回波信号，按常规方法仍然需要先构造出宽带发射信号及回波信号，然后再做去斜操作，这样无疑需要极高的采样率，导致仿真数据及资源耗费都很庞大，极大影响了仿真效率，目前还未见关注此问题的相关文献报道。

在科研仿真上，针对现代雷达带宽越来越大、频点越来越高的情况，为使待仿真的雷达去斜回波信号信息不损失，一般需要设定极高的采样率(通常在数十吉赫兹及其以上)，这使得整个仿真过程需要极大的仿真资源，包括占用大量内存、CPU等资源，而且仿真效率极其低下。

在雷达工程设计上，针对新体制雷达算法设计、雷达处理方法设计等方面，通常需要对待设计算法或方法进行预先演算、仿真验证等技术环节。而针对雷达信号大带宽、高频点的情况，按照传统方式，对于其去斜回波信号的处理算法的验证将面临极大仿真资源、低效及由此产生的验证不全面的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种针对去斜线性调频回波信号的低采样率等效仿真方法，保证去斜回波信号质量的基础上降低采样率，显著提高仿真效率，降低仿真成本，为雷达工程设计、研究提供更全面的验证，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的另一目的是，提供一种针对去斜线性调频回波信号的低采样率等效仿真系统。

本发明所采用的技术方案是，一种针对去斜线性调频回波信号的低采样率等效仿真方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

S1，根据待仿真雷达信号带宽和去斜后带宽设计出具有去斜后带宽的低采样率雷达发射信号；

S2，结合低采样率雷达发射信号，根据待仿真回波中每个散射点的时延、幅度及多普勒频率信息得到该散射点对应的低采样率回波分量；

S3，利用去斜修正公式得到该散射点的去斜修正项，将该去斜修正项与低采样率回波分量相乘得到该回波分量的去斜线性调频等效信号；

S4，遍历低采样率发射信号对应的待仿真回波中所有散射点，将所有回波分量的去斜线性调频等效信号相叠加得到最终的低采样率去斜线性调频等效回波信号。

进一步的，所述步骤S1中，将低采样率去斜等效回波仿真信号初始化为零，根据待仿真雷达信号带宽和去斜后带宽设计出具有去斜后带宽的低采样率发射信号，记为

其中，Au(t)为发射信号的幅度包落信号，f0为载波频率，ΔB＝B-B'，B表示待仿真信号带宽，B'表示去斜带宽，ΔB表示去斜后带宽，T为发射信号脉宽，t为时间变量，j为虚数单位。

进一步的，所述步骤S2中，所得到的第i个散射点所对应的低采样率回波分量标记为rs(i)(t)，Ai为第i个散射点所对应回波分量的幅度值，τi为第i个散射点所对应回波分量的时延值，i＝1,2,...,N,N为散射点个数，exp()为指数函数，fd(i)为第i个散射点对应的多普勒频率，t为时间变量。

进一步的，所述步骤S3中，去斜修正项其中，rc(i)(t)表示针对第i个散射点对应回波分量的去斜修正项，B'表示去斜带宽，ΔB表示去斜后带宽，τb为去斜基准参考时延，t为时间变量，j为虚数单位。

进一步的，所述步骤S4中，最终的低采样率去斜线性调频等效回波信号表示为：其中，N为散射点个数。

进一步的，所述步骤S4中，最终的低采样率去斜线性调频等效回波信号的离散信号形式表示为：其中，m＝0,1,2,...为离散采样序号，fs为采样率，fs＞ΔB，ΔB表示去斜后带宽。

一种针对去斜线性调频回波信号的低采样率等效仿真系统，采用上述针对去斜线性调频回波信号的低采样率等效仿真方法，包括：

低采样发射信号获取模块，用于根据待仿真雷达信号带宽和去斜后带宽仿真出具有去斜后带宽的低采样率雷达发射信号；

低采样率回波分量获取模块，用于结合仿真的低采样率雷达发射信号，根据待仿真回波中每个散射点的时延、幅度及多普勒频率信息获得该散射点对应的低采样率回波分量；

去斜线性调频等效信号获取模块，用于根据去斜修正公式得到该散射点的去斜修正项，将该去斜修正项与低采样率回波分量相乘得到该回波分量的去斜线性调频等效信号；

低采样率去斜线性调频等效回波信号获取模块，用于遍历仿真的低采样率发射信号对应的待仿真回波中所有散射点，将所有回波分量的去斜线性调频等效信号相叠加得到最终的低采样率去斜线性调频等效回波信号。

本发明的有益效果是，本发明等效仿真方法，根据待仿真信号带宽和去斜后带宽设计出具有去斜后带宽(通常为窄带)的低采样率雷达发射信号，根据待仿真回波中每个散射点的时延、幅度及多普勒频率信息得到该散射点对应的低采样率回波分量，再利用去斜修正公式得到该散射点的去斜修正项，将该去斜修正项与低采样率回波分量相乘得到该回波分量的去斜等效信号，最后遍历所有散射点得到最终的低采样率去斜等效回波信号。与现有常规仿真方法相比，降低采样率，提高了仿真宽带信号的仿真效率，降低仿真成本。

本发明仿真系统可用于科研仿真、雷达工程设计等方面。利用本发明仿真系统可在不损失去斜回波信号信息的情况下，以极低的采样率(通常在兆赫兹数量级)实现对回波信号的仿真，极大的减小了仿真资源的占用，并由此极大的提高了仿真效率，可实现对仿真信号的实时处理。能够极大程度降低仿真资源的需求，实现高效验证，保证测试用例设计更全面，使得验证更充分。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明涉及的线性调频回波信号为由主动式雷达所发射的线性调频雷达波接触到目标后反射的回波，再经由雷达接收机接收后转化的电信号，标记为r(t)，其数学表达式可建模为式(1-1)；

其中，Ai为第i个散射点所对应回波分量的幅度值，τi为第i个散射点所对应回波分量的时延值，i＝1,2,...,N,N为散射点个数，exp()为指数函数，fd(i)为第i个散射点对应的多普勒频率，t为时间变量，u(t)为雷达线性调频发射信号,其表达式，见式(1-2)；

其中，Au(t)为发射信号的幅度包落信号，f0为载波频率，B发射信号带宽，T为发射信号脉宽，t为时间变量，j为虚数单位。

本发明针对去斜线性调频回波信号的低采样率等效仿真方法，具体按照以下步骤进行：

S1，将低采样率去斜等效回波仿真信号初始化为零，根据待仿真雷达信号带宽和去斜后带宽设计出具有去斜后带宽(通常为窄带)的低采样率雷达发射信号，记为见式(1-3)；

其中，Au(t)为发射信号的幅度包落信号，f0为载波频率，ΔB＝B-B'，B表示待仿真信号带宽，B'表示去斜带宽，ΔB表示去斜后带宽(即去斜带宽差)，T为发射信号脉宽，t为时间变量，j为虚数单位。

S2，结合低采样率雷达发射信号，根据该低采样率发射信号对应的待仿真回波中每个散射点的时延、幅度及多普勒频率信息得到该散射点对应的低采样率回波分量；

所得到的第i个散射点所对应的低采样率回波分量标记为rs(i)(t)，见式(1-4)；

Ai为第i个散射点所对应回波分量的幅度值，τi为第i个散射点所对应回波分量的时延值，i＝1,2,...,N,N为散射点个数，exp()为指数函数，fd(i)为第i个散射点对应的多普勒频率，t为时间变量。

S3，将该散射点的时延代入去斜修正公式得到该散射点的去斜修正项；

去斜修正公式，见式(1-5)：

其中，rc(i)(t)表示针对第i个散射点对应回波分量的去斜修正项，B'表示去斜带宽，ΔB表示去斜后带宽，τb为去斜基准参考时延，t为时间变量，j为虚数单位；其中，去斜基准参考时延τb为所仿真的被探测目标对应在雷达回波距离波门的中心时延值，τb的主要作用就是根据预设的雷达回波距离波门来选定它所对应的探测区间。

S4，将该去斜修正项与低采样率回波分量相乘得到该回波分量的去斜线性调频等效信号，该去斜线性调频等效信号可表示为rs(i)(t)rc(i)(t)；

以散射点的低采样率回波分量rs(i)(t)为基础，通过乘以去斜修正项的方式，得到等效的符合实际回波模型的散射点去斜线性调频回波分量。利用去斜修正项对所构造的散射点低采样率回波分量rs(i)(t)进行修正，以获得符合实际回波模型的去斜线性调频回波分量。从原理上讲，该等效仿真方法是根据回波模型式(1-1)及去斜原理，从散射点角度出发，找到各个散射点对应的回波分量的去斜形式，并以此去斜形式为基准，通过数学近似，构造出散射点的低采样率回波分量乘以去斜修正项的形式，实现低采样率等效。

此处的去斜等效信号rs(i)(t)rc(i)(t)，从其具体的数学表达式上看，它与真实的回波去斜信号中第i个散射点分量的形式一致，两者的差异仅体现为初相位不同，这点不同不会对各个散射点回波分量的性质及其探测结果造成任何影响。此处获得去斜线性调频等效信号rs(i)(t)rc(i)(t)的作用就是要获得去斜线性调频回波信号的低采样率去斜表示形式，以实现对去斜回波的低采样率仿真。

S5，采用步骤S2-S4遍历低采样率发射信号对应的待仿真回波中所有散射点，将所有回波分量的去斜线性调频等效信号相叠加得到最终的低采样率去斜线性调频等效回波信号，该过程用式(1-6)表示：

其中，为最终得到的低采样率去斜线性调频等效回波信号，N为散射点个数。

值得注意的是，所得的中每个回波分量的去斜线性调频等效信号都包含两部分信号，即rs(i)(t)与rc(i)(t)。其中，rs(i)(t)的带宽为去斜后带宽ΔB，可用低采样率实现；rc(i)(t)为单频信号，其频率为由于去斜后信号时延范围相比去斜前有时间压缩效应，则0＜n＜10；去斜后信号相比去斜前信号的时间分辨率不变，此为雷达去斜原理的公知，这种时间分辨率不变特性从原理上说就是由去斜后信号相比去斜前信号的时间压缩效应决定的，压缩倍数为B/ΔB倍，即去斜后信号的时延范围为去斜前的回波的去斜前信号时延范围在设计上一般与发射信号脉宽T具有同等量级，可表示为nT，0＜n＜10，则经过去斜后，时延范围就变为这个时延范围换算为距离值也就是雷达距离波门宽度。|τi-τb|表示第i个散射点在回波中相对于去斜基准τb的时延值，该时延值必然在时延范围之内，即否则，该散射点不在探测范围内。

由于使得不大于nΔB，其中0＜n＜10，也可用低采样率实现。则最终得到的去斜线性调频等效回波信号可用低采样率实现。求解出的去斜线性调频等效回波信号为连续信号表达式，而无论在科研仿真还是雷达工程设计中需要的都是信号的离散形式，这样才可以用计算机做数字仿真计算；的离散信号形式可表示为：

其中，m＝0,1,2,...为离散采样序号，fs为采样率，其设计值应高于去斜后带宽，即fs＞ΔB。对做离散化就是对其进行数字化采样，数字化采样技术为信号处理领域的公知技术；采样率fs高于去斜后带宽ΔB为采样定理决定的，是信号处理领域的公知。

针对去斜线性调频回波信号的低采样率等效仿真系统，采用上述针对去斜线性调频回波信号的低采样率等效仿真方法，包括：

低采样发射信号获取模块，用于根据待仿真雷达信号带宽和去斜后带宽仿真出具有去斜后带宽的低采样率雷达发射信号；

低采样率回波分量获取模块，用于结合仿真的低采样率雷达发射信号，根据待仿真回波中每个散射点的时延、幅度及多普勒频率信息获得该散射点对应的低采样率回波分量；

去斜线性调频等效信号获取模块，用于根据去斜修正公式得到该散射点的去斜修正项，将该去斜修正项与低采样率回波分量相乘得到该回波分量的去斜线性调频等效信号；

低采样率去斜线性调频等效回波信号获取模块，用于遍历仿真的低采样率发射信号对应的待仿真回波中所有散射点，将所有回波分量的去斜线性调频等效信号相叠加得到最终的低采样率去斜线性调频等效回波信号。

理论上，一个具有高带宽的回波信号是高采样率的，对它进行去斜操作后依然是高采样率的，而且，这个高采样率的去斜回波信号难以从中直接推导出低带宽(具有低采样率)信号的线性叠加形式；能不能通过等效的方式以及何种等效方式得到这种低采样率的去斜回波信号就是解决这个问题的一个关键，也是一个难点。

本发明从单个散射点对应的去斜回波分量的角度出发，通过预先设计出低采样率的发射信号形式，得到单个散射点对应的低采样率回波分量，将去斜修正项与低采样率回波分量相乘，所得结果的形式与去斜回波分量形式一致，实现对去斜回波信号的低采样率仿真。克服了难以从去斜回波信号上直接推导出低带宽(具有低采样率)信号的线性叠加形式的技术困难。

本发明针对线性调频信号及其去斜形式，这种信号最常用于雷达系统或雷达信号处理领域，除了雷达系统，这种信号还可能用于其它系统或领域，如声呐系统、超声探测领域等，雷达领域的信号宽带形式应用较广泛。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。