技术特征：
1.一种调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，包含如下步骤：s1：由发射天线发射一帧扫频信号，所述发射天线的一帧扫频信号中包括多个扫频信号；s2:由接收天线阵列的多个接收天线接收所述所述一帧扫频信号的接收信号，所述接收信号是多个目标回波信号的叠加；s3:由数据处理单元对所述目标回波信号进行处理，得到模拟差频信号，所述模拟差频信号为i通道和q通道的模拟差频信号；s4：对所述模拟差频信号进行低通滤波和模数转换处理，得到数字差频信号，所述数字差频信号为i通道和q通道的数字差频信号；s5：将一帧内的多个扫频信号对应的数字差频信号进行矩阵排列，并对所述矩阵排列做二维快速傅立叶变换得到频谱矩阵，对所述频谱矩阵进行计算，得到综合频谱能量矩阵p；s6:对所述综合频谱能量矩阵p进行计算，得到目标参数；s7：选取所述一帧扫频信号中的任一扫频信号，获取接收天线阵列中各个接收天线对应于该扫频信号的数字差频信号,并根据预先设定的矩阵运算得到去除相互混叠后各目标的目标回波信号；s8：选取所述去除相互混叠后任一目标回波信号，计算其相位序列；s9：根据所述相位序列计算相位噪声采样序列；s10：对所述相位噪声采样序列进行频谱分析获取相位噪声功率谱。2.根据权利要求1所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，所述一帧扫频信号包含l个(l为整数，且大于零)扫频信号。在t时刻的所述扫频信号s(t)可以用以下时间变量t的函数来表示：其中，a为表示电压幅值的常数，f
c
为中心频率，k＝b/t
c
为扫频斜率，b为扫频带宽，t
c
为扫频时间，为初始相位，为t时刻的相位噪声。3.根据权利要求2所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，所述l个扫频信号，其中l的值为16、32、64或128。4.根据权利要求1所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，所述接收天线阵列有d个子接收天线，其中，第d个接收天线(d＝1,2,...,d)对应的所述扫频信号s(t)的接收信号是多个目标回波信号的叠加。5.根据权利要求4所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，第d个子接收天线在t时刻的目标回波信号用以下时间变量t的函数表示：其中，m为目标个数，为第d个天线接收到的第m个目标的回波信号强度，f
dm
为第m个目标的多普勒频率，第m个目标的回波延迟为τ
m
＝2r
m
/c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)r
m
为第m个目标的距离，c为光速。
6.根据权利要求1所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，所述由数据处理单元对所述目标回波信号进行处理，得到模拟差频信号，进一步包括，对回波信号经低噪声放大，混频，中频放大，得到i通道和q通道的模拟差频信号。7.根据权利要求6所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，对第d个接收天线d(d＝1,2,...,d)，其对应于一个扫频信号s(t)的i通道和q通道的模拟差频信号可以表示为：拟差频信号可以表示为：8.根据权利要求1所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，对所述模拟差频率信号进行低通滤波和模数转换处理，得到i通道和q通道的数字差频信号，进一步包括，对第d个接收天线(d＝1,2,...,d)，其对应于一个扫频信号s(t)的i通道和q通道的数字差频信号可以表示为：和q通道的数字差频信号可以表示为：其中，n＝1,...,n，n为采样点数，t
s
为采样周期，round()为四舍五入取整数。用复数形式表示的数字差频信号y
(d)
(n)为：这里j为虚部表示符号。9.根据权利要求8所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，将接收天线d(d＝1,2,...,d)的对应于一个扫频信号的数字差频信号排列成一个n维列向量：y
(d)
＝(y
(d)
(1) y
(d)
(2) ... y
(d)
(n))
t
,(d＝1,2,...d)
ꢀꢀꢀꢀ
(10)其中，右上角t表示向量转置运算。10.根据权利要求9所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，对所述数字差频信号排列成的矩阵做二维快速傅立叶变换得到频谱矩阵，对所述频谱矩阵进行计算，得到综合频谱能量矩阵p，进一步包括，将一帧内所有l个扫频信号对应的数字差频信号排列成一个维度为n行l列的矩阵，并对该矩阵做二维快速傅立叶变换得到同样维度的频谱矩阵；对接收天线阵列中的各个接收天线分别重复进行所述二维快速傅立叶变换操作，操作后得到d个频谱矩阵：f
(d)
(d＝1,2,...,d)；对各频谱矩阵逐点求模的平方，得
到d个频谱能量矩阵：e
(d)
(d＝1,2,...,d)；进一步将d个频谱能量矩阵做平均得到综合频谱能量矩阵p。11.根据权利要求8所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，对所述综合频谱能量矩阵p进行计算，得到目标参数，进一步包括，根据所述综合频谱能量矩阵p的m个尖峰的坐标索引值得到各目标的参数。12.根据权利要求11所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，根据所述综合频谱能量矩阵p的m个尖峰的坐标索引值得到各目标的参数，进一步包括，根据第m(m＝1,2,...,m)个尖峰的行索引值i
m
和列索引值j
m
分别得到目标m的距离r
m
及多普勒频率f
dm
。13.根据权利要求8所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，任意确定一个扫频信号，获取各个接收天线对应于该扫频信号的数字差频信号，并通过预设的矩阵运算求得去除相互混叠后各目标的回波信号x
m
。14.根据权利要求13所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，所述预设的矩阵运算表示如下：(x
1 x
2 ... x
m
)＝(y
(1) y
(2) ... y
(d)
)c-1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)其中，y
(d)
，(d＝1,2,...d)为公式(10)定义的数字差频信号；x
m
为n维列矢量：x
m
＝(x
m
(1) x
m
(2) ... x
m
(n))
t
,(m＝1,2,...m)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)f
(d)
(i
m
,j
m
)(d＝1,2,...,d；m＝1,2,....m)为频谱矩阵f
(d)
的第(i
m
,j
m
)个元素。i
m
和j
m
分别为求得的目标m的行索引值和列索引值。15.根据权利要求8所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，计算所述去除相互混叠后各目标回波信号的相位序列，进一步包括，选取任一目标回波信号x
m
(m＝1,2,...,m)，计算其相位序列为：a
m
(n)＝arctan(imag(x
m
(n)/real(x
m
(n)),(n＝1,2,...,n)
ꢀꢀꢀꢀ
(14)其中，arctan()为反正切函数，real()为取实部运算符，imag()为取虚部运算符；根据公式(6)和式(7)计算可以得出：其中，进一步，将公式(15)转换为：其中：b
m
(n)＝a
m
(n)-ф(n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)根据公式(17)可知:对任一目标m,相位噪声采样值φ(nt
s
)均为b
m
(n)(n＝1,2,...,n)
通过一个阶数为的数字滤波器的输出序列。16.根据权利要求15所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，计算相位噪声采样序列φ(nt
s
)(n＝1,2,...,n)，进一步包括，任意确定一个目标，即任选一个m∈(1,2,...,m)，将所述b
m
(n)序列通过如下传输函数的数字滤波器:其中，z为传输函数的自变量，表示一个单元的超前运算。该滤波器输出序列即为相位噪声采样值:φ(nt
s
)，(n＝1,2,
…
,n)。其中，b
m
(n)由公式(18)、公式(15)和公式(16)计算，参数τ
m
由公式(3)计算，由公式(8)计算。17.根据权利要求1-15所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，所述频谱分析为快速傅立叶变换。18.一种调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计系统，其特征在于，包括发射天线，接收天线阵列，以及数据处理模块，所述调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计系统用于实现如权利要求1-17中任一所述的方法。
技术总结
本发明提供了一种从中频接收数字信号实时估计相位噪声功率谱的方法，通过对目标回波信号进行处理得到数字差频信号，利用二维快速傅立叶变换将数字差频信号矩阵进行处理得到综合频谱能量矩阵，并进一步得到目标参数，再根据预先设定的矩阵运算得到去除相互混叠后各目标的回波信号，然后计算相位噪声采样序列并进行频谱分析获取相位噪声功率谱。本发明无需添加额外硬件，且无论单个或多个目标情况，均能够直接提取相位噪声采样值，进而估计出相位噪声的功率谱，估计精度不易受到多目标和其它类型噪声的影响，并且能够克服现有技术中相位噪声估算方法存在的一些技术问题。位噪声估算方法存在的一些技术问题。位噪声估算方法存在的一些技术问题。
技术研发人员：邱万智 罗海峰 张凡 熊翔 周源 蒋琦 黎晟昊
受保护的技术使用者：杭州岸达科技有限公司
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/3/15