一种探测信号操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号传输与处理技术领域，尤其涉及利用信号传输与处理技术实现一种有助于实现超分辨率信道响应估计的探测信号操作方法。
【背景技术】
[0002]信道是发送与接收设备之间传输媒介的总称，包括无线电磁信道，有线电磁信道，光信道，声音信道，超声波信道等，广义信道除了包括传输媒介，还包括通信设备有关的变换装置。信道可以视作是一个对发射信号进行变换的时-空变的随机滤波器，会对发射信号产生衰减，反射，透射，散射，绕射等效应以及多普勒效应，频散效应和非线性效应等，相当于对发射信号进行了幅值，时延，相移，频移或时间尺度伸缩，频散和非线性等调制。一般地，信道对发射信号的滤波作用可以使用y(t)= x(t) *h(t)来近似表示，式中t代表时间，X(t)代表发射信号，y(t)代表接收信号，h(t)代表信道冲激响应，*代表卷积。已知x(t)和y(t)，求解h(t)被称作信道响应估计。信道响应估计可以感知信道物理特性，是进一步实现信号重构，系统辨识的基础，广泛应用于地球物理，生命科学，材料科学，遥感技术，模式识另IJ，信号(图像)处理，工业控制等领域。
[0003]为实现高精度的信号重构，图像恢复，地震勘测，超声诊断，光学成像，系统辨识等功能，希望信道响应估计的时间分辨率尽可能高。传统的信道响应估计方法为匹配滤波器法或利用傅里叶变换及其反演来求解y(t)= x(t) *h(t)方程，这两种方法的时间分辨率Λt = l/(2*w)，w为发射信号带宽。传统方法下，为提高时间分辨率，就需要增加发射信号带宽，这会提高系统成本，在很多情况下难以实现。如何在不提高发射信号带宽的情况下，实现超出At = l/(2*w)时间分辨率限制的超分辨率信道响应估计具有重要的现实意义。
[0004]超分辨率信道响应估计难点在于，对于y(t)=x(t) *h(t)，已知x(t)和y(t)求解h(t)，这一类卷积型积分方程，在接收信号y(t)有误差并且h(t)为随机信道冲激响应的情况下，求其超分辨率解常常是不适定的，即得不到合理解。
[0005]—个可行的方法是发现h(t)中的有序结构，或构造具有有序结构的h(t)，以此特定结构信息作为约束，求解上述卷积型积分方程，得到合理的超分辨率解。
[0006]使用双设备实现信道响应估计，传统的探测信号操作方法主要有如下2种方式:
I)设备I向设备2发出探测信号，设备2分析所接收到的探测信号；
设备2所接收到的信号fl(t) = f0(t)*hl2(t)，式中f0(t)表示发射信号，fl(t)表示接收信号，hl2(t)表示从设备I到设备2的信道冲激响应，*表示卷积。在随机信道情况下，难以发现h 12 (t)中的特定结构。
[0007]2)设备I向设备2发出探测信号，设备2将所接收到的信号按照时间顺序或(及)按照时间倒序发送回设备I，设备I分析所接收到的信号；
设备I所接收到的信号fl(t) = f0(t)*hl2(t)*h21(t) = f0(t)*hl21(t)，式中f0(t)表示设备I所发射的信号，Π表示设备I所接收的信号，hl2(t)表示从设备I到设备2的信道冲激响应，h21(t)表示从设备2到设备I的信道冲激响应，hl21(t)表示从设备I到设备2再到设备I的往返信道冲激响应，*表示卷积。通常情况下，hi2(t)不等于h21 (t)。在随机信道情况下，难以发现hl21(t)中的特定结构。
[0008]上述2种传统的探测信号操作方法，在随机信道情况下，均难以发现信道冲激响应中的特定结构，从而难以求解上述卷积型积分方程得到合理的超分辨率解。
【发明内容】
[0009]针对使用双设备实现信道响应估计的传统探测信号操作方法不利于实现超分辨率信道响应估计的问题，本发明的目的是提供一种探测信号操作方法，使得y(t) = x(t)*h(t)这类卷积型积分方程中的h(t)(即信道冲激响应)包含特定结构，从而有助于求解上述卷积型积分方程得到合理的超分辨率解。
[0010]本发明的技术方案具体是这样实现的，包括如下步骤。
[0011]I)设备I向设备2发出探测信号；
设备可以是声，光，电设备等，如无线通信设备，有线通信设备，超声波检测设备等。所发出的探测信号是相应的无线电磁信号，有线电磁信号，光信号，声音信号，超声波信号等。
[0012]探测信号可以是一段具备特定时域与频域特征的波形，使得其易于被设备辨识与处理，如超宽带脉冲波，线性频率调制(LFM)波等。
[0013]2)设备2接收步骤I)中设备I所发出的信号，并将所接收到的信号按照接收时间顺序发送回设备I;
设备2所接收到的信号f2(t) = fl(t)*hl2(t)，式中fl(t)表示设备I所发出的信号，hl2(t)表示从设备I到设备2的信道冲激响应，*表示卷积。
[0014]设备2可以在接收信号时存储信号，等待该段信号全部接收完成时，将所存储的信号发送回设备I，也可以在接收信号同时将所接收的信号发送回设备I，例如对于无线通信设备，可以采用频分复用方式，将发送回设备I的信号调制到与设备I所发出信号不同的载波频率，从而互不干扰。
[0015]设备可以通过模数转换器件，按照时间顺序采样并存储接收信号，也可以采用具备“记忆”功能的模拟器件，按照时间顺序存储接收信号波形。
[0016]按照接收时间顺序发送指的是，最早接收到的信号值被最早发送出去，最后接收到的信号值被最后发送出去。
[0017]3)设备I接收步骤2)中设备2所发出的信号，并先将所接收到的信号按照接收时间顺序发送回设备I，接着再将所接收到的信号按照接收时间倒序发送回设备I;或者仅将所接收到的信号按照接收时间顺序发送回设备I;或者仅将所接收到的信号按照接收时间倒序发送回设备I;
设备I接收到步骤2)中设备2所发出的信号f3(t) = f2(t)*h21(t) = fl(t)*hl2(t)*h21(t) = fl(t)*hl21(t)，式中fl(t)表示设备I在步骤I)中所发出的信号，hl2(t)表示从设备I到设备2的信道冲激响应，h21(t)表示从设备2到设备I的信道冲激响应，hl21(t)表示从设备I到设备2再返回设备I的往返信道冲激响应，*表示卷积。hl21(t) = hl2(t)*h21(t)，h21(t)与hl2(t)通常不相等。
[0018]按照接收时间倒序发送指的是，设备在接收信号同时存储信号，信号接收完成时将所存储的信号值，按照接收时间顺序反转后发送出去，即最后接收到的信号值被最早发送出