专利名称：非均匀采样的Chirp脉冲时延估计方法
技术领域：
本技术涉及一种非均匀采样的Chirp脉冲时延估计方法，属于雷达信号处理领域。
背景技术：
线性调频脉冲体制雷达利用了 Chirp脉冲信号(也称线性调频信号)可以通过增加脉冲宽度，实现在较低的峰值功率下，提高发射功率，并获得较长的探测距离和较高的距离分辨力，克服探测距离与距离分辨率之间的矛盾，是目前在工程应用上最广泛的、技术最成熟的一种脉冲压缩体制雷达。Chirp信号可以看作是正余弦函数的推广形式(取调频率为0，即退化为正余弦函数)，Chirp函数族也正是傅里叶变换的广义形式——分数阶Fourier变换(FRFT)的一组基 函数，在特定阶次的分数阶Fourier域上Chirp信号具有冲激函数的形式。正如正弦信号频域具有冲激函数的形式，使得傅里叶变换成为正余弦函数形式信号处理的最优工具，同理，分数阶Fourier变换是处理Chirp类信号的最优工具。分数阶Fourier变换对Chirp信号具有良好的能量聚集性，是Chirp类信号检测和参数估计的有效工具。陶然、李雪梅等人在文章《Time delay estimation of Chirp signals in the fractional Fourier domain》(IEEE Trans. Signal Processing, 2009, 57(7) : 2852- 2856.)中基于线性调频信号的时频耦合特性，通过检测线性调频信号在匹配阶次的分数阶Fourier域聚焦峰值的位置，实现了 Chirp脉冲信号时延的估计。基于分数阶Fourier变换的Chirp脉冲时延估计方法是通过估计由信号时延导致的多普勒频移实现的脉冲时延估计，在均匀采样时会受限于采样频率的限制。当脉冲时延过大，由时延产生的频移超过信号的采样频率时，在分数阶Fourier域会产生频率混叠，导致频移估计模糊，进而使得Chirp脉冲的时延估计模糊。非均匀采样又称随机采样，是相对均匀采样的一种采样方式。由于非均匀采样的采样时间间隔是随机的，且时间间隔一般设定为不等间隔，采样点数和采样时间没有线性函数关系。因此，非均匀采样不受采样定理的限制，加大了频率的检测范围，能实现在短数据长度、低采样频率下检测到阶次更高的频率，从而可实时快速满足特定场合的要求。最重要的是，由于随机采样，使非均匀采样能消除均匀采样引起的频率混叠问题。因此采用非均匀采样的基于分数阶Fourier变换的时延估计不会产生模糊。非均匀采样信号具有频率分辨率高的优点，且可降低了频谱泄露，消除栅栏现象等问题。因此，采用基于分数阶Fourier变换非均勻采样的进行Chirp脉冲时延估计的方法，可以有效消除均匀采样产生的模糊问题，并且能够以较低采样率进信号的时延估计；此夕卜，由于分数阶Fourier域滤波可以抑制某些在傅里叶域无法滤除的干扰和噪声,通过分数阶Fourier域滤波的优势，有效抑制同频信号间的相互干扰
发明内容
本发明针对均勻采样下基于分数阶Fourier变换的Chirp脉冲信号时延估计会产生模糊问题，提出了一种非均匀采样的Chirp脉冲时延估计方法。本发明的方法利用非均匀采样能够消除频率混叠的特性，解决了均匀低速采样条件下基于分数阶Fourier变换的Chirp脉冲信号时延估计产生模糊问题,有效降低了接收信号的采样率和后续信号处理的运算量及复杂度，为线性调频脉冲体制雷达、线性调频脉冲体制定位系统的信号处理提供了有效的工具。本发明采用的技术方案如下非均匀采样的Chirp脉冲时延估计方法，包括有线性调频脉冲体制雷达，其特征在于根据Chirp脉冲信号(也称线性调频信号)的调频率k (k < 0)，脉冲重复时间T，脉冲宽度为Tp，选定分数阶Fourier变换的变换阶次p = 2arccot (-k) / ;同时根据加性非均匀采样时间设置随机采样时间点tn，tn+1 = tn+ yn fs，式中{ Y1J为服从均匀分布在(f 3)的一组随机数，其值恒为正，fs为最大采样频率；在此基础上，具体包括如下步骤I)、对接收到的一个脉冲重复时间T内的线性调频脉冲雷达的回波信号x(t)，经过调频率为_k的Chirp脉冲信号eXp{-jJikt2}进行调制，得到调制信号g(t)，
g(0 = exp{-/,T/:-/:}.v(/).2)、将步骤I)得到的信号g(t)以预先存储的非均匀采样时间点tn为间隔进行时域采样，得到采样序列g(tn);非均匀采样的时间间隔是不相等的，采样最大频率仁=I/min [tn+1-tn]，且fs〈2B，B是雷达发射的Chirp脉冲信号的带宽；由预先设定的非均匀采样时间点可知采样平均时间间隔为At = 2/fs，由脉冲重复时间T和脉冲宽度为Tp可得到该采样序列g(tn)的序列长度为N、Chirp脉冲信号的脉冲宽度内的采样点数为J ；3)、将步骤2)得到的信号做匹配阶次p = 2arccot(-k)/ji的非均匀采样的分数阶离散傅里叶变换，根据分数阶Fourier变换定义可得
权利要求
1. 一种非均匀采样的Chirp脉冲时延估计方法，包括有线性调频脉冲体制雷达，其特征在于根据Chirp脉冲信号(也称线性调频信号)的调频率k (k < 0)，脉冲重复时间T，脉冲宽度为Tp，选定分数阶Fourier变换的变换阶次p = 2arccot (-k) / ;同时根据加性非均匀采样时间设置随机采样时间点tn，tn+1 = tn+ yn fs，式中{ Y1J为服从均匀分布在(f 3)的一组随机数，其值恒为正，fs为最大采样频率； 在此基础上，具体包括如下步骤 1)、对接收到的一个脉冲重复时间T内的线性调频脉冲雷达的回波信号x(t)，经过调频率为_k的Chirp脉冲信号eXp{-jJikt2}进行调制，得到调制信号g(t)， 2)、将步骤I)得到的信号g(t)以预先存储的非均匀采样时间点tn为间隔进行时域采样，得到采样序列g(tn);非均匀采样的时间间隔是不相等的，采样最大频率4 = I/min [tn+1-tn]，且fs〈2B，B是雷达发射的Chirp脉冲信号的带宽；由预先设定的非均匀采样时间点可知采样平均时间间隔为At = 2/fs，由脉冲重复时间T和脉冲宽度为Tp可得到该采样序列g(tn)的序列长度为N、Chirp脉冲信号的脉冲宽度内的采样点数为J ； 3)、将步骤2)得到的信号做匹配阶次p= 2arcc0t(-k)/ji的非均匀采样的分数阶离散傅里叶变换，根据分数阶Fourier变换定义可得 __N-IXM,,) = V -./'COta expf /^rcotaM,,；}^exp{-./2;rcsca〃 / |#(/ ) (/ 「/ )("W=O 由式(I)可知，可将g(tn)先进行非均匀采样的离散傅里叶变换，再进行U111 CSC a的尺度变换； 4)、将步骤3)得到结果Xp(Um)取幅值即IXp(U111) I，并将多个脉冲重复周期的分数阶Fourier域下信号的幅值进行非相参积累； 5)、对多个脉冲重复周期非相参积累后的IXp(Um) I进行峰值搜索，并记录其峰值点所对应的坐标采样点Hii Cmi即为第i个目标回波信号在分数阶Fourier域产生峰值的位置)，由所采用的非均匀采样的离散分数阶Fourier变换阶次p和步骤2)中确定的信号序列长度N、时域的平均采样时间间隔At，按照下式(2)即可获得Chirp脉冲信号的无模糊时延 mi=argmax | Xp (um) |, x J=Ini At (2) 其中，Ti为第i个目标回波信号产生的时延。
全文摘要
本发明公开了一种非均匀采样的Chirp脉冲时延估计方法，发射Chirp脉冲信号的匹配变换阶次p和非均匀采样产生的随机采样时间点tn，并进行数据存储；对接收的信号采用调频率为-k的Chirp脉冲信号进行调制，得到调制后信号g(t)；对g(t)以tn进行时域采样，得到采样序列g(tn)，对g(tn)进行非均匀采样离散傅里叶变换，再做umcscα的尺度变换得Xp(um)，对分数阶Fourier域下信号的幅值|Xp(um)|进行非相参积累；对积累后的信号进行峰值搜索并记录分数阶Fourier域下对应位置mi，进而计算出脉冲时间延迟τi=mi. t。本发明可以有效解决在均匀低速采样条件下因脉冲时延过大导致频移大于信号采样率而造成的时延模糊问题。
文档编号G01S7/36GK102778674SQ20121016688
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者李昕 申请人:安徽理工大学