本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种基于单频时变阈值的一比特回波数据采集方法及系统。
背景技术：
sar(syntheticapertureradar，合成孔径雷达)成像具有全天时、全天候、远作用距离、高分辨的探测能力，在遥感测绘、区域检测、地质勘探、灾难救援等众多领域发挥着重要的作用，是国内外学者的研究热点。但随着sar信号带宽的增加，其数据采集、存储、传输、处理的负担逐渐加重。
为了简化数据采集、存储、传输、处理的复杂程度，现有技术中也有基于一比特采样的sar成像解决方案，来降低了成像处理的数据量，简化了成像处理实现复杂度，但是传统的一比特量化是将回波数据与0进行比较，会造成信号幅度信息的丢失，影响成像质量。虽然现有技术中也有将时变阈值引入一比特采样中，例如引入随机时变阈值以及高斯时变阈值，但是其适用场景有限，难以在sar成像的非稀疏场景中进行应用，且难以保证成像质量。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于单频时变阈值的一比特回波数据采集方法及系统，旨在解决现有技术中的一比特采样的sar成像方法中回波数据采集、存储、传输、处理过程复杂、效率低，且难以保证成像质量等问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于单频时变阈值的一比特回波数据采集方法，其中，所述方法包括：
步骤a、sar向被探测目标发射线性调频脉冲信号；
步骤b、sar接收机接收经被探测目标反射回的回波信号，并产生单频时变阈值；
步骤c、利用所述单频时变阈值对所述回波信号进行一比特量化处理；
步骤d、所述sar重复向被探测目标发射线性调频脉冲信号，并重复执行步骤a至步骤c，得到一比特sar回波数据。
所述的基于单频时变阈值的一比特回波数据采集方法，其中，所述步骤d之后还包括：
步骤e、利用成像算法对采集到的一比特sar回波数据进行成像处理，输出成像结果。
所述的基于单频时变阈值的一比特回波数据采集方法，其中，所述步骤b中具体包括：
步骤b1、所述sar发射的线性调频脉冲信号传播到被探测目标；并经所述被探测目标反射；
步骤b2、所述sar接收机接收反射的回波信号，并以预定的采样率对接收到的回波信号采样，得到回波信号采样序列；
步骤b3、所述sar接收机产生单频时变阈值，并以所述采样率对所述单频时变阈值进行采样。
所述的基于单频时变阈值的一比特回波数据采集方法，其中，所述步骤b还包括：
将所述回波信号采样序列以及所述单频时变阈值以向量的形式表示。
所述的基于单频时变阈值的一比特回波数据采集方法，其中，所述步骤b3中单频时变阈值的产生方式包括：sar接收机利用本地振荡器或者直接数字式频率合成器产生单频时变阈值。
所述的基于单频时变阈值的一比特回波数据采集方法，其中，所述步骤c中包括：利用锯齿波的时变阈值或者三角波的时变阈值对所述回波信号进行一比特量化处理。
所述的基于单频时变阈值的一比特回波数据采集方法，其中，所述步骤c具体包括：
步骤c1、将回波信号采样序列的向量形式与单频时变阈值的向量形式中的对应元素依次进行比较；
步骤c2、若回波信号采样序列中的元素大于单频时变阈值中的元素，则将回波数据存储为1；
步骤c3、若回波信号采样序列中的元素小于单频时变阈值中的元素，则将回波数据存储为0。
一种基于上述任一项所述的基于单频时变阈值的一比特回波数据采集系统，其中，所述系统包括：
sar，用于重复向被探测目标发射线性调频脉冲信号；
被探测目标，用于接收所述线性调频脉冲信号，并将所述线性调频脉冲信号反射；
sar接收机，用于接收经被探测目标反射的回波信号，并利用单频时变阈值对所述回波信号进行一比特量化处理；所述sar接收机设置在所述sar上。
所述的基于单频时变阈值的一比特回波数据采集系统，其中，所述sar接收机还包括：利用本地振荡器或者直接数字式频率合成器产生单频时变阈值。
所述的基于单频时变阈值的一比特回波数据采集系统，其中，所述sar接收机还用于，利用锯齿波的时变阈值或者三角波的时变阈值对所述回波信号进行一比特量化处理。
本发明的有益效果：本发明利用单频时变阈值对回波信号进行一比特量化处理，从而得到一比特回波数据，有效简化了回波数据的采集复杂程度以及成本，提高了数据采集效率，且能够获得与传统sar相似的成像质量。
附图说明
图1是基于单频时变阈值的一比特回波数据采集方法的较佳实施例的流程图。
图2是基于本发明的一比特回波数据采集方法的sar成像结果图。
图3是基于传统的回波数据采集方法的sar成像结果图。
图4是本发明基于单频时变阈值的一比特回波数据采集系统的原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
sar成像具有全天时、全天候、远作用距离、高分辨的探测能力，在遥感测绘、区域检测、地质勘探、灾难救援等众多领域发挥着重要的作用，是国内外学者的研究热点。但随着sar信号带宽的增加，其数据采集、存储、传输、处理的负担逐渐加重。一方面，sar系统需要对回波数据进行高精度的采样已保留完整的信号特征，导致数据处理位宽增加，对系统的硬件性能提出了更高的要求；另一方面，信号采样率也需要相应地提升以避免信号频谱的混叠，从而使得数据量增加，降低了数据处理的效率。因此，对于研究低复杂度、高效率的sar回波数据采集方法很有必要。本发明提供一种基于深度残差网络的细胞分类方法，如图1所示，图1是本发明基于单频时变阈值的一比特回波数据采集方法的较佳实施例的流程图。所述基于单频时变阈值的一比特回波数据采集方法包括以下步骤：
步骤s100、sar向被探测目标发射线性调频脉冲信号。
具体地，sar(syntheticapertureradar，合成孔径雷达)向被探测目标发射线性调频脉冲信号。脉冲的持续时间为tr，假设在tr内的某一时刻为tr，信号的频率以载波频率fc为中心，随着tr的增加而增大，其变化率为γ。因此，线性调频脉冲信号的形式可以用下式表示：
进一步地，步骤s200、sar接收机接收经被探测目标反射回的回波信号，并产生单频时变阈值。
具体地，所述sar发射的线性调频脉冲信号传播到被探测目标；所述被探测目标对信号进行反射，反射的回波信号被sar接收机接收。sar接收机接收以预定的采样率对接收到的回波信号采样，得到回波信号采样序列，并将所述回波信号采样序列以向量的形式表示。
假设从发射信号到接收到回波的时间为τ，而目标的后向散射系数为σ，则sar接收到的回波信号可以表示为：
假设以采样率fs对接收到的信号进行采样，可以得到一个回波信号采样序列，这个序列可以表示为一个m×1的向量s。用sm表示s的第m个数，其中1≤m≤m，则s可以表示为[s1,s2,l,sm,l,sm]。
进一步地，所述sar接收机产生单频时变阈值，并以所述采样率对所述单频时变阈值进行采样，并将所述单频时变阈值也以向量的形式表示。
在本实施例中，所述sar接收机可以利用本地振荡器或者直接数字式频率合成器(directdigitalsynthesizer，dds)的方式产生单频时变阈值，它的频率为f0，相位为
其中as表示单频时变阈值的幅度，它的取值为回波信号幅度的最大值。同样以fs对单频时变阈值进行采样，则阈值可以表示为一个m×1的向量h，即[h1,h2,l,hm,l,hm]。
进一步地，步骤s300、利用所述单频时变阈值对所述回波信号进行一比特量化处理。
具体实施时，本发明将回波信号采样序列的向量形式与单频时变阈值的向量形式中的对应元素依次进行比较。若回波信号采样序列中的元素大于单频时变阈值中的元素，则将回波数据存储为1；若回波信号采样序列中的元素小于单频时变阈值中的元素，则将回波数据存储为0。例如将向量s与h的对应元素依次进行比较，以第m个元素为例，若sm≥hm，将回波数据存储为1；若sm<hm将回波数据存储为0。从而可以得到由0和1组成的一比特sar回波录取数据。
本发明利用单频时变阈值对回波信号进行一比特量化，大大降低了sar数据采集、存储、传输、处理的复杂度和实现难度，降低了sar系统的成本，是一种更加经济有效的实现方法。较佳地，所述单频时变阈值还可用锯齿波或者三角波的时变阈值代替，即利用锯齿波的时变阈值或者三角波的时变阈值对所述回波信号进行一比特量化处理。当然，其他形式的时变阈值也应该属于本发明的保护范围。
具体地，由于sar回波数据的采集、存储、传输、处理的过程都是以数字信号的形式进行，每个数据都被表示为由0或1组成的二进制数字。比方说数字3，它的二进制表示是11。在此基础上，为了进一步表示数字的正负，则会在二进制之前再添加一位符号位，0表示正，1表示负，即3表示为011，-3表示为111。二进制的每一位数占据存储空间1位(1bit)，8bit则是一个字节(byte)，1mb的存储空间可以存储1048576字节。在传统的回波数据采集方法中是把数据量化为16bit，而本发明是将数据量化为1bit，因此存储、传输的数据量都降为1/16，有效简化了回波数据的存储与传输。
并且，由于本发明将数据量化为1bit，相对于传统的数据进行16bit量化，所需要的模数转换器(adc)的复杂度以及成本更加低。此外，在sar成像的过程中需要进行一些乘法预算，本发明同样是以二进制的形式进行。以3×3为例(采集数据×匹配滤波器)，需要进行的二进制计算式为011×011。本发明把数据量化为1bit，因此只有0或者1，所以就是0×011(1bit采集数据×匹配滤波器)，具体的计算方法就是将1bit数据0和011中的符号位0进行逻辑运算就可实现，大大降低了硬件的复杂深度以及成本，能够获得与传统sar相似的成像质量。
进一步地，步骤s400、所述sar重复向被探测目标发射线性调频脉冲信号，并重复执行步骤s100至步骤s300，得到一比特sar回波数据。
本发明使所述sar重复向被探测目标发射线性调频脉冲信号，并使单频时变阈值中的
为了进一步说明采用本发明方法所采集的回波数据的成像质量优于使用传统方法采集的回波数据的成像质量，本发明通过仿真实验进行比对。如图2和图3所示，图2基于本发明的一比特回波数据采集方法的sar成像结果图。图3是基于传统的回波数据采集方法的sar成像结果图。由于本发明是将回波数据量化成一比特，大大简化了数据采集、存储、传输、运算的复杂度，相对于图3，图2中的场景中的建筑、道路、车辆等目标依然能够较好地分辨，且能够获得与传统sar相似的成像质量。
基于上述实施例，本发明提供了一种基于单频时变阈值的一比特回波数据采集系统，如图4所示。所述系统包括：sar(syntheticapertureradar，合成孔径雷达)100，用于重复向被探测目标发射线性调频脉冲信号；被探测目标200；用于接收所述线性调频脉冲信号，并将所述线性调频脉冲信号反射；sar接收机110，用于接收经被探测目标反射的回波信号，并利用单频时变阈值对所述回波信号进行一比特量化处理；所述sar接收机110设置在所述sar100上。
进一步地，所述sar接收机110还包括：利用本地振荡器或者直接数字式频率合成器产生单频时变阈值。在本发明中，所述单频时变阈值还可以用锯齿波或者三角波的时变阈值代替,即利用锯齿波的时变阈值或者三角波的时变阈值对所述回波信号进行一比特量化处理；具体如述实施例所述。
本发明利用单频时变阈值对回波信号进行一比特量化，大大降低了sar数据采集、存储、传输、处理的复杂度和实现难度，降低了sar系统的成本，提高了成像质量。
综上所述，本发明提供的一种基于单频时变阈值的一比特回波数据采集方法及系统，所述方法包括：sar向被探测目标发射线性调频脉冲信号；sar接收机接收经被探测目标反射回的回波信号，并产生单频时变阈值；利用所述单频时变阈值对所述回波信号进行一比特量化处理；所述sar重复向被探测目标发射线性调频脉冲信号，并重复接收回波信号以及对回波信号进行一比特量化，得到一比特sar回波数据。本发利用单频时变阈值对回波信号进行一比特量化处理，从而得到一比特回波数据，有效简化了回波数据的采集复杂程度以及成本，提高了数据采集效率，且能够获得与传统sar相似的成像质量。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。