一种频谱连续多目标信号合成方法与流程

本发明涉及雷达目标信号产生与模拟领域，特别涉及一种频谱连续多目标信号合成方法。

背景技术：

现代雷达系统功能全面并且性能复杂，能够同时进行扫描、跟踪、识别和目标打击等操作。在雷达系统研发、测试时，通常需要使用合适的目标模拟器进行测试。受限于硬件条件和模拟方法，目前使用的目标模拟器多是只针对某几种特定目标，模拟器输出目标的时效性和各个目标的精度会受到限制。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种频谱连续多目标信号合成方法，该方法具有硬件资源利用率高、多目标信号精度高的优点。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种频谱连续多目标信号合成方法包括以下步骤：

1)用户通过信号产生软件提供的参数输入界面，设置信号参数；

2)计算信号内存利用率；

3)计算合成信号所需虚拟内存空间大小，并根据多目标信号精度要求调整信号脉冲的pri；

4)利用经过步骤3调整后的信号参数，在虚拟内存空间中重新按时序排列信号，得到多目标信号的包络信息；

5)执行脉内信息处理，为多目标信号包络添加脉内信息；

6)任意波形发生器根据多目标波形文件，生成多目标信号。

优选地，所述步骤1中的信号参数包括信号个数、信号的延时delay、信号脉宽τ、信号脉冲重复间隔pri、信号脉内调制方式和信号脉内调制参数。

优选地，所述步骤1中的信号参数由连续时域信号参数转换为离散时域信号参数的公式为：

τpoints＝round((τ*fs)/ngran)*ngran；

pripoints＝round((pri*fs)/ngran)*ngran；

delaypoints＝round((delay*fs)/ngran)*ngran；

其中，τ是信号脉宽，pri为信号脉冲重复间隔，delay为信号延时，fs为系统采样率，ngran为系统可处理的信号粒度，τpoints和pripoints为经过数字化并调整粒度关系之后的信号脉宽与信号脉冲重复间隔，delaypoints为延时的离散点数。

优选地，所述步骤2的具体流程为：

第一步，初始化内存空间；

第二步，在内存空间中循环存储每一个输入脉冲信号，并记录脉冲位置；

第三步，统计所有信号叠加后信号样点数目和空闲样点数目；

第四步，空间利用率的计算：

空间利用率＝信号样点数目/内存空间大小。

优选地，所述步骤3的具体流程为：

第一步，设定当前可用总空间；

第二步，在设定可用总空间中搜索最小内存空间；

第三步，存在最小内存空间，则最小内存空间作为信号占用空间，信号参数不进行调整；不存在最小内存空间，再次搜索，脉冲信号pri误差最小的空间为信号占用空间，并调整信号pri骨架周期。

优选地，所述最小内存空间中存放的每个信号均为完整周期。

优选地，所述脉冲信号pri误差定义为：

信号pri误差＝(占用空间点数-信号骨架周期*信号骨架周期总数)/信号骨架周期总数；

其中，信号骨架周期总数＝floor(占用空间点数/信号骨架周期)，floor是指向下取整；

调整信号后新骨架周期为：

新骨架周期＝原信号骨架周期+信号pri误差。

优选地，所述步骤4的具体流程为：

第一步，输入调整后参数；

第二步，在步骤3中计算得到的虚拟内存中，统计所有信号叠加后信号样点数目和空闲样点数目等包络信息；

第三步，将合成信号中总的信号样点数目写入到多目标信号文件中，合成信号中总的空闲样点数目写入到信号配置文件中。

优选地，所述步骤5的具体流程为：

第一步，由步骤4计算得到合成后的信号总片段数、每段片段包含的信号脉冲数；

第二步，定义数组data大小为每段片段点数；

第三步，读取步骤4保存的包络信息；

第四步，按总信号数和片段内总脉冲数，在数组data中按时间顺序叠加每一个信号的幅度信息；

第五步，每一段信号叠加完成后，将数组data中合成的信号片段保存到多目标信号文件中，并清空数组进行下一次循环。

优选地，所述步骤6中的任意波形发生器采用数模转换的方法生成模拟信号。

本发明具有以下有益效果：在本发明的技术方案中，因为根据合成信号精度要求对信号脉冲的pri进行调整，使得生成的多目标合成信号精度高。并通过计算合成信号需要占用的虚拟内存空间大小，保证了合成信号中每个信号都保持完整个数的骨架周期，使得多目标信号频谱连续，杂散抑制性能好。同时在生成多目标信号文件时，通过只存储信号脉内信息(信号样点)不存储空闲样点的方法，不仅有效利用硬件资源还节省了存储时间。

附图说明

图1为本发明单个信号分割示意图；

图2为本发明频谱连续多目标信号合成示意图；

图3为本发明频谱连续多目标合成流程图；

图4为信号在存储空间中排列方式示意图；

图5为函数calculate_duty_cycle工作流程图；

图6为函数calculate_virtual_ram工作流程图；

图7为函数rearrange_mult_sig工作流程图；

图8为本发明信号片段内脉冲构成示意图；

图9为本发明信号脉内信息处理流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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作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。

一种无断点多目标信号合成方法具体步骤是：如图1所示，首先根据脉冲信号的特征，将单个信号分割为信号样点(脉宽部分)和空闲样点(一个脉冲周期内除去脉宽后余下的部分)两部分。其次，存储信号样点于ram内，生成多目标信号文件，同时生成信号配置文件。随后可使用任意波形发生器，通过数模转换的方法生成多目标模拟信号。所述任意波形发生器为专用任意波形发生器或带任意波形发生功能的信号发生器。

所述多目标信号文件只存储信号样点，对空闲样点不进行存储，达到节约存储空间的目的。所述信号配置文件包括两部分内容，一部分内容为信号样点的总片段数及每一段信号样点的数目，另一部分内容为空闲样点的总段数及每一段空闲样点的数目；所述信号样点和空闲样点的信号交替进行存储，即先存储第一条信号样点信息，接着存储第一条空闲样点信息，再接着存储第二条信号样点信息，然后再接着存储第二条空闲样点信息，直至全部信息存储完成。

进一步地，所述多目标信号合成原理为：首先，通过用户界面输入每一个脉冲信号的延时delay、信号脉宽τ、信号脉冲重复间隔pri、信号幅度、信号脉内调制方式和信号脉内调制参数等信号参数。

然后，因本发明处理的信号都是离散的时域信号，故需将连续时间信号参数转换为离散时间信号参数。连续时间信号与离散时间信号的关系为：

τpoints＝round((τ*fs)/ngran)*ngran；

pripoints＝round((pri*fs)/ngran)*ngran；

delaypoints＝round((delay*fs)/ngran)*ngran；

其中，τ是信号脉宽，pri为信号脉冲重复间隔，delay为信号初始延时，fs为系统采样率，ngran为系统可处理的信号粒度，τpoints和pripoints为经过数字化并调整粒度关系之后的信号脉宽与信号脉冲重复间隔，delaypoints为延时的离散点数。

然后，对多个信号在时域上进行合成。如图2所示，对信号s1(t)和信号s2(t)进行合成处理，生成合成信号s(t)。在只有单个信号出现脉冲的时间段内，保留原信号包络，合成信号s(t)中的信号片段2只保留了信号s1(t)中的脉冲2，在该时间段内信号s2(t)无脉冲产生。在多个信号同时出现脉冲的时间段内，进行信号包络叠加，合成信号s(t)中的信号片段1和信号片段3则为信号包络叠加部分，即在该时间段内，信号s1(t)和信号s2(t)的脉冲信号同时产生或是脉冲信号部分同时产生。随后统计合成信号s(t)中信号片段数目，以及统计每一段信号片段包含的采样点数和信号片段内的脉冲时序信息，所述信号片段数目、采样点数以及脉冲时序信息写入到信号配置文件中，所述信号片段写入到多目标信号文件中。最后在合成信号s(t)中的信号片段内处理脉内调制信息，形成信号波形文件并通过任意波形发生器生成多目标信号。所述合成信号s(t)与脉内调制信息的处理方式皆是根据时间与系统采样率计算得到信号样点。

在本发明的合成原理中，进行合成的信号类型并不局限于一种类型的信号，可供选择的信号类型多样。根据脉冲重频类型分类包括：常规、参差、抖动和滑变，根据脉内信息分类包括：单频、分集、lfm、nlfm、二相编码以及四相编码。

进一步地，如图3所示，所述无断点多目标信号合成具体流程为：首先，信号产生软件提供参数输入界面，在本实施例中所述信号产生软件优选w2261bp软件。用户在输入界面输入信号个数、信号的延时delay、信号脉宽τ、信号脉冲重复间隔pri、信号脉内调制方式和信号脉内调制参数等信息。

结合图4-5所示，再调用函数calculate_duty_cycle计算信号的占空比，在函数calculate_duty_cycle中，先根据输入脉冲信号参数，初始化内存空间，即定义总的样点所占空间大小，并在该段内存空间中循环每一个输入脉冲信号，记录脉冲位置。然后统计所有信号重叠后的信息，即统计合成信号中信号样点数目sig_pnts(一个或多个信号脉宽重叠部分)和空闲样点数目idle_pnts(一个或多个信号空闲重叠部分)。最后计算信号的空间利用率，即计算信号的占空比，

空间利用率＝信号样点数目/内存空间大小。

如图6所示，随后调用函数calculate_virtual_ram计算合成信号需占用的虚拟内存空间大小，根据精度要求对信号脉冲的pri进行调整。因为空闲样点和信号样点都是由外部输入的，所以先设定当前可用总空间为total_pnts，然后在设定的可用总空间total_pnts中搜索满足条件的最小内存空间min_pnts，使得空间中存放的每个信号均为完整周期(脉冲骨架周期)：

min_pnts＝k*pri，

其中k为整数，pri为信号骨架周期。

如果存在最小内存空间min_pnts，使得存储的每个信号均为整数个骨架周期，则返回min_pnts作为信号占用空间，信号参数不做调整。如果不存在最小内存空间min_pnts，使得存储的每个信号均为整数个骨架周期，则再次搜索，计算满足脉冲信号pri误差最小的可用空间作为信号占用空间。pri误差的定义为：

信号pri误差＝(占用空间点数-信号骨架周期*信号骨架周期总数)/信号骨架周期总数；

其中，信号骨架周期总数＝floor(占用空间点数/信号骨架周期)，floor是指向下取整；

调整信号后新骨架周期为：

新骨架周期＝原信号骨架周期+信号pri误差。

最后返回参数，设置信号占用的总空间virtual_ram，所述信号占用总空间virtual_ram即为虚拟内存空间，更新调整后的信号参数，即新pri骨架周期。所述虚拟内存空间是指存储所有信号信息(信号脉冲pri内的所有信息)需要占用的内存空间。在本方法中，只对信号脉内信息进行存储，不对空闲样点进行存储，使得波形文件占用的实际内存空间远小于虚拟内存。

如图7所示，然后调用函数rearrange_mult_sig对多信号时域进行重排，先输入在函数calculate_virtual_ram中调整后的信号参数，即信号个数、信号脉宽、调整后信号脉冲重复周期pri、信号占用空间virtual_ram；然后在信号占用空间virtual_ram中统计所有信号重叠后的信息，即信号样点数目sig_pnts和空闲样点数目idle_pnts，在多个信号重叠部分，合成后信号的增益为所有重叠信号的幅度叠加；最后将合成信号中总的信号样点数目sig_pnts写入到多目标信号文件中，合成信号中总的空闲样点数目idle_pnts写入到信号配置文件中。在虚拟内存空间中处理时序信息时，需要考虑每一个信号的初始延时，所述初始延时为一固定值或是外部输入值。

最后进行脉内信息处理，生成合成信号的波形文件。所述脉内信息处理将每一信号片段的信号样点都保存于波形文件中。

在进行无断点多目标信号合成时，根据合成信号精度对信号脉冲的pri进行调整，使得生成的多目标合成信号精度高。并计算合成信号需要占用的虚拟内存空间大小，保证了合成信号中每个信号都保持完整个数的骨架周期，信号频谱连续，杂散抑制好。

其中，所述函数calculate_duty_cycle、calculate_virtual_ram、rearrange_mult_sig为信号包络信息处理内容。所述信号包络信息处理用于计算多目标信号合成后的包络信息，以及单个信号与合成信号之间的包络关系。

所述信号包络信息处理进行信号的时序合成时，当只有单个信号出现的时间段内，保留原信号包络；当有多个信号同时出现的时间段内，进行信号包络叠加。在函数rearrange_mult_sig完成多信号时序重排之后得到合成后信号的片段数目、每一片段信号样点的数目以及每一片段内的脉冲时序信息。所述每一片段内的脉冲时序信息包括某一合成片段内包含的每个脉冲信号个数，以及每个脉冲信号在合成片段内的时序位置。当某一合成片段内并不包含脉冲信号，则设置为0。所述每一片段内的脉冲时序信息用于后续脉内信息处理。

如图8所示，某一合成片段包含每个脉冲信号个数具体是指，读取每个信号在该信号片段内生成的脉冲信号个数，所述信号片段是由“片段起始”标志开始到“片段结束”标志终止。图4所示的信号片段内信号s3(t)无脉冲信号，故其个数设置为0，该信号片段内信号s4(t)脉冲信号个数为3个，该信号片段内信号s5(t)脉冲信号个数为1个。

所述合成信号脉内信息处理作用是向合成信号中添加脉内调制信息，形成最终的合成信号。所述信号脉内信息处理具体流程为：根据信号包络信息处理得到的信息，将每一个信号的脉内信息进行合成，形成多目标波形文件。如图5所示，首先，由函数rearrange_mult_sig计算得到合成后的信号总片段数。其次，数组data用于存放数据样值，其空间大小为每一段信号片段的样点数目。随后，根据信号产生软件用户界面输入的每一个信号的参数，将信号信息合成到信号片段中，即将总信号数和总脉冲数在数组data中进行处理，按时间顺序叠加每一个信号的幅度信息。最后，每一段信号叠加完成后，将数组data中合成的信号片段保存到多目标信号文件中，再进行下一信号片段的处理。

进一步地，经过无断点多目标信号合成后，将每一信号片段的信号样点都保存在多目标波形文件中。随后，任意波形发生器根据信号片段的信号样点数读取文件，同时根据信号片段之间的间隔点数添加空闲时间，生成完整的脉冲信号采样点，并下载到内存中，采用数模转换的方法输出模拟信号。

本发明的多目标信号合成方法，在生成多目标信号文件时，通过只存储信号脉内信息不存储空闲样点的方法，不仅有效利用硬件资源还节省了存储时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。