數字正交鑑相與匹配濾波的優化方法
2023-05-30 07:45:11
數字正交鑑相與匹配濾波的優化方法
【專利摘要】本發明公開了一種數字正交鑑相和匹配濾波的優化方法，主要解決現有技術在濾波器階數較高時運算量大，且處理流程繁瑣的問題。其實現過程為：1）對雷達回波做快速傅立葉變換，得到信號的正頻和鏡頻，且保留鏡頻中的部分點作為有效鏡頻；2）預先將頻域數字正交鑑相濾波器係數與頻域匹配濾波器係數點乘，得到通帶係數P和過渡帶係數Q；3）疊加信號正頻與通帶係數P的點乘結果和有效鏡頻與過渡帶係數Q的點乘結果，得到信號匹配濾波後的頻譜Z；4）對頻譜Z做逆快速傅立葉變換，計算出目標距離。本發明採用預先合併濾波係數的方法，減少了對濾波器階數的限制，提高了對雷達回波的處理效率，可用於雷達信號處理中對目標的測速、測距。
【專利說明】數字正交鑑相與匹配濾波的優化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數位訊號處理【技術領域】，主要涉及數字正交鑑相和匹配濾波的優化方法，用於對目標測速、測距的數據處理。
【背景技術】
[0002]在雷達信號處理中，數字正交鑑相與匹配濾波是基本且必要的環節，其處理過程是:首先，對中頻信號直接採樣完成A/D變換；接著，通過數字正交鑑相得到正交的1、Q兩路信號；最後，通過匹配濾波獲得目標的距離。數字正交鑑相在通信、雷達等領域應用廣泛。在通信領域的信號通常是窄帶信號，信號帶寬遠小於採樣率，所以數字正交鑑相濾波器的階數很低，易於硬體實現。而雷達信號帶寬很寬，通常採用低中頻採樣，當數字正交鑑相後接大時寬帶寬積的匹配濾波處理時，時域方法對硬體設備量要求高，不利於硬體實現，
[0003]數字正交鑑相和匹配濾波在時域和頻域均可實現，這兩種方法在性能上等價。時域法適合於濾波器階數較低的情況，採用流水處理方式；頻域濾波適合於濾波器階數較高的情況，此時對於長序列需要選擇最優分段長度進行分段處理。
[0004]現有數字正交鑑相的時域處理方法通常採用低通濾波法，將中頻採樣輸出信號與本地振蕩器產生的兩路正交信號進行混頻，讓混頻後的信號通過低通濾波器，濾除高頻分量，得到所需的基帶正交雙路信號。當濾波器階數較高時，時域數字正交鑑相處理方法在濾波時需進行大量多次乘法完成卷積，運算量大。現有數字正交鑑相的頻域處理方法，是先將信號通過快速傅立葉變換變到頻域，進行頻譜搬移，然後通過低通濾波器抑制鏡頻，再進行頻譜混疊,使殘餘的鏡頻疊加到正頻上。
[0005]現有匹配濾波處理通常在頻域進行，因為匹配濾波係數長度較大。處理方法是，先將信號通過快速傅立葉變換變到頻域，再點乘匹配濾波係數。
[0006]通過上述處理方法可知，頻域數字正交鑑相方法與頻域匹配濾波處理方法有交集，分別完成這兩個處理流程會增加運算量，且處理方法不夠簡潔。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於針對上述現有技術的不足，提出一種數字正交鑑相與匹配濾波的優化方法，以減小在濾波器階數較高時的運算量，提高對雷達回波數據的處理效率，簡化信號處理流程。
[0008]實現本發明目的的技術方案是:將數字正交鑑相與匹配濾波合併進行，具體步驟包括如下:
[0009](I)對雷達中頻回波信號做快速傅立葉變換，變換點數為2L，得到長度為L的正頻A和長度為L的鏡頻E，其中，L為2的冪次，且2L大於或等於回波信號的長度，從鏡頻E中，
WW
取出前y個點和後Y個點作為有效鏡頻B，W小於L，且大於O ;
[0010](2)根據雷達發射信號的參數，在Matlab的濾波器設計工具中設置低通濾波器參數，生成指定階數的低通濾波器係數，通過快速傅立葉變換將該係數變到頻域，再對頻域低通濾波器係數做頻譜搬移，得到長度為2L的頻域數字正交鑑相濾波器係數F ;
[0011](3)對雷達的基帶信號做共軛反轉，得到匹配濾波器係數，通過快速傅立葉變換將該係數變到頻域，得到長度為2L的頻域匹配濾波器係數D ；
[0012](4)根據頻域數字正交鑑相濾波器係數F與頻域匹配濾波器係數D，得到合併的濾波係數:H=F *D，將濾波器係數H分為長度均為L的兩段:一段作為通帶係數P，另一段作為
阻帶係數S，並從阻帶係數S中取出前
【權利要求】
1.一種數字正交鑑相與匹配濾波的優化方法，包括如下步驟: (1)對雷達中頻回波信號做快速傅立葉變換，變換點數為2L，得到長度為L的正頻A和長度為L的鏡頻E，其中，L為2的冪次，且2L大於或等於回波信號的長度，從鏡頻E中，取出前I個點和後I個點作為有效鏡頻B，W小於L，且大於O ; (2)根據雷達發射信號的參數，在Matlab的濾波器設計工具中設置低通濾波器參數，生成指定階數的低通濾波器係數，通過快速傅立葉變換將該係數變到頻域，再對頻域低通濾波器係數做頻譜搬移，得到長度為2L的頻域數字正交鑑相濾波器係數F ； (3)對雷達的基帶信號做共軛反轉，得到匹配濾波器係數，通過快速傅立葉變換將該係數變到頻域，得到長度為2L的頻域匹配濾波器係數D ； (4)根據頻域數字正交鑑相濾波器係數F與頻域匹配濾波器係數D，得到合併的濾波係數:H=F *D，將濾波器係數H分為長度均為L的兩段:一段作為通帶係數P，另一段作為阻帶係數S，並從阻帶係數S中取出前個點和後I t點作為過渡帶係數Q ； (5)根據上述參數，得到雷達中頻回波信號匹配濾波後的頻譜:Ζ=Α.P+B.Q ; (6)對頻譜Z做逆快速傅立葉變換，得到時域匹配濾波結果，根據該時域匹配濾波結果的峰值點計算出目標的距離r，用於後續雷達信號處理。
2.根據權利要求書I所述的數字正交鑑相與匹配濾波的優化方法，其中所述步驟(2)中的低通濾波器參數包括:低通濾波器的濾波器類型、信號採樣率、濾波器通帶頻率、濾波器阻帶頻率、濾波器過渡帶頻率和濾波器階數。
3.根據權利要求書I所述的數字正交鑑相與匹配濾波的優化方法，其中步驟(2)所述的對頻域低通濾波器係數做頻譜搬移，是將低通濾波器頻譜中通帶的中心頻率移到正頻A的中頻處，將低通濾波器頻譜中阻帶的中心頻率移到鏡頻E的中頻處。
4.根據權利要求書I所述的數字正交鑑相與匹配濾波的優化方法，其中所述步驟(6)中根據該時域匹配濾波結果的峰值點計算目標的距離r，通過下式計算:
【文檔編號】G01S7/41GK103744066SQ201410009703
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月9日 優先權日:2014年1月9日
【發明者】蘇濤, 任泓璇, 吳凱 申請人:西安電子科技大學