一種精確的雷達線性調頻源預失真方法與流程
2023-05-06 19:35:31 3
本發明涉及雷達系統集成測試和成像處理領域，具體涉及一種精確的雷達線性調頻源預失真方法。
背景技術：
在雷達系統設計時，為了綜合彌補系統收發通道帶來的時變的相位誤差對成像處理的影響，一般通過採集定標信號進行分析，然後提取定標信號的相位誤差，反向補償到調頻源端的發射信號中，這樣可以在接收端得到基本理想的信號波形，從而大大改善處理後的壓縮指標，這個過程一般稱作預失真。
在高解析度(發射帶寬大於400mhz以上)雷達中，由於線性調頻信號的時寬帶寬積一般很大，導致在其高頻部分信號很容易出現數據實部和虛部位置的符號跳變，從而在已有的二次相位曲線上引入了大量的相位跳變點，通過相位解纏繞後，這些點導致相位曲線完全偏移了已有的二次拋物線形狀，在預失真進行相位誤差求解時帶來了巨大的相位誤差，從而影響了相位曲線擬合精確。
目前已有的方法是通過對相位誤差進行分段擬合然後進行分段補償來實現預失真。但這種方法對高頻段(一般位於調頻信號正負頻率部分最後面30％的高頻譜段)補償精度低，效果較差，操作起來複雜，難以實現自動化處理，這在當前興起的多模式、多解析度雷達系統中將帶來巨大的工作量，針對高解析度雷達大時寬帶寬積下的線性調頻源信號，目前沒有合適的預失真方法。
技術實現要素：
(一)要解決的技術問題
鑑於上述技術問題，本發明提供了一種精確的雷達線性調頻源預失真方法，既適用於低解析度雷達線性調頻源預失真，又能滿足高解析度雷達大時寬帶寬積下信號預失真高精度和自動化的處理需求。
(二)技術方案
根據本發明的一個方面，提供了一種精確的雷達線性調頻源預失真方法，包括以下步驟：s1、根據提供的定標信號及其調頻源信號特徵參數求出相位零點位置；s2、基於相位零點位置構建理想的參考線性調頻信號，通過相位解纏繞後與定標信號的相位相減後得到定標信號的非線性相位誤差；s3、檢測和補償非線性相位誤差的相位跳變點；s4、根據步驟s3校正後的非線性相位誤差，通過多項式擬合得到非線性相位誤差的擬合係數，通過多項式擬合重新構建調頻源端的相位誤差曲線；s5、基於調頻源信號的特徵參數和步驟s4重新構建的相位誤差曲線構建新的發射線性調頻信號，即為預失真後的線性調頻源信號。
(三)有益效果
從上述技術方案可以看出，本發明精確的雷達線性調頻源預失真方法至少具有以下有益效果其中之一：
(1)本發明的雷達線性調頻源預失真方法即便在高分辯率大時寬帶寬積下的線性調頻信號也可得到指標良好的壓縮結果；
(2)本發明的雷達線性調頻源預失真方法具有良好的自動化處理能力，能夠滿足多模式、高解析度雷達的預失真要求。
附圖說明
圖1為高分辨雷達中線性調頻信號的高頻相位跳變現象。
圖2為本發明實施例高解析度雷達精確的線性調頻源預失真方法的流程示意圖。
圖3(a)、(b)分別為本發明第一實施例中的定標信號和理想的參考線性調頻信號解纏繞後的相位曲線和相位誤差曲線。
圖4(a)、(b)分別為本發明第一實施例中自動提取的相位跳變點，以及補償後的非線性誤差曲線。
圖5為本發明第一實施例預失真前的定標信號壓縮結果。
圖6為本發明第一實施例採用本發明預失真後的定標信號壓縮結果。
圖7(a)、(b)分別為本發明第二實施例中的定標信號和理想的參考線性調頻信號解纏繞後的相位曲線和相位誤差曲線。
圖8(a)、(b)分別為本發明第二實施例中自動提取的相位跳變點，以及補償後的非線性誤差曲線。
圖9為本發明第二實施例預失真前的定標信號壓縮結果。
圖10為本發明第二實施例採用本發明預失真後的定標信號壓縮結果。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
在本發明的示例性實施例中，提供了一種高解析度雷達精確的線性調頻源預失真方法。圖1為高分辨雷達中線性調頻信號的高頻相位跳變現象、圖2為本發明實施例高解析度雷達精確的線性調頻源預失真方法的流程示意圖。如圖2所示，本發明高解析度雷達精確的線性調頻源預失真方法包括以下步驟：s1、根據提供的定標信號及其調頻源信號特徵參數(帶寬、脈寬、採樣率)求出相位零點位置；s2、基於相位零點構建理想的參考線性調頻信號，通過相位解纏繞後與定標信號的相位相減後得到定標信號的非線性相位誤差；s3、檢測和補償非線性相位誤差的高頻相位跳變點；s4、通過多項式擬合得到非線性相位誤差的擬合係數，通過多項式擬合重新構建調頻源端的相位誤差曲線；s5、基於調頻源信號的特徵參數和步驟s4重新構建的相位誤差曲線構建新的發射線性調頻信號。
在步驟s1中，通過匹配濾波得到壓縮後的定標信號的相位零點位置。具體步驟如下：根據提供的定標信號sdb(t)及其調頻源信號特徵參數，構建頻域匹配濾波器smatch(fr)，將sdb(t)與smatch(fr)在頻域進行相乘(匹配濾波)，得到時域壓縮信號scomp(t)，取scomp(t)的幅值峰值點位置即為相位零點位置。
sdb(t)＝exp{j·π·kr·t2+j·φerr(t)}
scomp(t)＝ifft{fft{sdb(t)·smatch(fr)}}
c＝max{abs(scomp(t)),indexmax}
其中kr為調頻率，其中br為調頻源信號帶寬，tr為脈寬，t為定標信號的快時間，φerr(t)為與快時間相關的相位誤差，其中fr為距離向頻率，
在步驟s2中，具體步驟如下：將提取的相位零點作為快時間軸零點，建立快時間軸t'，通過提供的定標信號及其調頻源信號特徵參數，建立理想的參考線性調頻信號，將定標信號和參考線性調頻信號分別進行相位解纏繞，獲取兩者的相位差φerr(t')，即為定標信號的非線性相位誤差。
φerr(t')＝un(sdb(t))-un(exp{j·π·kr·t'2})
其中un(·)為相位解纏繞函數。
在步驟s3中，由於線性調頻信號高頻部分數據實部虛部容易發生錯誤，導致在高頻相位部分經常出現大量相位跳變點，定義為φjp_err(tn')，這將影響後續的相位誤差擬合精度，如圖1所示。本發明根據相位跳變點的相位差特點，設計了一個差分相位檢測器。
具體步驟如下：s31：將非線性相位誤差進行差分相減，設置合理的相位跳變閾值(理論值為360°，一般設置大於150°～300°)，當提取的非線性相位誤差通過該差分相位檢測器時可以自動提取到相位跳變點的位置，然後根據跳變點的相位差以相位誤差曲線第一點φerr(t1')為參考相位，對每一段相位跳變點(φjp_err(tn')到φjp_err(tn+1')))之間的相位進行相位補償，補償量為從而得到補償後的相位誤差φcomp_err(t')。
其中tn',tn+1'分別為當前相位跳變點和下一個相位跳變點，round(·)為取近似函數。s32：如果發現補償後的相位誤差曲線仍然有相位跳變點，重複步驟s31一次即可。
在步驟s4中，根據步驟s3校正後的相位誤差，採用多項式擬合的方法進行擬合，一般採用八階多項式可以滿足擬合精度要求，通過相位擬合得到多項式擬合係數。根據調頻源信號的採樣率，建立新的時間軸t」，通過多項式擬合重新構建線性調頻源端的相位誤差曲線
在步驟s5中，具體步驟如下：利用提供的調頻源端發射信號的特徵參數(帶寬、脈寬、採樣率)，建立理想的線性調頻信號，然後在相位項中減去所提取的相位誤差，該信號即為預失真後的線性調頻信號。
下面以具體的實施例進行預失真驗證。
第一實施例：
發射帶寬740mhz，脈寬60us，調頻源輸出頻率1700mhz，接收機ad採樣端採樣率880mhz。
圖3(a)給出了提供的定標信號和參考的調頻信號，可以看到由於高頻端相位誤差大，導致兩條曲線拉開比較大。圖3(b)給出了它們之間的相位誤差曲線，信號兩邊的高頻部分出現了大量的階梯狀的相位跳變點，這種情形下傳統的預失真方法是無法進行精確的相位擬合和補償的。圖4(a)給出了基於本發明提供的自動相位跳變點檢測方法的檢測結果，可以看到相位跳變值均大於250°，圖4(b)則為基於本發明提供的跳變點補償方法補償後的非線性誤差，此時通過多項式擬合可以精確進行擬合。圖5、圖6分別給出了未做預失真和預失真後的定標信號的壓縮結果，可以看到壓縮指標得到了大幅度提升，說明了本發明的有效性。
第二實施例：
發射帶寬1460mhz，脈寬28us，調頻源輸出頻率1700mhz，接收機ad採樣端採樣率1680mhz。
圖7(a)給出了提供的定標信號和參考的調頻信號，可以看到由於高頻端相位誤差相對較小，導致兩條相位曲線接近。圖7(b)給出了它們之間的相位誤差曲線，信號左邊的高頻部分出現了部分的階梯狀的相位跳變點，這種情形下傳統的預失真方法是無法進行精確的相位擬合和補償的，需要進行丟棄或者分段擬合。圖8(a)給出了基於本發明提供的自動相位跳變點檢測方法的檢測結果，可以看到相位跳變值均大於300°，圖8(b)則為基於本發明提供的跳變點補償方法補償後的非線性誤差，此時通過多項式擬合可以精確進行擬合。圖9、圖10分別給出了未做預失真和預失真後的定標信號的壓縮結果，可以看到壓縮指標得到了大幅度提升，說明了本發明的有效性。
至此，已經結合附圖對本實施例進行了詳細描述。依據以上描述，本領域技術人員應當對本發明精確的雷達線性調頻源預失真方法有了清楚的認識。本發明公開了一種可以適用於高解析度(發射帶寬大於400mhz以上)雷達的精確的線性調頻源預失真方法，該方法可以針對高解析度雷達在大時寬帶寬積下的線性調頻信號高頻段(一般位於調頻信號正負頻率部分最後面30％的高頻譜段)信號相位劇烈跳變的現象，如圖1所示，引入了一種相位補償方法，有效地補償了高頻段相位跳變，然後採用傳統的多項式擬合方法進行誤差相位的提取。實測數據實驗表明，該方法可以有效補償雷達在大時寬帶寬積下調頻信號由於通道引起的相位失真問題，校正後的信號指標符合應用要求，可以滿足機載和星載高解析度雷達的信號預失真自動處理要求。
需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現方式，均為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式，並未進行詳細說明。此外，上述對各元件和方法的定義並不僅限於實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換，例如：
多項式擬合階數可以根據實際誤差相位形式進行變化。
在此提供的算法和顯示不與任何特定計算機、虛擬系統或者其它設備固有相關。各種通用系統也可以與基於在此的示教一起使用。根據上面的描述，構造這類系統所要求的結構是顯而易見的。此外，本發明也不針對任何特定程式語言。應當明白，可以利用各種程式語言實現在此描述的本發明的內容，並且上面對特定語言所做的描述是為了披露本發明的最佳實施方式。
在此處所提供的說明書中，說明了大量具體細節。然而，能夠理解，本發明的實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實踐。在一些實例中，並未詳細示出公知的方法、結構和技術，以便不模糊對本說明書的理解。
類似地，應當理解，為了精簡本公開並幫助理解各個發明方面中的一個或多個，在上面對本發明的示例性實施例的描述中，本發明的各個特徵有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，並不應將該公開的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護的本發明要求比在每個權利要求中所明確記載的特徵更多的特徵。更確切地說，如權利要求書所反映的那樣，發明方面在於少於前面公開的單個實施例的所有特徵。因此，遵循具體實施方式的權利要求書由此明確地併入該具體實施方式，其中每個權利要求本身都作為本發明的單獨實施例。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。