[发明专利]一种低复杂度的基于调频步进脉冲信号的频域拼接方法

说明书

本发明涉及一种低复杂度的基于调频步进脉冲信号的频域拼接方法，采用频谱串接的方式对总信号谱进行脉冲压缩，在逆傅立叶变换得到高分辨一维距离像。与现有的频域拼接方法相比，采用分段上采样的方法，将子脉冲两两一组，分组拼接，从而降低了拼接过程的计算复杂度，提高了调频步进脉冲信号合成宽带信号的处理速度，有利于雷达对跟踪目标的实时成像。

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及一种低复杂度的基于调频步进信号的频域拼接算法，可用于雷达对跟踪目标的实时高分辨成像与监测。

背景技术

在获得高分辨一维距离像时常采用脉冲综合的方法，目前常用的脉冲综合方法有：合成距离包络法，频域拼接法和时域拼接法。3种算法的运算量和性能之间的对比结果为：时域拼接法在计算量和性能上都不如另外两种方法。合成距离包络法运算量最小，但存在能量泄漏问题，会导致图像模糊。频域拼接算法成像质量最好，但运算量大于合成包络法，工程应用仍存在一定的局限性。所以若能进一步降低频域拼接法的运算量，提高频域拼接法的处理速度，就可使频域拼接法更具有工程实用性。基于这一点对频域拼接法做了改进。

1998年首次提出了频域拼接算法，由于不需要对窄带脉冲进行重采样，与时域处理相比，执行速度更快。但在对拼接好的频谱信号脉冲压缩时，由于拼接谱与理想的宽带信号频谱有一定差异，所以构造合适的匹配滤波器成为难点，实现过程并不方便。2013年Nel,W.,Tait,J.,Lord,R.,Wilkinson和陈涛都采用了先子脉冲压缩后频谱拼接的方法，此时的匹配滤波器对每个子脉冲通用，且无需专门构造，比传统的算法更加便捷。且陈涛在此基础上提出了一种快速算法，使得频域拼接算法更利于工程实现。但是为了准确拼接，需要额外计算子脉冲中心频点位置，及其在扩展频谱中的位置，这个过程中可能产生位置偏差，从而影响成像质量。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决高分辨成像要求下，因数据量大而造成的实时成像困难的问题。本发明提出一种低复杂度的基于调频步进脉冲信号的频域拼接方法，采用频谱串接的方式对总信号谱进行脉冲压缩，在逆傅立叶变换得到高分辨一维距离像。

技术方案

一种低复杂度的基于调频步进脉冲信号的频域拼接方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：回波子脉冲频域匹配滤波

对雷达接收到的回波做混频处理，获得基带信号，设采样率为fs，子脉冲采样点数为M；对各子脉冲基带回波做逆傅立叶变换，即做M点FFT，得到其对应的信号频谱：

其中，i代表第i个子脉冲，N代表一组调频步进脉冲信号中有N个子脉冲，B_s代表子脉冲带宽，f₀代表载频，Δf代表频率步进量，τ代表目标时延，代表调频斜率，T_p是子脉冲时间宽度，t₀为波门延时，rect(·)是矩形脉冲函数，/表示宽度为T_p的矩形脉冲；

对各子脉冲回波信号做频域匹配滤波，理想匹配滤波器的频谱为：

匹配滤波的结果为：

步骤2：给匹配滤波后的信号乘以波门延时因子，用来矫正相位误差，波门延时因子为：exp[j2π(f₀+iΔf)t₀]；

步骤3：对矫正后的子脉冲频谱进行补零上采样，使采样点数扩大为原来的2倍；

步骤4：对扩展后的频谱进行频谱搬移，将扩展后频谱IFFT转换到时域后，乘以时移因子，将频谱搬移到对应的位置，再FFT转换到频域；