[发明专利]一种宽带线性调频信号多通道并行去斜方法

说明书

本发明公开了一种宽带线性调频信号多通道并行去斜方法，方法包括：利用高采样率ADC器件对大带宽中频回波信号进行高质量带通采样，并根据FPGA时钟速率做并行分解成M路数字信号；对M路回波信号进行多通道并行数字下变频和低通滤波处理，得到M路零中频IQ信号；基于直接数字频率合成原理，分M路并行产生相同带宽、时宽且斜率相反的线性调频信号作为去斜参考信号；将M路零中频回波信号与M路去斜参考信号相乘，然后经过M倍多相抽取滤波及FFT处理，得到去斜后带有目标距离信息的单频点回波信号。本发明将高速率大带宽回波信号的数字去斜处理转换为多通道并行处理，实现简单、资源利用率高、计算延时小。

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，尤其是涉及一种宽带线性调频信号多通道并行去斜方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，为了使雷达系统具有高的距离分辨力，往往需要雷达发射信号波形具有宽的信号带宽，其原因是雷达的距离分辨力与雷达发射信号带宽成反比关系。在此前提下，雷达信号设计人员一般采用对雷达信号进行调制来提高信号带宽，常用的调制方式有调频和调相两种方式。在调频方式中，主要有线性调频信号和非线性调频信号两种信号样式，相较于非线性调频信号，线性调频信号除了具有宽的工作带宽之外，也易于硬件实现，因此线性调频信号是现阶段高性能雷达系统常用的信号样式之一。线性调频信号的原理参见非专利文献1-3。

但随着雷达发射信号带宽的不断提升，对雷达系统的硬件性能也提出了更高的要求，例如需要更高的信号采样频率，更高地数据处理速率以及更高的数据传输速率等。为了应对高速信号采集及数据处理对系统带来的挑战，一般通过对宽带线性调频信号进行去斜处理来降低回波信号带宽，即降低了信号的采样率，同时又可以保留完整的目标信息。常见的去斜处理方式有两种，分别是模拟去斜和数字去斜，具体参见非专利文献4-10，下面简要介绍这两种去斜方式。

模拟去斜是将雷达接收到的模拟的目标回波信号与模拟参考信号相乘，然后经过滤波放大，ADC采样，快速傅里叶变换(FFT)之后得到单频正弦波形式的回波信号，如图1所示。此时，单频信号频率与目标的距离等信息相关联，表达式如下：

式中K为调频信号斜率，R为目标距离，R₀为目标参考中心距离，c为真空中光速。模拟去斜后得到了包含目标信息的单频点信号，降低了回波信号带宽，从而降低了雷达系统对采样率的需求，但是模拟去斜方法要求产生模拟的去斜参考信号，增加了系统的复杂性和实现难度。为了更方便的实现大带宽线性调频信号的去斜处理，可以在数字域对回波信号进行去斜处理，即数字去斜方法。处理流程如图2所示，即先对中频回波信号进行AD采样后变成数字信号，然后经过数字下变频和低通滤波得到基带回波信号，再将其与数字产生的去斜参考信号相乘，最后经快速傅里叶变换(FFT)后得到单频点信号。数字去斜同样可以将回波信号变换成带有目标信息的单频点信号，与此同时，数字去斜参考信号更容易生成，参数调整更加方便。

数字去斜方法要求信号处理系统以较高的采样速率对模拟中频信号进行采样，但随着AD芯片的采样速率越来越高，采样速率将不再限制数字去斜方法的应用和发展。与此同时，非专利文献11提出基于FPGA高速可编程逻辑器件，可以完成极其复杂的高速高密度数字电路设计，从而实现复杂的数字信号处理功能。虽然现阶段FPGA芯片运算速率已经高达几百兆赫兹，但是为适应AD芯片数吉赫兹的信号采样速率，信号处理算法的多通道并行实现方法被广泛应用于各种数字信号处理领域。

在先文献

非专利文献

1.丁鹭飞，耿富录，陈建春.雷达原理(第4版)[M].电子工业出版社,2009.

2.理查兹，邢孟道，王彤,et al.雷达信号处理基础:Fundamentals of radarsignal processing[M].电子工业出版社,2008.

3.万永伦.宽带雷达信号产生与处理技术研究[D],2006.电子科技大学.