[发明专利]一比特信号单快拍波达方向估计方法及相关组件有效
申请号: | 202010670956.8 | 申请日: | 2020-07-13 |
公开(公告)号: | CN111781575B | 公开(公告)日: | 2023-07-21 |
发明(设计)人: | 赵博;袁伟健;黄磊;潘天伦;李强;侯万幸;蒯成玲 | 申请(专利权)人: | 深圳大学 |
主分类号: | G01S7/41 | 分类号: | G01S7/41;G06F17/16;G06F17/14 |
代理公司: | 深圳市精英专利事务所 44242 | 代理人: | 武志峰 |
地址: | 518000 广东*** | 国省代码: | 广东;44 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 比特 信号 单快拍波达 方向 估计 方法 相关 组件 | ||
本发明公开了一种一比特信号单快拍波达方向估计方法及相关组件。其中,该方法结合调频一比特量化采样和一比特信号单快拍波达方向估计的特点,对阵列雷达系统前端接收的回波信号先进行去斜处理和频移处理,然后进行调频一比特量化后再进行AD采样,然后在阵列雷达后端的信号处理系统中采用单个采样快拍进行被探测目标的波达方向估计。本发明的阵列雷达前端的一比特量化采样和后端的一比特信号单快拍波达方向估计高度吻合,可以简化阵列测角雷达系统的结构,降低数据采集、传输、存储和处理的成本,降低系统设计复杂度,提高系统的实时处理能力。实现准确的一比特信号单快拍波达方向估计,提高超分辨波达方向估计质量。
技术领域
本发明涉及雷达系统应用领域,尤其涉及一种一比特信号单快拍波达方向估计方法及相关组件。
背景技术
目前,雷达系统应用的数据采集模块大多采用12比特(12bit)或16比特(16bit)的高精度AD采样;但随着信号带宽及阵列雷达天线接收通道数增加,数据采集、传输、处理的负担也在不断地加大。举例来说,根据奈奎斯特采样定理,采样一个1G赫兹带宽的雷达回波信号,需要2G赫兹/秒的采样率,如果每个信号采样量化为16比特,则ADC速率需要4GB/秒,一分钟就可以存满一个中等大小的硬盘,对于多个接收通道的阵列雷达而言,采集的数据量增大。
此外,阵列雷达波达方向(Direction ofArrival,波达方向)估计时,如图1所示,快拍数越大,即采样点数越大,均方误差越小,相应的运算量变得很大;而快拍数越小,数据运算量越小,相应的均方误差会增大。因此,为了获得更好的波达方向估计质量,大多测角雷达系统都采用多个采样快拍的波达方向估计算法进行波达方向估计。以经典的超分辨率多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)估计方法为例,如图2所示,随着快拍数增加,波达方向估计谱的波束宽度变窄,阵列的指向性变好,分辨空间信号的能力增强,角度估计精度增加。但实际应用中,过多的快拍数会造成阵列雷达测角系统硬件成本较高,且要求信号处理系统实时处理,因此单快拍情况下的阵列波达方向估计方法的研究具有重要的意义和价值。然而,当只有单个快拍时,MUSIC估计方法已经无法正确估计出目标的波达方向,因此实际应用中只能得到协方差矩阵R的估计值R'(称为采样协方差矩阵),通常表示为:
其中L表示快拍数。由上述公式可知,当只有1个快拍可用时,采样协方差R'的秩为1,而信号子空间的秩是大于信号数的,造成了秩的亏损,此时利用单快拍构造的协方差矩阵的特征值分解无法区分出信号子空间和噪声子空间。因此经典的MUSIC方法不适用于单快拍波达方向估计的情况。因此现有技术对单次快拍处理的波达方向估计方法还有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种一比特信号单快拍波达方向估计方法及相关组件,旨在解决现有技术对信号采集和处理的数据量较多、单快拍处理获得的波达方向估计的质量有待提高以及系统实时处理能力有待提高的问题。
第一方面,本发明实施例提供了一种一比特信号单快拍波达方向估计方法,其包括:
获取阵列雷达检测到的被探测目标的回波信号并对回波信号进行去斜处理得到去斜回波信号;
对去斜回波信号进行频移处理以使去斜回波信号的频带与高次谐波分开;
对频移处理后的去斜回波信号进行一比特量化,并进行AD数据采集得到去斜信号数据;
对去斜信号数据进行傅里叶变换得到频域数据;
将频域数据输入用于波达方向估计并使用均匀线阵的信号模型进行波达方向估计,并输出各个通道的单快拍信号,然后利用各个通道的单快拍信号构造伪协方差矩阵,并对所述伪协方差矩阵进行共轭增强;
然后对伪协方差矩阵进行特征值分解得到信号子空间和噪声子空间;并根据信号子空间和噪声子空间的正交关系构造空间谱函数,搜索空间谱函数的峰值得到波达方向的估计值。
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