[发明专利]一种伪随机复合调制信号的非完全匹配处理方法

摘要

本发明提供了一种伪随机复合调制FSK/PSK信号的非完全匹配处理方法，它是通过把信号的能量优化分配到目标重要的频率点上，并提取失配相位产生非完全匹配处理信号，使雷达发射信号和非完全处理信号的互相关函数近似于目标一维距离像，实现信号处理后输出为目标一维距离像的自相关函数。本发明能使雷达获得目标散射特征信息，输出信噪比增大，对雷达跟踪目标和识别低可观测性目标有重要意义。

主权项

1、一种伪随机复合调制信号的非完全匹配处理方法，其特征包括如下步骤：第一步：获得目标一维距离像：接收雷达宽带信号，对获取的频域数据H(ω)做傅立叶反变换，得到目标一维距离像h(t)；$h\left(t\right)=\underset{-\infty }{\overset{+\infty }{\int }}H\left(\omega \right)e^{\mathrm{j\omega t}}\mathrm{d\omega }$ 式中t表示时间，ω表示角频率；第二步：对第一步得到的目标一维距离像h(t)，采用下面方法，得到目标一维距离像h(t)的频域数据；首先，对第一步得到的目标一维距离像h(t)按照Nyquist采样定理，2倍采样，得到离散化的目标一维距离像；然后，使离散化的目标一维距离像采样点数是2的整数倍，如果采样点数不是2的整数倍，离散化的目标一维距离像末尾补零满足；最后，利用FFT算法实现第一步得到的目标一维距离像h(t)的傅立叶变换，得到目标一维距离像h(t)的频域数据；第三步：对第二步得到的目标一维距离像h(t)的频域数据，取绝对值，得到目标一维距离像h(t)频域数据的幅频值，同时得到与目标一维距离像h(t)频域数据的幅频值对应的目标一维距离像h(t)频域数据的相频值；第四步：利用第三步得到的目标一维距离像h(t)频域数据的幅频值，采用下面方法，得到伪随机FSK/PSK信号；首先，对第三步得到的目标一维距离像h(t)频域数据的所有频率点处幅频值求和，再把目标一维距离像h(t)频域数据的所有频率点处的幅频值除以上面求得的和值，得到目标一维距离像h(t)频域数据的归一化幅频值；然后，把目标一维距离像h(t)频域数据的归一化幅频值乘以伪随机FSK/PSK信号的子脉冲总数N，取整，得到各倍频在伪随机FSK/PSK信号中出现的次数矩阵，该次数矩阵的元素位置表示伪随机FSK/PSK信号中子脉冲的倍频数；接着，随机抽取上面得到的各倍频在伪随机FSK/PSK信号中出现次数矩阵的元素位置，将随机抽取到的该倍频出现次数矩阵元素位置处元素值减一，同时记录本次抽取到的元素位置，把该位置值保存为元素个数等于子脉冲总数N矩阵的第一个元素值；同样，将第二次抽取到的各倍频出现次数矩阵的元素位置保存为元素个数等于子脉冲总数N矩阵的第二个元素值，以此类推；如果随机抽取到的各倍频出现次数矩阵的元素位置处元素值为零，就把该位置移位到各倍频出现次数矩阵的后面，并且下次随机抽取的各倍频出现次数矩阵元素位置范围减一；重复上述过程，直到各倍频出现次数矩阵的所有元素值均为零，得到的那个元素个数等于子脉冲总数N的矩阵，就是伪随机FSK/PSK信号中各子脉冲出现的倍频数矩阵，该倍频数矩阵乘以基频频率f0，得到FSK序列an；再接着，利用随机函数rand()产生[0，1]上均匀分布的数，当数值大于等于0.5时，取值+1，当数值小于0.5时，取值-1，产生一个长度等于子脉冲总数N的均匀二相编码序列，即为相移键控PSK序列cn；最后，由上面得到的频移键控FSK序列an，相移键控PSK序列cn，指定的N和T，按照下面公式，伪随机FSK/PSK信号复包络形式如下：$s\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{c}_n\Pi \left(\frac{t-\mathrm{nT}}{T}\right)e^{j2\pi a_{n}t}$ 式中N为子脉冲总数，T为子脉冲宽度，cn为PSK序列，an为伪随机FSK/PSK信号中第n个子脉冲的频率，对应为FSK序列，∑表示全体求和；就可以得到伪随机FSK/PSK信号；第五步：利用第三步得到的目标一维距离像h(t)频域数据的相频值，与目标一维距离像h(t)频域数据的幅频值一一对应的抽取各倍频处的相位值，将这些相位值依次顺序排列，得到倍频失配相位矩阵；第六步：利用第五步得到的倍频失配相位矩阵，采用下面方法，得到各子脉冲失配相位序列；首先，把各子脉冲失配相位值在非完全匹配处理信号中出现的次数矩阵等于第四步中各倍频在伪随机FSK/PSK信号中出现的次数矩阵，该次数矩阵的元素位置表示非完全匹配处理信号子脉冲的倍频数；然后，对上面得到的各子脉冲失配相位值在非完全匹配处理信号中出现的次数矩阵，随机抽取各子脉冲失配相位值出现次数矩阵的元素位置，根据第五步得到的倍频失配相位矩阵，得到随机抽取到的各子脉冲失配相位值出现次数矩阵元素位置表示的倍频数对应的相位值，做为非完全匹配处理信号中当前子脉冲的失配相位值，当前子脉冲的失配相位值做为元素个数等于子脉冲总数N矩阵的第一个元素值，并且将随机抽取到的各子脉冲失配相位值出现次数矩阵元素位置处的元素值减一；同理，将第二次抽取到的各子脉冲失配相位值在非完全匹配处理信号中出现的次数矩阵的元素位置表示的倍频数对应的相位值，做为元素个数等于子脉冲总数N矩阵的第二个元素值，并且将随机抽取到的各子脉冲失配相位值出现次数矩阵元素位置处的元素值减一，以此类推；如果随机抽取到的各子脉冲失配相位值出现次数矩阵元素位置处元素值为零，就把该位置移位到各子脉冲失配相位值出现次数矩阵的后面，并且下次随机抽取的各子脉冲失配相位值出现次数矩阵元素位置范围减一；重复上述过程，直到各子脉冲失配相位值出现次数矩阵的每个元素值均为零；最后，把上面得到的元素个数等于子脉冲总数N的矩阵做为各子脉冲失配相位序列，即Φn；第七步：利用第四步得到的伪随机FSK/PSK信号和第六步得到的各子脉冲失配相位序列，采用下面方法，得到非完全匹配处理信号；将第六步得到的各子脉冲失配相位序列Φn与各倍频数一一对应的加入第四步得到的伪随机FSK/PSK信号中，得到非完全匹配处理信号；非完全匹配处理信号复包络形式如下：$c\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{c}_n\Pi \left(\frac{t-\mathrm{nT}}{T}\right)e^{j(2\pi a_{n}t+{\Phi }_n)}$ 式中N为子脉冲总数，T为子脉冲宽度，cn为PSK序列，an为非完全匹配处理信号中第n个子脉冲的频率，对应为FSK序列，∑表示全体求和，Φn表示各子脉冲失配相位序列；第八步：对第四步得到的伪随机FSK/PSK信号和第七步得到的非完全匹配处理信号，采用下面方法，得到两者互相关结果；首先，对第四步得到的伪随机FSK/PSK信号，取傅立叶变换，得到伪随机FSK/PSK信号的频域数据；然后，对第七步得到的非完全匹配处理信号，取傅立叶变换，得到非完全匹配处理信号的频域数据；接着，把上面得到的伪随机FSK/PSK信号的频域数据共轭点乘上面得到的非完全匹配处理信号的频域数据；最后，对上面得到的伪随机FSK/PSK信号的频域数据和非完全匹配处理信号的频域数据的共轭点乘结果，取反傅立叶变换，得到伪随机FSK/PSK信号和非完全匹配处理信号的互相关结果；公式如下：$\chi \left(v\right)=\frac{1}{T_d}\underset{-\infty }{\overset{\infty }{\int }}s\left(t\right)c(t+v)\mathrm{dt}$ 式中s(t)表示伪随机FSK/PSK信号，c(t)表示非完全匹配处理信号，Td表示信号s(t)和c(t)的持续时间，v表示时间延迟；第九步：对第八步得到的伪随机FSK/PSK信号和非完全匹配处理信号的互相关结果，选择矩形窗；第十步：利用第八步得到的伪随机FSK/PSK信号和非完全匹配处理信号的互相关结果，采用下面方法，恢复出目标一维距离像；首先，以第八步得到的伪随机FSK/PSK信号和非完全匹配处理信号的互相关结果图形的中点为中心，左右对称交换位置，取绝对值，得到伪随机FSK/PSK信号和非完全匹配处理信号互相关结果的模值；然后，在上面得到的伪随机FSK/PSK信号和非完全匹配处理信号互相关结果的模值中心处两侧，用长度等于第二步得到的目标一维距离像h(t)采样点数的矩形窗乘以伪随机FSK/PSK信号和非完全匹配处理信号互相关结果图形，得到恢复出的目标一维距离像；恢复出的目标一维距离像如下式：$\chi \left(\tau \right)=(T-|\tau \left|\right)\underset{k=0}{\overset{K-1}{\Sigma }}{P}_k{e}^{j(2\pi a_k\tau +{\Phi }_k)}$ 式中T表示子脉冲宽度，τ表示时间延迟，K表示目标一维距离像h(t)的采样点数，Pk 表示目标一维距离像h(t)频域数据的归一化幅频值，ak表示目标一维距离像h(t)频域数据的频率，Φk表示目标一维距离像h(t)频域数据的相位值，∑表示全体求和；第十一步：利用第一步得到的目标一维距离像h(t)与第十步得到的恢复出目标一维距离像，采用下面方法，得到雷达系统非完全匹配处理输出结果；首先，对第十步得到的恢复出的目标一维距离像，取傅立叶变换，得到恢复出的目标一维距离像的频域数据；然后，把上面得到的恢复出的目标一维距离像的频域数据共轭点乘第二步得到的目标一维距离像h(t)的频域数据；最后，对上面得到的恢复出的目标一维距离像的频域数据和第二步得到的目标一维距离像h(t)的频域数据的共轭点乘结果，取反傅立叶变换，得到伪随机复合调制信号非完全匹配处理输出结果。公式如下：$R\left(\tau \right)=\underset{-\infty }{\overset{\infty }{\int }}h\left(v\right)\chi (v+\tau )\mathrm{dv}$ 式中τ表示时间延迟，v表示相关积分过渡变量，h(v)表示目标一维距离像；x(v)对应公式如下：$\chi \left(v\right)=\frac{1}{T_d}\underset{-\infty }{\overset{\infty }{\int }}s\left(t\right)c(t+v)\mathrm{dt}$ 式中s(t)表示伪随机FSK/PSK信号，c(t)表示非完全匹配处理信号，Td表示信号s(t)和c(t)的持续时间，v表示时间延迟。