本發(fā)明涉及雷達
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼和恢復(fù)方法。
背景技術(shù)：
：輕小型化是合成孔徑雷達(SynthesisApertureRadar，簡稱SAR)的一個重要發(fā)展方向。輕小型化研究的重點為：如何在保證雷達性能的前提下縮小雷達的重量、尺寸和功耗。調(diào)頻連續(xù)波合成孔徑雷達是應(yīng)用于高度計的調(diào)頻連續(xù)波與合成孔徑雷達相結(jié)合的結(jié)果，其去斜接收體制和超大脈寬機制極大地降低了對系統(tǒng)數(shù)字處理部分和發(fā)射機的要求，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化。但是由于其采用兩個天線(一個天線用于發(fā)射，另外一個天線用于接收)的隔離度難以做高，所以限制了調(diào)頻連續(xù)波合成孔徑雷達的作用距離。連續(xù)脈沖雷達是一種新機制合成孔徑雷達，它結(jié)合了脈沖合成孔徑雷達和調(diào)頻連續(xù)波雷達的優(yōu)點，按照預(yù)定脈沖編碼方式發(fā)射一組連續(xù)脈沖信號，在脈沖間隔接收回波，然后通過信號處理的方式合成單脈沖回波。采用這種工作方式，解決了收發(fā)隔離度難以提高的問題，同時發(fā)射的多個脈沖回波經(jīng)過恢復(fù)處理得到的單脈沖回波等效于提高發(fā)射信號的峰值功率或者平均功率，直接提高了雷達的作用距離。連續(xù)脈沖雷達的關(guān)鍵技術(shù)在于連續(xù)脈沖的編碼方法。編碼方法的基本設(shè)計準則為：能夠從連續(xù)脈沖回波信號中恢復(fù)整個原始脈沖信號的回波。在滿足此條件的基礎(chǔ)上，一種好的信號編碼方法保證恢復(fù)出來的各個窗口的信號性噪比基本一致。此外，信號恢復(fù)的復(fù)雜度也是編碼方法必須要考慮的方面。但目前的編碼方法還不能滿足這些需求。技術(shù)實現(xiàn)要素：(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明提供了一種連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼和恢復(fù)方法，以至少部分解決以上所提出的技術(shù)問題。(二)技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼方法，包括：根據(jù)連續(xù)脈沖雷達系統(tǒng)的最遠作用距離Rmax獲得子脈沖組的持續(xù)時間Tst；根據(jù)連續(xù)脈沖雷達系統(tǒng)的距離向分辨率ρr獲得基帶信號頻率范圍；依據(jù)子脈沖組的持續(xù)時間Tst確定子脈沖分組參數(shù)；以及根據(jù)子脈沖分組參數(shù)，進行子脈沖序列的循環(huán)編碼，得到連續(xù)脈沖雷達的信號編碼序列T。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，所述子脈沖分組參數(shù)包括：連續(xù)脈沖分成的子脈沖組數(shù)M、每個子脈沖組中的子脈沖數(shù)N、每個子脈沖組中的接收窗口數(shù)P，滿足：M＝N+2其中，每個子脈沖組中的發(fā)射窗口數(shù)為N；每一個窗口(發(fā)射窗口或接收窗口)的寬度為Ts。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，所述根據(jù)子脈沖分組參數(shù)，進行子脈沖序列的循環(huán)編碼，得到連續(xù)脈沖雷達的信號編碼序列的步驟中：M＝7；連續(xù)脈沖的信號編碼序列T分為七組：組1的編碼為：1；0；1；0；1；0；1；0；0；1；0；0；組2的編碼為：-1；0；1；0；1；0；1；0；0；1；0；0；組3的編碼為：1；0；-1；0；1；0；1；0；0；1；0；0；組4的編碼為：1；0；1；0；-1；0；1；0；0；1；0；0；組5的編碼為：1；0；1；0；1；0；-1；0；0；1；0；0；組6的編碼為：1；0；1；0；1；0；1；0；0；-1；0；0；組7的編碼為：1；0；1；0；1；0；1；0；0；1；0；0；其中，每個子脈沖的信號形式相同，“1”表示發(fā)射0°相移的子脈沖，“-1”表示發(fā)射180°相移的子脈沖，“0”表示接收窗口，每個“1”、“-1”、“0”占用相同的時間寬度。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，所述根據(jù)連續(xù)脈沖雷達系統(tǒng)的最遠作用距離Rmax獲得連續(xù)脈沖的持續(xù)時間Tst包括：計算回波信號相對于發(fā)射信號的最遠延時τF，其中，c為光速；則子脈沖組的持續(xù)時間Tst滿足：Tst≥τF。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，所述根據(jù)連續(xù)脈沖雷達系統(tǒng)的距離向分辨率ρr獲得基帶信號頻率范圍包括：計算發(fā)射信號的帶寬Br：則發(fā)射信號的基帶信號頻率范圍為：根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼恢復(fù)方法，用于對上述的信號時域循環(huán)編碼方法所獲取的編碼進行恢復(fù)，包括：求解回波信號表達式矩陣，得到單脈沖發(fā)射信號在每個接收窗口的回波信號，其中，回波信號表達式矩陣由每組每個接收窗口的回波信號表達式聯(lián)立獲得，每個接收窗口的回波信號是由之前發(fā)射的多個子脈沖經(jīng)過地物散射后的回波信號疊加而成。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，每個子脈沖的完整回波的接收窗口的數(shù)目S滿足：S≤N+P。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，所述求解回波信號表達式矩陣，得到單脈沖發(fā)射信號在每個接收窗口的回波信號為：其中：就是單脈沖發(fā)射信號在每個接收窗口的回波信號；X為每個子脈沖的完整回波，X＝[x1，…，xs，…，xS]T；Y為觀測向量，Y＝[G(1，1)，G(1，2)，…，G(m，p)，…，G(M-1，P)，G(M，P)]T；A是由編碼方式?jīng)Q定的(M×P)×S的二維矩陣，其中，T[l]為連續(xù)編碼序列T中的第l個元素，T[l-q]為連續(xù)編碼序列T中的第l-q個元素。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，所述回波信號表達式矩陣為：Y＝AX+N，其中，N為(M×P)個接收窗口的噪聲向量，N＝[N(1，1)，N(1，2)，…，N(m，p)，…，N(M-1，P)，N(M，P)]T。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，所述求解回波表達式矩陣，得到單脈沖發(fā)射信號在每個接收窗口的回波信號的步驟之后還包括：對單脈沖發(fā)射信號在每個接收窗口的回波信號進行歸一化處理，得到經(jīng)過均衡處理后的單脈沖發(fā)射信號的回波信號。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼和恢復(fù)方法至少具有以下有益效果其中之一：(1)能夠恢復(fù)完整的回波信號；本發(fā)明提供的連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼和恢復(fù)方法能夠恢復(fù)出單脈沖的完整回波信號。(2)保證恢復(fù)出來的各個窗口的信號性噪比基本一致；本發(fā)明提供的連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼和恢復(fù)方法在恢復(fù)完整的回波信號的同時，保證了每個窗口恢復(fù)的回波信號信噪比基本一致。(3)在信號恢復(fù)的過程中，發(fā)射信號能量的利用率達到了67％；按照本發(fā)明的分組方式，發(fā)射信號能量的理論利用率為：0.5833；使用本發(fā)明給出的方法發(fā)射信號的能量利用率為：0.3896(按照第5個窗口的回波進行估計)；相對比例為：67％。(4)信號的恢復(fù)過程簡單，只涉及到數(shù)字信號的加減運算，不包括歸一化。本發(fā)明的信號的恢復(fù)過程非常簡單，只需要根據(jù)信號的編碼方式列出每個接收窗口中回波信號表達式，然后求解這個方程組即可。在后面會列出具體的信號恢復(fù)表達式，如果不考慮歸一化處理，那么它們只涉及到信號的加減運算，非常適合FPGA的實時實現(xiàn)。附圖說明圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼方法的流程示意圖。圖2為本發(fā)明實施例連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼恢復(fù)方法的流程示意圖。圖3示出連續(xù)脈沖循環(huán)編碼形式和接收回波的編號。圖4示出經(jīng)過成像處理得到的雷達圖像。具體實施方式本發(fā)明提供了一種連續(xù)脈沖雷達信號時域循環(huán)編碼和恢復(fù)方法。這種編碼方式一方面能夠從斷續(xù)的回波信號中恢復(fù)原始回波信號；另外提高發(fā)射能量的利用率。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼方法。圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼方法的流程示意圖。如圖1所示，本實施例連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼方法包括：步驟S102，根據(jù)連續(xù)脈沖雷達系統(tǒng)參數(shù)獲得發(fā)射信號的基帶信號頻率范圍和子脈沖組的持續(xù)時間Tst；本實施例中，連續(xù)脈沖雷達系統(tǒng)參數(shù)包括：距離向分辨率ρr和最遠作用距離Rmax。則發(fā)射信號的帶寬Br按照下式計算：式(1)中：ρr為距離向分辨率，c為光速。據(jù)此，發(fā)射信號的基帶信號頻率范圍為：則回波信號相對于發(fā)射信號的最遠延時τF按照下式計算：式(1)中：Rmax為連續(xù)脈沖雷達系統(tǒng)的最遠作用距離。據(jù)此，確定子脈沖組的持續(xù)時間Tst≥τF。步驟S104，依據(jù)子脈沖組的持續(xù)時間Tst確定子脈沖分組參數(shù)，該子脈沖分組參數(shù)包括：連續(xù)脈沖分成的子脈沖的組數(shù)M、每組子脈沖中的子脈沖數(shù)N、每組子脈沖中的發(fā)射窗口數(shù)N、每組子脈沖中的接收窗口數(shù)P；作為一種具體的實現(xiàn)方式，圖2給出了實際飛行試驗中設(shè)計出來的連續(xù)脈沖編碼形式。連續(xù)脈沖分成7組，每組5個子脈沖，共計發(fā)射35個子脈沖。在這種情況下，每個子脈沖的時間寬度為Ts必須滿足：其中：12表示總的窗口數(shù)，即5個發(fā)射窗口和7個接收窗口總共12個窗口。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當清楚，雖然本實施例采用將連續(xù)脈沖分為7組，每組5個子脈沖的形式，但本發(fā)明并不以此為限。在本公開的通用形式中，可以將連續(xù)脈沖分為M組，每組N個子脈沖，其中的M、N滿足M＝N+2既可。同樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當清楚，在本公開的通用形式中，發(fā)射窗口的數(shù)目和每組中子脈沖的數(shù)目相同，設(shè)每組子脈沖中接收窗口有P個，則每個子脈沖時間寬度Ts滿足：步驟S106，根據(jù)子脈沖分組參數(shù)，進行子脈沖序列的循環(huán)編碼，獲得連續(xù)脈沖雷達的信號編碼序列T。本實施例中，請繼續(xù)參照圖3，SendSignal表示發(fā)射信號，Echo表示接收信號。每個子脈沖的信號形式相同，“1”表示發(fā)射0°相移的子脈沖，“-1”表示發(fā)射180°相移的子脈沖。“0”表示接收窗口，每個“1”、“-1”、“0”占用相同的時間寬度。連續(xù)脈沖雷達的信號編碼如表1所示。表1連續(xù)脈沖編碼序列至此，連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼完成。以下介紹如何從回波數(shù)據(jù)中恢復(fù)數(shù)據(jù)。圖2為本發(fā)明實施例連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼恢復(fù)方法的流程示意圖。如圖2所示，本實施例連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼恢復(fù)方法包括：步驟S202，由每組每個接收窗口的回波信號表達式聯(lián)立為矩陣表達式，獲得回波信號表達式矩陣；回到圖2，每組有7個接收窗口(對應(yīng)每組子脈沖中接收窗口的數(shù)目)，每個接收窗口的回波信號是由之前發(fā)射的多個子脈沖經(jīng)過地物散射后的回波信號疊加而成。設(shè)每個子脈沖的完整回波由11個接收窗口組成。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，此處的組成每個子脈沖的完整回波的接收窗口的數(shù)目S與子脈沖分組數(shù)據(jù)中子脈沖的數(shù)目有關(guān)，即當前子脈沖的回波必須保證在下一個組同樣位置的子脈沖發(fā)射前接收完畢，否則存在混疊，上述限定條件換用數(shù)學方式表達，即S≤N+P。定義連續(xù)脈沖的信號編碼序列為：T＝[101010…100100]，其中1或-1表示發(fā)射窗口，0表示接收窗口。每個子脈沖的完整回波用X＝[x1，x2，…，x11]T表示，其中數(shù)目“11”對應(yīng)于組成每個子脈沖的完整回波的接收窗口的數(shù)目。觀測向量Y表示為：Y＝[G(1，1)，G(1，2)，…，G(7，6)，G(7，7)]T，G(m，n)為第m組第p個接收窗口的回波信號，其中：m＝1，2，3，4，5，6，7；p＝1，2，3，4，5，6，7；則49個接收窗口(共有M組，每組P個接收窗口)的噪聲用向量N表示為：N＝[N(1，1)，N(1，2)，…，N(7，6)，N(7，7)]T。則X和Y的關(guān)系如下：Y＝AX+N(3)其中：A是由編碼方式?jīng)Q定的49×11矩陣，具體表達式為：其中，T[l]為連續(xù)編碼序列T中的第l個元素，T[l-q]為連續(xù)編碼序列T中的第l-q個元素。本實施例中，49個接收窗口對應(yīng)于連續(xù)脈沖分為7組，每組7個接收窗口。在通用形式下，對于連續(xù)脈沖分為M組，每組P個接收窗口的情況，接收窗口的數(shù)目應(yīng)當為M×P。步驟S204：每個接收窗口的回波恢復(fù)，即求解回波表達式矩陣，得到單脈沖發(fā)射信號在每個接收窗口的回波信號；聯(lián)立上面的方程組求解所得：其中：就是單個子脈沖的完整回波信號。合成后的回波信號相對于單獨發(fā)射一個子脈沖所得回波信號的信噪比改善情況如表2所示。表2合成信號的信噪比(dB)改善情況EcholEcho2Echo3Echo4Echo5Echo6Echo7Echo8Echo9Echo10Echo1113.579.5911.3511.3511.3511.3511.3511.3511.359.5913.57根據(jù)計算，按照圖2所示的分組方式，發(fā)射信號能量的理論利用率為：0.5833；使用本發(fā)明給出的方法發(fā)射信號的能量利用率為：0.3896(按照第5個窗口的回波進行估計)；相對比例為：67％。步驟S206：對單脈沖發(fā)射信號在每個接收窗口的回波信號進行歸一化處理，得到經(jīng)過均衡處理后的單脈沖發(fā)射信號的回波信號。參考圖4，給出了信號恢復(fù)后單脈沖回波經(jīng)過成像處理得到的雷達圖像。該圖像證明了本發(fā)明提出的連續(xù)脈沖編碼方法是可行的。至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進行了詳細描述。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(xiàn)方式，均為所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進行簡單地更改或替換，例如：(1)步驟8202和S206不是必須的，可以省略；(2)連續(xù)脈沖編碼形式還有其他的形式，如：組1的編碼還可以為：100101010100，100100101010，101001001010，101010010010等。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當對本發(fā)明連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼和恢復(fù)方法有了清楚的認識。綜上所述，本發(fā)明提供的一種連續(xù)脈沖雷達的信號時域循環(huán)編碼和恢復(fù)方法能夠恢復(fù)出單脈沖的完整回波信號，同時具有發(fā)射信號能量的利用率高，信號恢復(fù)過程簡單等優(yōu)點，具有較好的應(yīng)用前景。還需要說明的是，除非有所知名為相反之意，本說明書及所附權(quán)利要求中的數(shù)值參數(shù)是近似值，能夠根據(jù)通過本發(fā)明的內(nèi)容所得的所需特性改變。具體而言，所有使用于說明書及權(quán)利要求中表示組成的含量、反應(yīng)條件等等的數(shù)字，應(yīng)理解為在所有情況中是受到[約」的用語所修飾。一般情況下，其表達的含義是指包含由特定數(shù)量在一些實施例中±10％的變化、在一些實施例中±5％的變化、在一些實施例中±1％的變化、在一些實施例中±0.5％的變化。此外，除非特別描述或必須依序發(fā)生的步驟，上述步驟的順序并無限制于以上所列，且可根據(jù)所需設(shè)計而變化或重新安排。并且上述實施例可基于設(shè)計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實施例。在此提供的算法和顯示不與任何特定計算機、虛擬系統(tǒng)或者其它設(shè)備固有相關(guān)。各種通用系統(tǒng)也可以與基于在此的示教一起使用。根據(jù)上面的描述，構(gòu)造這類系統(tǒng)所要求的結(jié)構(gòu)是顯而易見的。此外，本發(fā)明也不針對任何特定編程語言。應(yīng)當明白，可以利用各種編程語言實現(xiàn)在此描述的本發(fā)明的內(nèi)容，并且上面對特定語言所做的描述是為了披露本發(fā)明的最佳實施方式。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3