亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：一种伪随机复合调制信号的非完全匹配处理方法
技术领域：
本发明属于雷达信号处理技术领域，特别涉及到伪随机复合调制(FSK/PSK)雷达信号的处理技术。
背景技术：
众所周知，雷达主要用于搜索和跟踪飞机、舰船等目标，而目标回波通常伴随有山丘、雨、雪和海浪等杂波，杂波往往比目标回波强的多。现代雷达面临更加恶劣的电磁环境，各种有源和无源干扰总是与雷达同步发展，特别是近年迅速发展起来的低可观测性目标(俗称隐身目标)技术，大幅度降低了目标对电磁波的反射。为了从这种复杂的环境和各种干扰中获取目标信息，必然对雷达信号处理技术提出更高、更新的要求。传统的雷达信号处理方法不断地得到新的突破，如脉冲压缩(简称脉压)雷达的出现，它是匹配滤波器系统的一种实际实现，有效地解决了雷达作用距离和分辨率之间的矛盾。
由文献(张贤达.现代信号处理.北京清华大学出版社，1995)，s(t)是已知信号，若滤波器冲激响应hm(t)满足hm(t)＝ks*(t0-t)(1)式中k为常数，t0为使滤波器物理可实现的附加迟延，下标m表示匹配，*表示共轭。则滤波器对输入信号s(t)的响应输出信噪比(SNR)最大，该滤波器称为匹配滤波器。
文献(黄德双等.高分辨雷达智能信号处理技术.北京机械工业出版社，2001)指出窄带雷达信号中，目标近似为点目标，接收回波波形sR(t)与发射信号sT(t)基本相同，即sR(t)≈sT(t)，对应的匹配滤波器设计为hm(t)＝ksT(t0-t) (2)式中k为常数，t0为使滤波器物理可实现的附加迟延。下标T表示发射，下标R表示接收，下标m表示匹配。
宽带雷达信号中，点目标变为沿距离延伸的面目标，发射信号经目标反射后的回波与原发射信号发生很大的差异。假设目标后向散射的冲激响应为h(t)，则对发射信号sT(t)的接收回波信号sR(t)可以表示为sR(t)＝sT(t)h(t) (3)式中表示卷积。对应的匹配滤波器设计为hm(t)＝ksT(t0-t)h(t0-t) (4)式中表示卷积，k为常数，t0为使滤波器物理可实现的附加迟延。下标T表示发射，下标R表示接收，下标m表示匹配。
为加以区分，本发明中把上述的处理过程叫做“匹配滤波处理方法”，图1是该方法的原理框图。图中sT(t)是雷达发射信号，下标T表示发射，目标散射表示目标对发射信号的影响，hm(t)是匹配滤波器的冲激响应，下标m表示匹配，R(τ)是匹配滤波处理后的输出，τ表示时间延迟。
文献(罗宏、许小剑、黄培康等.目标宽带雷达特征信号的建�：驮げ�.电子学报，1999)指出在光学区，复杂目标一般可以看成是由许多个孤立的散射中心组成的。雷达发射并接收宽带信号，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，本发明中近似为目标的后向散射冲激响应h(t)。
h(t)=∫-∞+∞H(ω)ejωtdω---(5)]]>式中t表示时间，ω表示角频率。
匹配滤波处理方法的实质是通过设计匹配滤波器，实现对不同类型发射信号匹配接收目的，在得到最大信噪比(SNR)同时，获取目标信息，匹配滤波器的冲激响应与回波信号是共轭镜像的关系。窄带雷达信号中，得到雷达发射信号多普勒频率延迟和时间延迟信息；宽带雷达信号中，得到反映目标特征信息的距离像。

发明内容
本发明的目的是提供一种基于复合调制(FSK/PSK)信号的雷达的非完全匹配信号处理技术，以期雷达能获得目标散射特征信息，得到更大的信噪比输出。
为了方便地描述本发明中的内容，首先做以下几个术语定义
1.伪随机FSK(频移键控)/PSK(相移键控)信号伪随机FSK/PSK信号是同时实现跳频和调相的一种信号，其中FSK跳频序列遵循一定规律随机变化，PSK调相序列为二元伪随机序列。
2.伪随机FSK/PSK信号复包络形式如下s(t)=Σn=0N-1cnΠ(t-nTT)ej2πant---(6)]]>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。
3.非完全匹配处理信号与发射信号相比引入失配相位的处理信号，称为非完全匹配处理信号。
4.非完全匹配处理信号的复包络形式如下c(t)=Σn=0N-1cnΠ(t-nTT)ej(2πant+Φn)---(8)]]>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为非完全匹配处理信号中第n个子脉冲的失配相位。
5.复合调制信号的非完全匹配处理将信号能量优化分配到目标重要频率点上，并提取失配相位产生非完全匹配处理信号，通过对回波信号互相关接收，实现信号处理的过程。
6.基频频率f0＝1/T(10)式中f0是基频频率，它表示本发明中伪随机FSK/PSK信号和非完全匹配处理信号的最小频率，T为子脉冲宽度。
7.矩形窗 式中M表示矩形窗的点数。
本发明提供一种伪随机复合调制信号的非完全匹配处理方法(如图2所示)，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(t)=∫-∞+∞H(ω)ejωtdω---(12)]]>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)的傅立叶交换，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(倍频数)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
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(t)=Σn=0N-1cnΠ(t-nTT)ej2πant---(13)]]>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(元素位置表示倍频数)，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(t)=Σn=0N-1cnΠ(t-nTT)ej(2πant+Φn)---(15)]]>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(FFT)，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(FFT)，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(IFFT)，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χ(v)=1Td∫-∞∞s(t)c(t+v)dt---(17)]]>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(如果应用到雷达信号体现为脉宽)，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(IFFTSHIFT)，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χ(τ)=(T-|τ|)Σk=0K-1Pkej(2πakτ+Φk)---(18)]]>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(FFT)，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(IFFT)，得到雷达系统非完全匹配处理输出结果。
非完全匹配处理输出结果，公式如下R(τ)=∫-∞∞h(v)χ(v+τ)dv---(19)]]>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，χ(v)对应公式如下χ(v)=1Td∫-∞∞s(t)c(t+v)dt---(20)]]>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(如果应用到雷达信号体现为脉宽)，v表示时间延迟；经过以上步骤后，就可以实现对于伪随机复合调制(FSK/PSK)信号的非完全匹配处理。
本发明工作原理分析非完全匹配处理方法原理如下如图3所示，非完全匹配处理输出为R(τ)=1Td∫-∞∞[s(t-τ)⊗h(t)]×c(t)dt---(21)]]>
式中表示卷积，×表示一般乘法，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(如果应用到雷达信号体现为脉宽)，τ表示时间延迟，h(t)表示目标一维距离像。把卷积的定义式代入(21)并改变积分顺序得R(τ)=1Td∫-∞∞h(v)∫-∞∞s(t-v-τ)c(t)dtdv---(22)]]>对式(22)积分得R(τ)=∫-∞∞h(v)χ(v+τ)dv---(23)]]>式(23)中χ(v)=1Td∫-∞∞s(t)c(t+v)dt---(24)]]>下面理论推导通过伪随机FSK/PSK信号s(t)和非完全匹配处理信号c(t)的互相关结果，恢复出目标一维距离像的过程首先，由第四步得到的FSK序列an和第六步得到的各子脉冲失配相位序列Φn的产生过程，可知FSK序列an和各子脉冲失配相位序列Φn在子脉冲串中出现的概率密度函数为f(an,Φn)=Σk=0K-1Pkδ(an-ak,Φn-Φk)---(25)]]>式中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。
假设非完全匹配处理信号c(t)与伪随机FSK/PSK信号s(t)互相关处理时，伪随机FSK/PSK信号s(t)已经经过了一段时间的时延，令时延为τ，则
s*(t-τ)c(t)=Σn=0N-1cnΠ(t-τ-nTT)e-j2πan(t-τ)Σm=0N-1cmΠ(t-mTT)ej(2πamt+Φm)---(26)]]>式中*求共轭。又门函数∏(t)有以下几点性质Π(t-nTT)Π(t-mTT)=Π(t-nTT)......n=m0......n≠m---(27)]]>Π(t-Δ2-nTT)Π(t+Δ2-nTT)=Π(t|T-Δ|)---(28)]]>由�：灾士芍状镄藕诺幕ハ喙睾毖应樱�0与τ＜0的结果是对称的，这里取τ＞0。
cn是第四步得到的PSK序列，对其求统计平均E(cncm)＝δ(n-m) (29)对式(26)求统计平均，并将式(28)、(29)代入得到Ecn[s*(t-τ)c(t)]=Σn=0N-1Π(t|T-τ|)ej(2πanτ+Φn)---(30)]]>继续对式(30)中的Φn，an求均值，同时将式(25)代入(30)式得Ecn,an,Φn[s*(t-τ)c(t)]=Σn=0N-1Π(t|T-τ|)Σk=0K-1Pkej(2πakτ+Φk)---(31)]]>由式(31)导出伪随机FSK/PSK信号s(t)与非完全匹配处理信号c(t)的互相关函数如下式χ(τ)=∫-∞+∞Ecn,an,Φn[s*(t-τ)c(t)]dt]]>=∫-∞+∞Σn=0N-1Π(tT-τ)Σk=0K-1Pkej(2πakτ+Φk)dt---(32)]]>将式(28)代入式(32)中，得到从伪随机FSK/PSK信号s(t)和非完全匹配处理信号c(t)的互相关结果中恢复出的目标一维距离像χ(τ)=(T-|τ|)Σk=0K-1Pkej(2πakτ+Φk)---(33)]]>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。
从式(33)可以看出，后面的求和项很显然是目标一维距离像频域的傅立叶反变换，(T-|τ|)相当于加了一个三角窗。因此，本发明中的非完全匹配处理方法中，非完全匹配处理信号与伪随机FSK/PSK雷达信号的互相关函数近似等于雷达目标一维距离像h(t)。
本发明的实质是通过将信号的能量优化分配到目标散射强的区域，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等于雷达目标一维距离像，最终雷达信号处理输出为目标一维距离像的自相关函数，与冲激雷达相比，能获得更大的信噪比，与现有匹配滤波处理技术相比，能获得更多的目标信息。
本发明提出的非完全匹配信号处理方法，对雷达跟踪目标和低可观测性目标的识别有重要意义。


图1匹配滤波处理方法原理框中sT(t)是雷达发射信号，下标T表示发射，目标散射表示目标对发射信号的影响，hm(t)是匹配滤波器的冲激响应，下标m表示匹配的含义，R(τ)是匹配滤波处理后的输出，τ表示时间延迟。
图2非完全匹配处理方法流程3非完全匹配处理方法原理框中h(t)表示雷达目标一维距离像，s(t-τ)表示雷达发射的伪随机FSK/PSK信号，c(t)表示非完全匹配处理信号，R(τ)表示非完全匹配处理的结果，积分为 τ表示时间延迟。
图4、图5和图6是本发明的计算机仿真结果实例图中坐标轴横坐标表示的是距离单元数，纵坐标表示的是归一化的幅度值；图4是所设定的目标一维距离像；图5是伪随机FSK/PSK信号与非完全匹配处理信号互相关后恢复出的目标一维距离像；图6是非完全匹配处理的结果。
具体实施例方式
利用本发明的非完全匹配处理方法进行信号处理。仿真结果如图4、5、6所示。图4是我们设定的一个点数为64的目标一维距离像。仿真中子脉冲总数取为64，子脉冲宽度T为1us，图5是伪随机FSK/PSK信号与非完全匹配处理信号互相关后，加窗提取出的目标一维距离像，它与真实目标一维距离像的归一化相关系数等于0.8484。基于获取的目标一维距离像，可以采用目前已有的一维距离像目标识别的方法进行目标识别。图6是非完全匹配处理后最终结果。由背景技术中分析可知，利用匹配滤波处理方法，雷达输出为目标一维距离像，仿真结果中，理想情况下处理后输出的最大值等于0.63。利用非完全匹配处理方法得到的雷达输出为目标一维距离像的自相关函数，这一点可以从(23)式看出，处理后输出最大值约等于0.85，约为匹配滤波处理方法下最大值的1.35倍，输出功率值是原来的1.82倍。本发明不会额外的增加噪声，这个值又可看作是系统信噪比的提高倍数。
综上所述，利用本发明中的非完全匹配处理方法，使雷达信号处理输出信噪比得到很大的提高，同时得到目标散射特征信息，对雷达跟踪目标和识别低可观测性目标有重要意义。
权利要求
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(t)=∫-∞+∞H(ω)ejωtdω]]>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
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(t)=Σn=0N-1cnΠ(t-nTT)ej2πant]]>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(t)=Σn=0N-1cnΠ(t-nTT)ej(2πant+Φn)]]>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χ(v)=1Td∫-∞∞s(t)c(t+v)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χ(τ)=(T-|τ|)Σk=0K-1Pkej(2πakτ+Φk)]]>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(τ)=∫-∞∞h(v)χ(v+τ)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χ(v)=1Td∫-∞∞s(t)c(t+v)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。
全文摘要
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。
文档编号G01S13/00GK1790050SQ200410081510
公开日2006年6月21日 申请日期2004年12月17日 优先权日2004年12月17日
发明者周先敏, 张占胜, 于珩, 唐海 申请人:电子科技大学