[发明专利]数字正交鉴相与匹配滤波的优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术领域，主要涉及数字正交鉴相和匹配滤波的优化方法，用于对目标测速、测距的数据处理。

背景技术

在雷达信号处理中，数字正交鉴相与匹配滤波是基本且必要的环节，其处理过程是：首先，对中频信号直接采样完成A/D变换；接着，通过数字正交鉴相得到正交的I、Q两路信号；最后，通过匹配滤波获得目标的距离。数字正交鉴相在通信、雷达等领域应用广泛。在通信领域的信号通常是窄带信号，信号带宽远小于采样率，所以数字正交鉴相滤波器的阶数很低，易于硬件实现。而雷达信号带宽很宽，通常采用低中频采样，当数字正交鉴相后接大时宽带宽积的匹配滤波处理时，时域方法对硬件设备量要求高，不利于硬件实现，

数字正交鉴相和匹配滤波在时域和频域均可实现，这两种方法在性能上等价。时域法适合于滤波器阶数较低的情况，采用流水处理方式；频域滤波适合于滤波器阶数较高的情况，此时对于长序列需要选择最优分段长度进行分段处理。

现有数字正交鉴相的时域处理方法通常采用低通滤波法，将中频采样输出信号与本地振荡器产生的两路正交信号进行混频，让混频后的信号通过低通滤波器，滤除高频分量，得到所需的基带正交双路信号。当滤波器阶数较高时，时域数字正交鉴相处理方法在滤波时需进行大量多次乘法完成卷积，运算量大。现有数字正交鉴相的频域处理方法，是先将信号通过快速傅里叶变换变到频域，进行频谱搬移，然后通过低通滤波器抑制镜频，再进行频谱混叠，使残余的镜频叠加到正频上。

现有匹配滤波处理通常在频域进行，因为匹配滤波系数长度较大。处理方法是，先将信号通过快速傅里叶变换变到频域，再点乘匹配滤波系数。

通过上述处理方法可知，频域数字正交鉴相方法与频域匹配滤波处理方法有交集，分别完成这两个处理流程会增加运算量，且处理方法不够简洁。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种数字正交鉴相与匹配滤波的优化方法，以减小在滤波器阶数较高时的运算量，提高对雷达回波数据的处理效率，简化信号处理流程。

实现本发明目的的技术方案是：将数字正交鉴相与匹配滤波合并进行，具体步骤包括如下：

（1）对雷达中频回波信号做快速傅里叶变换，变换点数为2L，得到长度为L的正频A和长度为L的镜频E，其中，L为2的幂次，且2L大于或等于回波信号的长度，从镜频E中，取出前个点和后个点作为有效镜频B，W小于L，且大于0；

（2）根据雷达发射信号的参数，在Matlab的滤波器设计工具中设置低通滤波器参数，生成指定阶数的低通滤波器系数，通过快速傅里叶变换将该系数变到频域，再对频域低通滤波器系数做频谱搬移，得到长度为2L的频域数字正交鉴相滤波器系数F；

（3）对雷达的基带信号做共轭反转，得到匹配滤波器系数，通过快速傅里叶变换将该系数变到频域，得到长度为2L的频域匹配滤波器系数D；

（4）根据频域数字正交鉴相滤波器系数F与频域匹配滤波器系数D，得到合并的滤波系数:H=F·D，将滤波器系数H分为长度均为L的两段：一段作为通带系数P，另一段作为阻带系数S，并从阻带系数S中取出前个点和后个点作为过渡带系数Q；

（5）根据上述参数，得到雷达中频回波信号匹配滤波后的频谱：Z=A·P+B·Q；

（6）对频谱Z做逆快速傅里叶变换，得到时域匹配滤波结果，根据该时域匹配滤波结果的峰值点计算出目标的距离r，用于后续雷达信号处理。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1）易于硬件实现

现有的时域数字正交鉴相和频域匹配滤波方法在滤波器阶数较高时，卷积运算需完成的乘法次数迅速增加，对硬件设备的处理性能要求很高，不利于硬件实现，而本发明采用数字正交鉴相和匹配滤波的优化方法，滤波器阶数的改变对运算量影响很小，易于硬件实现；

2）简化处理流程

现有对雷达中频回波信号的处理方法将数字正交鉴相与匹配滤波分开完成，处理步骤不够简洁，而本发明利用数字正交鉴相与匹配滤波在频域滤波的共性，预先合并频域数字正交鉴相系数和频域匹配滤波系数，从而在硬件上只用做一次滤波处理就可以完成数字正交鉴相和匹配滤波，简化了信号处理流程；

3）运算量小

现有的数字正交鉴相处理，在频域上等效为将正频滤波结果和镜频滤波结果完全叠加，但是镜频滤波结果相比于正频滤波结果可以忽略，所以正频滤波结果和镜频滤波结果完全叠加会增加不必要的运算量，而本发明在保证处理性能的同时，只保留过渡带内少量的镜频数据与过渡带系数点乘，减少了运算量，提高了对雷达回波数据的处理效率。