[发明专利]双通道欠采样线扫频脉冲信号的时延估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双通道欠采样线扫频脉冲信号的时延估计方法，属于超宽带雷达信号检测与估计领域。

背景技术

线扫频脉冲信号是雷达最常采用的信号之一，通常采用匹配滤波器通过脉冲压缩实现线扫频脉冲目标回波信号的检测处理，这类体制的雷达称为线扫频脉冲体制雷达雷达。线扫频脉冲雷达可以通过增加脉冲宽度，实现在较低的峰值功率下，获得较长的探测距离和较高的距离分辨力，克服在普通脉冲体制雷达中探测距离与距离分辨率之间难于解决的矛盾，是目前在工程应用上最广泛的、技术最成熟的一种脉冲压缩体制雷达。

雷达信号检测目的是能够估计出信号时延及频移等信息，进而可以获知对应目标的信息。经典的时延估计是检测信号经相关或匹配滤波处理后的峰值实现的。但这些估计方法在特定的SNR下需要检测门限，而且不能精确估计离散化处理后分数倍采样周期的时延。随着分数阶傅里叶变换的出现与发展，因其对线扫频信号独特的聚集性，且具有与快速傅里叶变换运算量相当的离散算法，基于分数阶傅里叶变换的线扫频信号的检测与估计被广泛关注。

利用信号在分数阶傅里叶域的相位及幅值，Sharam等人在《Time delay estimation using fractional Fourier transform》（Signal Processing, 2007, 87(5): 853-865.）和Tao等人在《Time delay estimation of Chirp signals in the fractional Fourier domain》（IEEE Trans. Signal Processing, 2009, 57(7): 2852- 2856.）提出了基于分数阶傅里叶变换的时延估计算法，并给出了算法输出信噪比与估计精度分析，并证明了该算法在特定分数阶傅里叶域对线扫频信号进行时延估计是最优的。算法为线扫频体制雷达信号检测与时延估计甚至是分数时延估计提供了有效的思想。采用分数阶傅里叶变换进行线扫频脉冲时延估计时，还可利用分数阶傅里叶域滤波的优势，有效抑制雷达信号发射时相互间的干扰。

基于分数阶傅里叶变换的时延估计算法在实际工程应用时，信号需经过离散化处理后，采样率将对估计可靠性及估计精度产生影响。基于分数阶傅里叶变换的线扫频脉冲信号的时延估计是将时延转换成分数阶傅里叶域的频率参数估计，显然当时延等效分数阶傅里叶域的频率超出分数阶傅里叶域的采样率，即最大分数阶傅里叶域的频率，类似于传统傅里叶的频域信号的频率大于采样率时将产生频谱混叠，分数阶傅里叶域也将产生谱混叠，造成无法估计出观测信号的正确时延，这种现象称为脉冲信号时延模糊。通过提高采样率可以解决时延模糊问题。但是，实现无模糊时延估计时所需的采样率会很高，远大于雷达发射的脉冲线扫频信号的带宽，过高的采样率会给高精度采样芯片带来较大负担，尤其对于超宽带系统，基于分数阶傅里叶变换时延估计的算法将难以工程实现。

发明内容

本发明针对雷达系统广泛采用的脉冲线扫频信号，以低采样率采样甚至欠采样的情况下检测与时延估计时，由于频谱混叠造成时延模糊的问题，提出了一种双通道欠采样线扫频脉冲信号的时延估计方法，该方法通过计算双通道信号分数阶傅里叶域的互谱，解决了时延估计的模糊问题，为基于离散分数阶傅里叶变换时延估计算法工程应用提供一种新思路。

本发明采用的技术方案是：

一种双通道欠采样线扫频脉冲信号的时延估计方法，其特征在于：首先根据已知雷达发射的调频率-K（K > 0）、脉冲重复时间T、脉冲宽度T_r的脉冲Chirp信号，确定离散分数阶Fourier变换的旋转角α = acot ( K )；再利用采样型离散分数阶傅里叶变换算法，计算双通道采样信号的分数阶傅里叶域互谱，实现时延估计；

具体方法包括如下步骤：