本發(fā)明屬于超寬帶穿墻成像雷達(dá)領(lǐng)域，具體涉及一種可用于接收采集超寬帶穿墻成像雷達(dá)回波信號(hào)的組合式順序等效采樣方法。

背景技術(shù)：

超寬帶脈沖具有穿透性好、分辨率高、多徑雜波抑制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在穿墻成像雷達(dá)中具有廣泛的應(yīng)用。然而，由于超寬帶脈沖是無(wú)載波的時(shí)域窄脈沖信號(hào)，其頻譜范圍很寬，因此超寬帶脈沖的采樣接收就成為超寬帶穿墻成像雷達(dá)的難點(diǎn)。

信號(hào)采樣技術(shù)主要分為兩大類：實(shí)時(shí)采樣和等效時(shí)間采樣。實(shí)時(shí)采樣通常是等時(shí)間間隔的對(duì)周期或非周期信號(hào)進(jìn)行采樣，如圖1所示，且依據(jù)奈奎斯特采樣定理要求，采樣速率不低于被采樣信號(hào)最高頻率的2倍。對(duì)超寬帶穿墻成像雷達(dá)接收機(jī)來(lái)說(shuō)，接收信號(hào)為超寬帶時(shí)域窄脈沖信號(hào)，頻譜范圍很寬，若進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，為了滿足奈奎斯特采樣定理要求且為做到足夠的波形保真，一般要求采樣頻率是中心頻率的10倍左右，如文獻(xiàn)“費(fèi)元春，超寬帶雷達(dá)理論與技術(shù)，國(guó)防工業(yè)出版社，2010，pp.45-46”所述。穿墻成像雷達(dá)采用的超寬帶脈沖的中心頻率一般在1GHz以上，這樣就要求采樣頻率為10GHz以上。如此高的采樣頻率將使得工程實(shí)現(xiàn)難度和成本都很高。因此實(shí)時(shí)采樣方法不適用于超寬帶脈沖信號(hào)的采集接收。

等效時(shí)間采樣簡(jiǎn)稱等效采樣，是指對(duì)周期性信號(hào)的多個(gè)周期進(jìn)行慢速連續(xù)采樣，然后將這些低采樣率的樣本按照跟觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間關(guān)系進(jìn)行交織重組以獲得一個(gè)周期的高速采樣，從而真實(shí)重構(gòu)出原始信號(hào)波形。顯然，如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010534893.X的專利所述，等效采樣方法可以復(fù)現(xiàn)頻率大大超過(guò)奈奎斯特極限頻率的信號(hào)的波形。等效采樣分為兩類：隨機(jī)等效采樣和順序等效采樣。順序等效采樣的每次采樣都由某一觸發(fā)信號(hào)來(lái)啟動(dòng)，一旦檢測(cè)到觸發(fā)信號(hào)，采樣器會(huì)在一個(gè)短時(shí)間窗內(nèi)完成采樣，當(dāng)下一次觸發(fā)到來(lái)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)給采樣微小的延時(shí)增量，進(jìn)行另一次采樣，如此重復(fù)多次，后續(xù)的采樣點(diǎn)均比前一次采樣點(diǎn)有一個(gè)微小的時(shí)延增量，直至遍歷整個(gè)采樣時(shí)間窗，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后將采集點(diǎn)按照順序進(jìn)行交織即可重構(gòu)出信號(hào)波形，原理示意圖如圖2所示。相比隨機(jī)等效采樣，順序等效采樣具有原理簡(jiǎn)單、等效速度快的優(yōu)點(diǎn)，采樣點(diǎn)以時(shí)間為順序，易于實(shí)現(xiàn)波形恢復(fù)，如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01410001964.8的專利所述。此外，順序等效采樣還能夠提供更大的時(shí)間分辨率和精度。因此當(dāng)前在超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)中順序等效采樣方法得到普遍使用，極大地降低了超寬帶脈沖信號(hào)的采樣難度和實(shí)現(xiàn)成本。然而，圖2所示的傳統(tǒng)的順序等效采樣方法在每個(gè)周期內(nèi)只采集一個(gè)樣本，導(dǎo)致大大降低了雷達(dá)的PRF(Pulse Repetition Frequency，脈沖重復(fù)頻率)，從而將降低雷達(dá)發(fā)射能量的利用率和效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)傳統(tǒng)順序等效采樣方法存在的不足，本發(fā)明提供一種高效的組合式順序等效采樣方法，在不大幅增加硬件實(shí)現(xiàn)難度和成本的基礎(chǔ)上，有效地改善了雷達(dá)的PRF，提高了雷達(dá)發(fā)射能量的利用率。

本發(fā)明的組合式順序等效采樣方法的示意圖如圖3所示，其特征在于結(jié)合了實(shí)時(shí)采樣和順序等效采樣，具體流程圖如圖4所示。

一種高效的組合式順序等效采樣方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步，針對(duì)第一個(gè)周期的脈沖回波，以ΔT＝1/f_s為采樣時(shí)間間隔進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，其中f_s表示A/D的采樣率。

當(dāng)雷達(dá)的測(cè)距范圍為R_w時(shí)，此時(shí)的實(shí)時(shí)采樣點(diǎn)數(shù)M為：

其中c表示光速。

第二步，針對(duì)下一個(gè)相鄰周期的脈沖回波，首先類似于順序等效采樣，將前一個(gè)周期采樣保持的觸發(fā)脈沖進(jìn)行很小的延時(shí)Δt后，再次以ΔT為采樣時(shí)間間隔進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣。延時(shí)Δt即對(duì)應(yīng)于順序等效采樣的時(shí)間間隔，且Δt＝1/f_se，其中f_se表示順序等效采樣的采樣率。

如前所述，為了滿足奈奎斯特采樣定理要求且為做到足夠的波形保真，一般要求采樣頻率是超寬帶脈沖信號(hào)中心頻率f₀的10倍左右，因此本發(fā)明中Δt設(shè)計(jì)為即可滿足要求。

第三步，多次重復(fù)第二步直至數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，將多個(gè)周期的采集點(diǎn)按照順序進(jìn)行交織即可重構(gòu)出一個(gè)周期的信號(hào)波形，且所需的交織周期數(shù)K為：

此時(shí)組合式順序等效采樣的等效PRF為f_r/K，其中f_r表示雷達(dá)的PRF。

另一方面，若采用傳統(tǒng)的順序等效采樣方法，由于其每個(gè)周期回波只采集一個(gè)樣本點(diǎn)，因此對(duì)于相同的雷達(dá)測(cè)距范圍R_w來(lái)說(shuō)，其所需的交織周期數(shù)N為：

對(duì)應(yīng)的等效PRF為f_r/N。

顯然，相比于傳統(tǒng)的順序等效采樣方法，組合式順序等效采樣方法的等效PRF提高了M倍，即雷達(dá)效率提高了M倍，能夠更有效地利用雷達(dá)的發(fā)射能量。由式(1)可知，當(dāng)雷達(dá)測(cè)距范圍不變時(shí)，M與A/D的采樣率f_s成正比。因此，本方法通過(guò)采用較低的A/D采樣率達(dá)到提高雷達(dá)效率的目的，且硬件實(shí)現(xiàn)難度和成本都較小。

采用本發(fā)明可以取得以下技術(shù)效果：

本發(fā)明結(jié)合實(shí)時(shí)采樣方法和順序等效采樣方法，設(shè)計(jì)了一種高效的組合式順序等效采樣方法，在不大幅增加硬件實(shí)現(xiàn)難度和成本的基礎(chǔ)上，能夠用較少的周期數(shù)獲得較長(zhǎng)時(shí)間的高采樣率波形，改善了雷達(dá)的PRF，從而有效克服了傳統(tǒng)順序等效采樣方法效率低的缺陷，達(dá)到了提高雷達(dá)發(fā)射能量利用率的目的。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)時(shí)采樣方法示意圖；

圖2是順序等效采樣方法示意圖；

圖3是本發(fā)明的組合式順序等效采樣方法示意圖；

圖4是本發(fā)明的組合式順序等效采樣方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

假設(shè)某超寬帶穿墻成像雷達(dá)采用的超寬帶脈沖的中心頻率f₀為2GHz，測(cè)距范圍R_w為30m，A/D實(shí)時(shí)采樣頻率f_s為250MHz，則本發(fā)明的技術(shù)方案具體實(shí)施如下：

第一步，針對(duì)第一個(gè)周期的脈沖回波，以ΔT＝1/f_s＝1/250MHz＝4ns為采樣時(shí)間間隔進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，且由式(1)可知實(shí)時(shí)采樣點(diǎn)數(shù)M為50。

第二步，針對(duì)下一個(gè)相鄰周期的脈沖回波，首先將前一個(gè)周期采樣保持的觸發(fā)脈沖進(jìn)行延時(shí)后，再次以4ns為采樣時(shí)間間隔進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣。

第三步，多次重復(fù)第二步直至數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，將K個(gè)周期的采集點(diǎn)按照順序進(jìn)行交織即可重構(gòu)出一個(gè)周期的信號(hào)波形，且由式(2)可知K為80。此時(shí)，由式(3)可知傳統(tǒng)的順序等效采樣方法所需的交織周期數(shù)N為4000。

顯然，一方面相比于傳統(tǒng)的順序等效采樣方法，組合式順序等效采樣方法的效率提高了50倍；另一方面相比于實(shí)時(shí)采樣方法所需的A/D采樣率(等于超寬帶脈沖中心頻率的10倍，即20GHz)，組合式順序等效采樣方法所采用的A/D采樣率較低，硬件工程實(shí)現(xiàn)難度和成本都較小。

上述具體實(shí)施方式表明，本發(fā)明提出的組合式順序等效采樣方法，在不大幅增加硬件實(shí)現(xiàn)難度和成本的基礎(chǔ)上，能夠顯著提高雷達(dá)的等效PRF，改善超寬帶雷達(dá)發(fā)射脈沖的能量利用。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。