专利名称：一种合成孔径雷达信号参数实时精密测量方法
技术领域：
本发明涉及一种合成孔径雷达(SAR)信号参数实时精密测量方法，属于雷达信号 侦察领域。
背景技术：
合成孔径雷达就是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数 据处理的方法合成为较大的等效天线孔径的雷达。为了在不损失距离分辨率的情况下，增 大探测范围，SAR通常采用具有大时宽带宽积特性的线性调频信号。通过采用线性调频信 号，SAR提高探测能力的同时，也具有了低截获性。在现代电子战中，针对SAR信号的大时 宽、大带宽和低截获性，提出一种方法对非合作的SAR信号进行精密的实时参数测量具有 重要的意义。目前，国内外已经提出了不少分析SAR信号的方法，主要有短时Rmrier变换、 Wigner-Ville时频分析与时频分解、小波变换、Chirplet变换、分数阶Rmrier变换、谱相 关分析方法、高阶统计量方法以及其他信号处理方法等。这些方法对非合作SAR信号的处 理存在计算复杂，不具备实时处理与精密测量双重优点。

发明内容
本发明的目的是提供一种合成孔径雷达信号参数实时精密测量方法，以解决现有 技术难以对非合作SAR信号参数进行实时、精密测量的问题。为实现上述目的，本发明一种合成孔径雷达信号参数实时精密测量方法，包括以 下步骤第一步根据频域数字信道化多相滤波原理，根据信道个数和瞬时带宽确定数字 下变频系数和低通滤波器系数；第二步将第一步得到的系数存储在只读存储器中，在现场可编程门阵列中实现 频域数字信道化滤波；第三步对复信号进行频域数字信道化多相滤波之后，采用CORDIC算法计算每个 信道输出结果的幅值和相位；第四步得到相位之后利用相位差分法计算每个信道信号的瞬时频率；第五步对信号进行过门限检测，根据信号的幅值和瞬时测频信息，剔除虚假信 道，将信号划归到正确的信道中；第六步根据SAR信号时频特性，对检测结果进行数据融合，记录信号的起始时 刻、终止时刻、起始频率、终止频率，其中频率值由信道号对应的频率值和瞬时测频得到的 信道内精准频率值两部分组成；第七步计算信号调频斜率，利用调频斜率与在实验室环境下使用确定信号估计 的时间参数误差对信号脉宽、起始频率、终止频率进行修正，形成精准的脉冲描述字PDW。其中第二步所述的实现过程中通过多级流水相加来实现多个数据的相加以提高处理器的处理速度，同时采用块浮点的方法处理数据相加的位增长。上述的方法采用部分信道并行计算、信道硬件资源分时复用的方法实现。本发明的优点如下1.该发明能对大带宽大时宽的非合作SAR信号进行实时参数测量本发明的方法采用频域数字信道化多相滤波技术提高信号处理增益，并充分利用 SAR信号的时频特性，对多个信道的测量结果进行数据融合，充分考虑处理器的处理能力和 硬件资源，提出“部分信道并行计算，资源分时复用”的实现方法，能够对大带宽大时宽的非 合作SAR信号进行实时参数测量。2.该发明能对非合作SAR信号参数进行实时精密测量本发明的方法采用频域数字信道化多相滤波与相位差分瞬时测频相结合的方式 得到信号的频率信息，为了减小HR滤波器性能和瞬态响应带来测量误差，利用实验室环 境得到的时间参数统计误差及实时测量得到的调频斜率对信号参数进行校准，实现了对非 合作SAR信号参数的实时精密测量。对高速采集得到的复信号数据进行实时频域数字信道化多相滤波；采用坐标旋转 数字计算(CORDIC)算法得到滤波结果的模值和相位信息；利用相位差分法计算每个信道 的瞬时频率值；对信号进行恒虚警检测；根据SAR信号的特性综合检测结果，获得SAR信号 的粗测量参数并对参数进行补偿形成精准的PDW。


图1-是本发明的方法流程示意图；图2-是复信号频域数字信道化多相滤波的实现结构具体实施例方式下面结合附图对本发明的一种SAR信号参数实时精密测量方法进行详细描述。本发明一种SAR信号参数实时精密测量方法，流程如图1所示。超宽带SAR信号 的带宽是GHz级的，对这类信号进行采样，模数转换速率必须也是(isps级，而且还是I/Q采 样。信道化滤波中用到的快速傅里叶变换(FFT)通过基-4蝶形运算实现，在现场可编程门 阵列中通过多级流水相加来实现多个数据的相加以提高处理器能适应的处理速度。处理中 采用块浮点的方法处理数据相加的位增长问题，以得到高精度的处理结果。对复信号进行 频域数字信道化多相滤波之后采用CORDIC算法计算每个信道输出结果的幅值和相位。得 到相位之后利用相位差分法计算每个信道信号的瞬时频率。对信号进行过门限检测，根据 信号的幅度和瞬时测频信息，结果信号的跨信道问题，将信号划归到正确的信道中。为了对 超高速的数据进行实时信号处理，从信道化滤波到信号检测的实现设计都是在综合考虑处 理器的处理能力和资源使用情况下，采用部分信道并行计算，信道硬件资源分时复用的方 法实现。这样对处理器的处理能力和硬件资源取了折衷，在现有处理器中易实现。信号检测之后根据SAR信号特有的时频特性，信号应该在不同时间段依次从不同 信道输出，且这些信道是连续不间断的，据此对检测结果进行数据融合，记录信号的起始时 刻、终止时刻、起始频率、终止频率，其中频率值由信道号对应的频率值和瞬时测频得到的 信道内精准频率值两部分组成。第一次使用一组FIR滤波器参数时，为了避免FIR滤波器的性能对信号起始时刻与终止时刻的判断精度的影响，先在实验室环境下使用确定信号估 计该时间参数误差，用于对参数测量结果的修正。由于信号的起始、终止位置存在瞬态响应 的问题，根据SAR信号的特点，信号的起始、终止频率取值时尽量不取信号边沿处的值。计 算信号调频斜率，利用调频斜率与实验室环境得到的时间参数固有误差对信号脉宽、起始 频率、终止频率进行修正，形成精准的脉冲描述字PDW。本实施例首先确定频域数字信道化多相滤波的实现结构，如图2所示。一个64信 道的接收机，即图2中的D等于64，在FPGA中实现时，每8个信道归为一组，一个处理周期 只处理8个信道，8个处理周期才将64个信道处理完，这样就将对处理能力和处理资源的 要求进行折衷，满足对现有数字信号处理器的要求。处理中采用流水操作，分时复用资源只 会导致处理结果有7个处理周期的滞后，这不影响处理结果的实时产生。信道化之后采用 CORDIC算法计算滤波后每个信道输出的复数据的幅值和相位。得到复数据的相位之后，采 用相位差分瞬时测频的方法对每个信道进行瞬时测频，计算公式如下f (η) = [ Φ (η) - Φ (η_1) ] *Fs/2 π其中φ为复数据相位，Fs为信道中数据对应的采样率，π为圆周率。对瞬时测频后的数据进行幅度恒虚警过门限检测并同时判断相应信道输出的瞬 时频率信息以解决宽带信号存在的跨信道问题，信号从信道(K)开始出现，T(O)时刻为信 号的起始时刻，记录该时刻的时间值TO;信号出现了 Ll个处理周期之后，将T(I)时刻的频 率值和时间值分别记为Fl和Tl ；T(3)时刻检测到信号结束，将此时的时间值记为T3，将 T(3)之前L2个处理周期TO)时的频率值和时间值分别记为F2和T2。Ll与L2的选取根 据具体侦察SAR信号脉宽参数情况定，选取太大会使Ll加L2的时间值大于信号脉宽从而 导致出错，选取太小没有避开瞬态响应从而没有达到预期效果，在本实施例中Ll和L2分别 为16和24。初次使用一组滤波器参数时，在实验室环境下利用确定信号估计TO的固有偏差 DeltO和T3的固有偏差Delt3。接下来是对参数进行补偿。首先是信号到达时间TOA和信号结束时间TOETOA = TO-DeltOTOE = T3+Delt3TOA与上一个信号的TOA的差值就是信号的重复周期PRI，T0E-T0A就是信号的脉 冲宽度PW。根据测得的信号参数T1、T2、F1、F2由公式K= (F2-F1)/(T2-T1)得到信号的调频斜率K。根据公式Fstart = Fl-K* (Ll+DeltO)Fstop = F2+K*(L2+Delt3)
对起始频率和终止频率进行补偿，得到最终的起始频率Fstart和终止频率 Fstop0根据公式Bff = Fstop-Fstart
即得到信号的带宽BW。本发明的SAR信号参数实时精密测量方法，充分利用SAR信号的时频特性，避免信 号处理的瞬态响应问题，得到被侦察信号的精密参数。相位差分瞬时测频在复信号频域数 字信道化之后进行，降低了对原始数据信噪比的要求，使得整个处理算法能够在更低的信 噪比下实时得到精准的非合作SAR信号的参数。
权利要求
1.一种合成孔径雷达信号参数实时精密测量方法，其特征在于包括以下步骤 第一步根据频域数字信道化多相滤波原理，根据信道个数和瞬时带宽确定数字下变频系数和低通滤波器系数；第二步将第一步得到的系数存储在只读存储器中，在现场可编程门阵列中实现频域 数字信道化滤波；第三步对复信号进行频域数字信道化多相滤波之后，采用CORDIC算法计算每个信道 输出结果的幅值和相位；第四步得到相位之后利用相位差分法计算每个信道信号的瞬时频率； 第五步对信号进行过门限检测，根据信号的幅值和瞬时测频信息，剔除虚假信道，将 信号划归到正确的信道中；第六步根据SAR信号时频特性，对检测结果进行数据融合，记录信号的起始时刻、终 止时刻、起始频率、终止频率，其中频率值由信道号对应的频率值和瞬时测频得到的信道内 精准频率值两部分组成；第七步计算信号调频斜率，利用调频斜率与在实验室环境下使用确定信号估计的时 间参数误差对信号脉宽、起始频率、终止频率进行修正，形成精准的脉冲描述字PDW。
2.根据权利要求1所述的一种合成孔径雷达信号参数实时精密测量方法，其特征在 于其中第二步所述的实现过程中通过多级流水相加来实现多个数据的相加以提高处理器 的处理速度，同时采用块浮点的方法处理数据相加的位增长。
3.根据权利要求1或2所述的一种合成孔径雷达信号参数实时精密测量方法，其特征 在于上述的方法采用部分信道并行计算、信道硬件资源分时复用的方法实现。
全文摘要
本发明提出一种合成孔径雷达信号参数实时精密测量方法，属于雷达信号侦察领域。该方法利用数字信道化接收机与相位差分瞬时测频相结合的方法对SAR信号进行实时参数测量；考虑处理器的处理能力和硬件资源，采用并行处理和硬件资源时分复用相结合的方法在现有处理器中对大带宽大时宽非合作SAR信号产生的巨大数据流实现实时处理；利用实验室环境分析系统时间参数存在的固有误差并对时间参数进行补偿；利用SAR信号的特点避开瞬态响应，对频域参数进行校正得到精确的频域参数。本发明的方法运算量小、考虑周全，实现了对大带宽大时宽的非合作SAR信号参数进行实时精密测量，提高了现役侦察接收机的处理大带宽信号的实时性和精密性。
文档编号G01S7/40GK102053242SQ20101052727
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者刘国满, 许世超, 高梅国 申请人:北京理工大学