[發明專利]數字正交鑒相與匹配濾波的優化方法

無效

• 申請號: 201410009703.0
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103744066A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 蘇濤;任泓璇;吳凱
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明涉及數字信號處理技術領域，主要涉及數字正交鑒相和匹配濾波的優化方法，用于對目標測速、測距的數據處理。

背景技術

在雷達信號處理中，數字正交鑒相與匹配濾波是基本且必要的環節，其處理過程是：首先，對中頻信號直接采樣完成A/D變換；接著，通過數字正交鑒相得到正交的I、Q兩路信號；最后，通過匹配濾波獲得目標的距離。數字正交鑒相在通信、雷達等領域應用廣泛。在通信領域的信號通常是窄帶信號，信號帶寬遠小于采樣率，所以數字正交鑒相濾波器的階數很低，易于硬件實現。而雷達信號帶寬很寬，通常采用低中頻采樣，當數字正交鑒相后接大時寬帶寬積的匹配濾波處理時，時域方法對硬件設備量要求高，不利于硬件實現，

數字正交鑒相和匹配濾波在時域和頻域均可實現，這兩種方法在性能上等價。時域法適合于濾波器階數較低的情況，采用流水處理方式；頻域濾波適合于濾波器階數較高的情況，此時對于長序列需要選擇最優分段長度進行分段處理。

現有數字正交鑒相的時域處理方法通常采用低通濾波法，將中頻采樣輸出信號與本地振蕩器產生的兩路正交信號進行混頻，讓混頻后的信號通過低通濾波器，濾除高頻分量，得到所需的基帶正交雙路信號。當濾波器階數較高時，時域數字正交鑒相處理方法在濾波時需進行大量多次乘法完成卷積，運算量大?，F有數字正交鑒相的頻域處理方法，是先將信號通過快速傅里葉變換變到頻域，進行頻譜搬移，然后通過低通濾波器抑制鏡頻，再進行頻譜混疊，使殘余的鏡頻疊加到正頻上。

現有匹配濾波處理通常在頻域進行，因為匹配濾波系數長度較大。處理方法是，先將信號通過快速傅里葉變換變到頻域，再點乘匹配濾波系數。

通過上述處理方法可知，頻域數字正交鑒相方法與頻域匹配濾波處理方法有交集，分別完成這兩個處理流程會增加運算量，且處理方法不夠簡潔。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種數字正交鑒相與匹配濾波的優化方法，以減小在濾波器階數較高時的運算量，提高對雷達回波數據的處理效率，簡化信號處理流程。

實現本發明目的的技術方案是：將數字正交鑒相與匹配濾波合并進行，具體步驟包括如下：

（1）對雷達中頻回波信號做快速傅里葉變換，變換點數為2L，得到長度為L的正頻A和長度為L的鏡頻E，其中，L為2的冪次，且2L大于或等于回波信號的長度，從鏡頻E中，取出前個點和后個點作為有效鏡頻B，W小于L，且大于0；

（2）根據雷達發射信號的參數，在Matlab的濾波器設計工具中設置低通濾波器參數，生成指定階數的低通濾波器系數，通過快速傅里葉變換將該系數變到頻域，再對頻域低通濾波器系數做頻譜搬移，得到長度為2L的頻域數字正交鑒相濾波器系數F；

（3）對雷達的基帶信號做共軛反轉，得到匹配濾波器系數，通過快速傅里葉變換將該系數變到頻域，得到長度為2L的頻域匹配濾波器系數D；

（4）根據頻域數字正交鑒相濾波器系數F與頻域匹配濾波器系數D，得到合并的濾波系數:H=F·D，將濾波器系數H分為長度均為L的兩段：一段作為通帶系數P，另一段作為阻帶系數S，并從阻帶系數S中取出前個點和后個點作為過渡帶系數Q；

（5）根據上述參數，得到雷達中頻回波信號匹配濾波后的頻譜：Z=A·P+B·Q；

（6）對頻譜Z做逆快速傅里葉變換，得到時域匹配濾波結果，根據該時域匹配濾波結果的峰值點計算出目標的距離r，用于后續雷達信號處理。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1）易于硬件實現

現有的時域數字正交鑒相和頻域匹配濾波方法在濾波器階數較高時，卷積運算需完成的乘法次數迅速增加，對硬件設備的處理性能要求很高，不利于硬件實現，而本發明采用數字正交鑒相和匹配濾波的優化方法，濾波器階數的改變對運算量影響很小，易于硬件實現；

2）簡化處理流程

現有對雷達中頻回波信號的處理方法將數字正交鑒相與匹配濾波分開完成，處理步驟不夠簡潔，而本發明利用數字正交鑒相與匹配濾波在頻域濾波的共性，預先合并頻域數字正交鑒相系數和頻域匹配濾波系數，從而在硬件上只用做一次濾波處理就可以完成數字正交鑒相和匹配濾波，簡化了信號處理流程；

3）運算量小

現有的數字正交鑒相處理，在頻域上等效為將正頻濾波結果和鏡頻濾波結果完全疊加，但是鏡頻濾波結果相比于正頻濾波結果可以忽略，所以正頻濾波結果和鏡頻濾波結果完全疊加會增加不必要的運算量，而本發明在保證處理性能的同時，只保留過渡帶內少量的鏡頻數據與過渡帶系數點乘，減少了運算量，提高了對雷達回波數據的處理效率。