[發明專利]一種基于提取參數分數時延的寬帶NLFM發射波束形成方法

有效

• 申請號: 202011355255.1
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112526458B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 蔣德富;何翱宇;鄧峣;李春生;丁曉偉;赫冉
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01S7/282
• 分類號: G01S7/282
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 周科技

本發明公開了一種基于提取參數分數時延的寬帶NLFM發射波束形成方法，屬于陣列信號處理技術領域。由于孔徑渡越問題，寬帶信號的波束形成需要進行時延處理，傳統的時延方法有時域上使用濾波器和頻域上進行DFT。目前大多數寬帶發射波束產生的研究均針對LFM信號，而對于信號特性更復雜的且脈壓性能優秀的NLFM信號研究甚少。本發明提出了一種寬帶NLFM分數波束形成方法，著重研究了其數字分數時延波形的產生：將時延分為整數時延和分數時延，利用指數多項式擬合處理得到寬帶NLFM信號的時域表達式，再通過提取參數的方法在DDS中直接產生分數時延波形，最后經過整數時延形成寬帶NLFM發射波束。

技術領域

本發明屬于陣列信號處理技術領域，具體涉及一種基于提取參數分數時延的寬帶NLFM發射波束形成方法。

背景技術

目前常用的寬帶雷達信號是LFM信號。在脈沖壓縮體制雷達中，LFM信號脈沖壓縮結果副瓣較高。為了降低副瓣，通常采用窗函數加權，這會引起信噪比的損失和主瓣展寬等問題。而NLFM信號脈沖壓縮后距離旁瓣較低，無需進行加權，避免了失配引起的信噪比損失。使用NLFM信號的寬帶雷達系統，同時具備寬帶信號和NLFM信號的優點：低截獲性和低脈沖壓縮旁瓣。在寬帶陣列信號中，TTD的波形產生是發射波束形成的基本要求。TTD線可將時延劃分為整數時延和分數時延，為了實現寬帶波形的分數時延，可以采用兩種數字方法。一種是時域法，數字可變分數延遲(VFD)濾波器(如Farrow結構濾波器)和其他使用牛頓或樣條插值的濾波器得到了廣泛的研究。另一種方法是基于傅里葉變換時移特性的頻域法，該方法首先將原始參考波形通過離散傅里葉變換(DFT)轉移到頻域，然后對每個頻域分量進行線性相移，最后利用逆DFT(IDFT)將頻域分量轉移回時域序列。然而在時域法中，VFD濾波器需要上百個抽頭，要求濾波器具有寬頻寬、振幅平坦度高、延時精度高等特點。對于頻域法，為了滿足時延精度，對于大的時間帶寬積波形，DFT點的數量不應小于采樣點的數量，采樣點的數量可以超過一萬。雖然這兩種方法都可以有效地實現任意時延，但是實現的硬件和軟件都非常復雜，將消耗大量的資源。

TTD線可將時延劃分為整數時延和分數時延，而分數時延本質上即是改變信號相位與包絡移動。文獻提出了一種通過改變信號參數在DDS中補償信號相位的方法，通過分析信號時域表達式，利用直接數字合成器(DDS)的控制參數來實現相位補償。但是該方法需要得到信號的時域相位表達式。而常用的NLFM信號通過窗函數設計，其時域相位表達式需通過對群延遲函數求逆再積分得到，它是隱性的。NLFM信號產生的傳統方法是使用窗函數，通過相位駐定原理設計波形。目前對NLFM信號的研究通常是在窄帶背景下對信號的產生方法尤其是擬合方法進行改良，使用多項式擬合出NLFM信號的時域表達式或者使用傅里葉級數展開得到信號相位表達式。但采用傅里葉級數擬合后表達式中將出現三角函數，若使用數字信號處理結構產生分數時延信號將消耗大量珍貴的乘法器資源，而采用多項式擬合則可盡量使用相位累加器，資源消耗較少。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：在寬帶波束形成中系統復雜度高，資源消耗很大，本發明旨在用消耗資源較少的方式進行寬帶波束形成。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：本發明使用最小二乘法對該隱性式進行擬合逼近，得到了近似的S型NLFM信號時域相位的指數多項式表達式，進而采用提取參數的方法直接產生數字分數時延波形。理論推導結果指出，使用該方法能夠使各陣元發射的分數時延波形形式一致，僅需改變多項式參數便能直接產生所有陣元的分數時延波形。基于提取參數分數時延的寬帶NLFM發射波束形成方法，包括以下步驟：

步驟1、選用漢明窗作為信號功率譜產生非線性調頻信號波形，根據相位駐定原理得到信號的群延時函數和頻譜，信號的相位函數和波形函數s(t)；

步驟2、在基于TTD的通用均勻線陣發射波束形成結構，M個相同的全向天線陣元輻射延遲波中進行發射波束時延劃分，劃分為整數時延和分數時延；