面向雷達信號的有限新息率采樣技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)雷達信號在接收和重構(gòu)過程中滿足奈奎斯特定理，隨著對目標(biāo)分辨能力和空間分辨率的要求越來越高，導(dǎo)致雷達接收機面臨截獲的雷達信號帶寬急速增大的問題。這樣不僅要求雷達系統(tǒng)需有極高的采樣率，而且面臨著數(shù)據(jù)實時存儲和處理的巨大壓力和功耗浪費。近些年來隨著有限新息率（Finite Rate of Innovation,FRI）理論的提出和發(fā)展，利用信號的參數(shù)化特性，只要以大于等于信號的有限新息率采樣，便可以無失真重構(gòu)原始信號。又因為信號的有限新息

2、率通常遠小于其奈奎斯特采樣率，所以極大的降低了系統(tǒng)的采樣速率以及信號處理設(shè)備的存儲及傳輸壓力。
　　通過利用雷達信號的參數(shù)化特性將其建模為可由有限個參數(shù)完全表示的FRI信號；然后，在FRI采樣框架下對雷達信號進行采樣預(yù)處理，并以遠低于奈奎斯特采樣定理要求的采樣速率對其進行均勻采樣；最后，利用譜估計技術(shù)重構(gòu)出原始信號。本文圍繞FRI理論，主要針對以下內(nèi)容展開了研究：
　　1、研究FRI理論。對FRI理論進行了詳細(xì)的闡述，用數(shù)學(xué)

3、語言描述了FRI欠采樣與恢復(fù)信號的各個過程。深入探究了目前面向雷達信號進行采樣的FRI結(jié)構(gòu)和方法，對部分重要的結(jié)構(gòu)和方法進行了特性分析，比較了各自的優(yōu)缺點。針對主動式脈沖雷達回波信號，使用MATLAB軟件工具，編寫了與上述結(jié)構(gòu)對應(yīng)的仿真程序比較了其重構(gòu)效果的優(yōu)劣。證明了FRI采樣與重構(gòu)理論的正確性。
　　2、針對已有的FRI采樣結(jié)構(gòu)和方法的缺陷，基于FRI理論設(shè)計了一種新的面向主動式脈沖雷達回波信號的采樣結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)通過多通道混頻

4、低通濾波可以實現(xiàn)對待測信號任意頻帶的選取，頻譜利用率高；而且硬件實現(xiàn)簡單，成本低廉，抗噪性強。為了從采樣值中獲取無混疊的正確頻域信息，專門提出了一種頻率交叉解混疊頻譜的方法。通過詳細(xì)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明了該方法的正確性和可行性。然后利用求取的正確頻域信息通過壓縮感知理論中的正交匹配追蹤（Orthogonal Matching Pursuit）算法來恢復(fù)原始信號參數(shù)。最后通過MATLAB仿真證明了設(shè)計的采樣結(jié)構(gòu)、頻率交叉解混疊頻譜方法和面向FR

5、I采樣的OMP重構(gòu)算法的正確性。并且分析比較了部分因素對所設(shè)計結(jié)構(gòu)的影響作用，為后續(xù)FRI欠采樣與重構(gòu)平臺的硬件實現(xiàn)打下了堅實的基礎(chǔ)。
　　3、針對設(shè)計的FRI采樣結(jié)構(gòu)搭建了完整的硬件實驗平臺。通過對信號特性的分析，首先完成了硬件部分的設(shè)計并搭建了由相應(yīng)的模擬乘法電路、模擬低通濾波電路和放大電路等組成的混頻濾波模塊；其次使用多種PXIe總線儀器完成了信號的產(chǎn)生、采集、傳輸、保存及處理等功能。然后詳細(xì)的說明了軟件部分的各層次關(guān)系以及

6、程序流程。最后，利用NI LabVIEW編程軟件平臺完成了上位機的軟件部分，使系統(tǒng)具有波形顯示、數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)設(shè)定和算法調(diào)整等功能，擁有良好的人機交互界面。
　　4、通過與仿真對應(yīng)的硬件實驗，觀測了系統(tǒng)各個階段的實際待測信號波形同仿真波形的對比情況，利用獲取的采樣值數(shù)據(jù)求取了正確的頻域信息，最后利用OMP算法重構(gòu)出了原始信號的自由參數(shù)。從而證明了設(shè)計的FRI采樣結(jié)構(gòu)、頻率交叉解混疊方法、面向FRI采樣的OMP重構(gòu)算法的正確性。邁出