面向雷達(dá)信號(hào)的有限新息率采樣技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)雷達(dá)信號(hào)在接收和重構(gòu)過程中滿足奈奎斯特定理，隨著對(duì)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(dá)接收機(jī)面臨截獲的雷達(dá)信號(hào)帶寬急速增大的問題。這樣不僅要求雷達(dá)系統(tǒng)需有極高的采樣率，而且面臨著數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和處理的巨大壓力和功耗浪費(fèi)。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(hào)的參數(shù)化特性，只要以大于等于信號(hào)的有限新息率采樣，便可以無失真重構(gòu)原始信號(hào)。又因?yàn)樾盘?hào)的有限新息

2、率通常遠(yuǎn)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(hào)處理設(shè)備的存儲(chǔ)及傳輸壓力。
　　通過利用雷達(dá)信號(hào)的參數(shù)化特性將其建模為可由有限個(gè)參數(shù)完全表示的FRI信號(hào)；然后，在FRI采樣框架下對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行采樣預(yù)處理，并以遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣定理要求的采樣速率對(duì)其進(jìn)行均勻采樣；最后，利用譜估計(jì)技術(shù)重構(gòu)出原始信號(hào)。本文圍繞FRI理論，主要針對(duì)以下內(nèi)容展開了研究：
　　1、研究FRI理論。對(duì)FRI理論進(jìn)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(hào)的各個(gè)過程。深入探究了目前面向雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行采樣的FRI結(jié)構(gòu)和方法，對(duì)部分重要的結(jié)構(gòu)和方法進(jìn)行了特性分析，比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)主動(dòng)式脈沖雷達(dá)回波信號(hào)，使用MATLAB軟件工具，編寫了與上述結(jié)構(gòu)對(duì)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(duì)已有的FRI采樣結(jié)構(gòu)和方法的缺陷，基于FRI理論設(shè)計(jì)了一種新的面向主動(dòng)式脈沖雷達(dá)回波信號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)待測信號(hào)任意頻帶的選取，頻譜利用率高；而且硬件實(shí)現(xiàn)簡單，成本低廉，抗噪性強(qiáng)。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(hào)參數(shù)。最后通過MATLAB仿真證明了設(shè)計(jì)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(duì)所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的影響作用，為后續(xù)FRI欠采樣與重構(gòu)平臺(tái)的硬件實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　3、針對(duì)設(shè)計(jì)的FRI采樣結(jié)構(gòu)搭建了完整的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過對(duì)信號(hào)特性的分析，首先完成了硬件部分的設(shè)計(jì)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(hào)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(tái)完成了上位機(jī)的軟件部分，使系統(tǒng)具有波形顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、參數(shù)設(shè)定和算法調(diào)整等功能，擁有良好的人機(jī)交互界面。
　　4、通過與仿真對(duì)應(yīng)的硬件實(shí)驗(yàn)，觀測了系統(tǒng)各個(gè)階段的實(shí)際待測信號(hào)波形同仿真波形的對(duì)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(hào)的自由參數(shù)。從而證明了設(shè)計(jì)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