本發(fā)明屬于超寬帶穿墻成像雷達領域，具體涉及一種可用于接收采集超寬帶穿墻成像雷達回波信號的組合式順序等效采樣方法。

背景技術：

超寬帶脈沖具有穿透性好、分辨率高、多徑雜波抑制能力強等優(yōu)點，在穿墻成像雷達中具有廣泛的應用。然而，由于超寬帶脈沖是無載波的時域窄脈沖信號，其頻譜范圍很寬，因此超寬帶脈沖的采樣接收就成為超寬帶穿墻成像雷達的難點。

信號采樣技術主要分為兩大類：實時采樣和等效時間采樣。實時采樣通常是等時間間隔的對周期或非周期信號進行采樣，如圖1所示，且依據(jù)奈奎斯特采樣定理要求，采樣速率不低于被采樣信號最高頻率的2倍。對超寬帶穿墻成像雷達接收機來說，接收信號為超寬帶時域窄脈沖信號，頻譜范圍很寬，若進行實時采樣，為了滿足奈奎斯特采樣定理要求且為做到足夠的波形保真，一般要求采樣頻率是中心頻率的10倍左右，如文獻“費元春，超寬帶雷達理論與技術，國防工業(yè)出版社，2010，pp.45-46”所述。穿墻成像雷達采用的超寬帶脈沖的中心頻率一般在1GHz以上，這樣就要求采樣頻率為10GHz以上。如此高的采樣頻率將使得工程實現(xiàn)難度和成本都很高。因此實時采樣方法不適用于超寬帶脈沖信號的采集接收。

等效時間采樣簡稱等效采樣，是指對周期性信號的多個周期進行慢速連續(xù)采樣，然后將這些低采樣率的樣本按照跟觸發(fā)信號的時間關系進行交織重組以獲得一個周期的高速采樣，從而真實重構出原始信號波形。顯然，如專利申請?zhí)枮?01010534893.X的專利所述，等效采樣方法可以復現(xiàn)頻率大大超過奈奎斯特極限頻率的信號的波形。等效采樣分為兩類：隨機等效采樣和順序等效采樣。順序等效采樣的每次采樣都由某一觸發(fā)信號來啟動，一旦檢測到觸發(fā)信號，采樣器會在一個短時間窗內(nèi)完成采樣，當下一次觸發(fā)到來時，系統(tǒng)會給采樣微小的延時增量，進行另一次采樣，如此重復多次，后續(xù)的采樣點均比前一次采樣點有一個微小的時延增量，直至遍歷整個采樣時間窗，數(shù)據(jù)采集結束后將采集點按照順序進行交織即可重構出信號波形，原理示意圖如圖2所示。相比隨機等效采樣，順序等效采樣具有原理簡單、等效速度快的優(yōu)點，采樣點以時間為順序，易于實現(xiàn)波形恢復，如專利申請?zhí)枮?01410001964.8的專利所述。此外，順序等效采樣還能夠提供更大的時間分辨率和精度。因此當前在超寬帶雷達系統(tǒng)中順序等效采樣方法得到普遍使用，極大地降低了超寬帶脈沖信號的采樣難度和實現(xiàn)成本。然而，圖2所示的傳統(tǒng)的順序等效采樣方法在每個周期內(nèi)只采集一個樣本，導致大大降低了雷達的PRF(Pulse Repetition Frequency，脈沖重復頻率)，從而將降低雷達發(fā)射能量的利用率和效率。

技術實現(xiàn)要素：

針對傳統(tǒng)順序等效采樣方法存在的不足，本發(fā)明提供一種高效的組合式順序等效采樣方法，在不大幅增加硬件實現(xiàn)難度和成本的基礎上，有效地改善了雷達的PRF，提高了雷達發(fā)射能量的利用率。

本發(fā)明的組合式順序等效采樣方法的示意圖如圖3所示，其特征在于結合了實時采樣和順序等效采樣，具體流程圖如圖4所示。

一種高效的組合式順序等效采樣方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步，針對第一個周期的脈沖回波，以ΔT＝1/f_s為采樣時間間隔進行實時采樣，其中f_s表示A/D的采樣率。

當雷達的測距范圍為R_w時，此時的實時采樣點數(shù)M為：

其中c表示光速。

第二步，針對下一個相鄰周期的脈沖回波，首先類似于順序等效采樣，將前一個周期采樣保持的觸發(fā)脈沖進行很小的延時Δt后，再次以ΔT為采樣時間間隔進行實時采樣。延時Δt即對應于順序等效采樣的時間間隔，且Δt＝1/f_se，其中f_se表示順序等效采樣的采樣率。

如前所述，為了滿足奈奎斯特采樣定理要求且為做到足夠的波形保真，一般要求采樣頻率是超寬帶脈沖信號中心頻率f₀的10倍左右，因此本發(fā)明中Δt設計為即可滿足要求。

第三步，多次重復第二步直至數(shù)據(jù)采集結束后，將多個周期的采集點按照順序進行交織即可重構出一個周期的信號波形，且所需的交織周期數(shù)K為：

此時組合式順序等效采樣的等效PRF為f_r/K，其中f_r表示雷達的PRF。

另一方面，若采用傳統(tǒng)的順序等效采樣方法，由于其每個周期回波只采集一個樣本點，因此對于相同的雷達測距范圍R_w來說，其所需的交織周期數(shù)N為：

對應的等效PRF為f_r/N。

顯然，相比于傳統(tǒng)的順序等效采樣方法，組合式順序等效采樣方法的等效PRF提高了M倍，即雷達效率提高了M倍，能夠更有效地利用雷達的發(fā)射能量。由式(1)可知，當雷達測距范圍不變時，M與A/D的采樣率f_s成正比。因此，本方法通過采用較低的A/D采樣率達到提高雷達效率的目的，且硬件實現(xiàn)難度和成本都較小。

采用本發(fā)明可以取得以下技術效果：

本發(fā)明結合實時采樣方法和順序等效采樣方法，設計了一種高效的組合式順序等效采樣方法，在不大幅增加硬件實現(xiàn)難度和成本的基礎上，能夠用較少的周期數(shù)獲得較長時間的高采樣率波形，改善了雷達的PRF，從而有效克服了傳統(tǒng)順序等效采樣方法效率低的缺陷，達到了提高雷達發(fā)射能量利用率的目的。

附圖說明

圖1是實時采樣方法示意圖；

圖2是順序等效采樣方法示意圖；

圖3是本發(fā)明的組合式順序等效采樣方法示意圖；

圖4是本發(fā)明的組合式順序等效采樣方法流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明，應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

假設某超寬帶穿墻成像雷達采用的超寬帶脈沖的中心頻率f₀為2GHz，測距范圍R_w為30m，A/D實時采樣頻率f_s為250MHz，則本發(fā)明的技術方案具體實施如下：

第一步，針對第一個周期的脈沖回波，以ΔT＝1/f_s＝1/250MHz＝4ns為采樣時間間隔進行實時采樣，且由式(1)可知實時采樣點數(shù)M為50。

第二步，針對下一個相鄰周期的脈沖回波，首先將前一個周期采樣保持的觸發(fā)脈沖進行延時后，再次以4ns為采樣時間間隔進行實時采樣。

第三步，多次重復第二步直至數(shù)據(jù)采集結束后，將K個周期的采集點按照順序進行交織即可重構出一個周期的信號波形，且由式(2)可知K為80。此時，由式(3)可知傳統(tǒng)的順序等效采樣方法所需的交織周期數(shù)N為4000。

顯然，一方面相比于傳統(tǒng)的順序等效采樣方法，組合式順序等效采樣方法的效率提高了50倍；另一方面相比于實時采樣方法所需的A/D采樣率(等于超寬帶脈沖中心頻率的10倍，即20GHz)，組合式順序等效采樣方法所采用的A/D采樣率較低，硬件工程實現(xiàn)難度和成本都較小。

上述具體實施方式表明，本發(fā)明提出的組合式順序等效采樣方法，在不大幅增加硬件實現(xiàn)難度和成本的基礎上，能夠顯著提高雷達的等效PRF，改善超寬帶雷達發(fā)射脈沖的能量利用。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。