基于頻域的i-ofdm mimo雷達(dá)信號(hào)的多普勒補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于頻域的I-OFDMMIM0雷達(dá)信號(hào)的多普勒補(bǔ)償方法，屬于雷達(dá) 信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨著通信上MIMO(Multi-InputMulti-Output)技術(shù)的成熟，它被引用 到雷達(dá)上，使得MM0雷達(dá)成為了當(dāng)下最熱門(mén)的概念。相干MM0雷達(dá)要求各工作信 號(hào)之間相互正交，接收端才能對(duì)回波信號(hào)中來(lái)自各個(gè)不同天線的接收波相互分離開(kāi)。 I-OFDM(Interleaved-OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)是一組相互正交 的雷達(dá)信號(hào)，但運(yùn)動(dòng)目標(biāo)使得回波產(chǎn)生多普勒頻移，造成脈沖壓縮處理性能下降，甚至?xí)?取不出信號(hào)的時(shí)延信息。因而，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行多普勒補(bǔ)償已經(jīng)成為研宄熱點(diǎn)。
[0003] 現(xiàn)有的補(bǔ)償方法中，主要集中對(duì)線性調(diào)頻和二相編碼雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行研宄。在現(xiàn)有 方法中仍然存在以下幾個(gè)方面的不足：1，采用MTD方法雖然可以補(bǔ)償回波信號(hào)，但是需要 做若干個(gè)支路的多個(gè)補(bǔ)償過(guò)程和多次FFT(快速傅里葉變換），IFFT(快速傅里葉逆變換）。 過(guò)程較為繁瑣，計(jì)算量比較大，在工程上不實(shí)用；2,對(duì)于OFDM信號(hào)的補(bǔ)償僅局限在通信上 應(yīng)用的信號(hào)，由于工作頻率的較大差別，這種補(bǔ)償方法不適用于OFDM雷達(dá)信號(hào)；3,對(duì)于 I-0FDM正交MM0雷達(dá)信號(hào)的多普勒補(bǔ)償方法的研宄還需進(jìn)一步探討。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種基于頻域的I-0FDM MIMO雷達(dá)信號(hào)的多普勒補(bǔ)償方法。該方法對(duì)回波信號(hào)能快速，有效地進(jìn)行補(bǔ)償，首先利用 多個(gè)相互正交的I-0FDM作為MM0雷達(dá)的發(fā)射波，與空中的單一運(yùn)動(dòng)目標(biāo)作用后，被天線接 收。然后對(duì)每根接收天線所接收到的回波信號(hào)的副本進(jìn)行多普勒估計(jì)，獲得的估計(jì)值可以 計(jì)算出補(bǔ)償矩陣的大小。然后在頻域內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)回波的多普勒補(bǔ)償。該方法能夠以比較簡(jiǎn) 潔地算法完成對(duì)多普勒頻率的估計(jì)，并利用了回波信號(hào)在DFT(離散時(shí)間傅里葉變換）和 IDFT(離散時(shí)間傅里葉逆變換）的特性，推導(dǎo)了補(bǔ)償矩陣。使得補(bǔ)償過(guò)程更簡(jiǎn)便有效，更貼 近工程應(yīng)用。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案 是：基于頻域的I-OFDMMIMO雷達(dá)信號(hào)的多普勒補(bǔ)償方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1、MM0雷達(dá)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建：這里假設(shè)MM0雷達(dá)各有M根發(fā)射天線和N根 接收天線組成的天線陣列，兩個(gè)天線陣列是均勻線性排列，并且是相互平行的，相鄰發(fā)射天 線的距離為dT，相鄰接收天線的距離為dK，且每?jī)蓚€(gè)發(fā)射天線陣列均勻線性排列，相鄰發(fā)射 天線的距離為dT，每?jī)蓚€(gè)接收天線陣列相互平行，相鄰接收天線的距離為dK，若采用I-0FDM 信號(hào)作為雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)，則第i個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的信號(hào)為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于頻域的I-OFDMMIMO雷達(dá)信號(hào)的多普勒補(bǔ)償方法，其特征在于包括W下步驟： 步驟1、MIM0雷達(dá)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建：該里假設(shè)MIM0雷達(dá)各有M根發(fā)射天線和N根接收 天線組成的天線陣列，兩個(gè)天線陣列是均勻線性排列，并且是相互平行的，相鄰發(fā)射天線的 距離為屯，相鄰接收天線的距離為屯，若采用I-(FDM信號(hào)作為雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)，則第i個(gè)發(fā) 射天線發(fā)射的信號(hào)為：
式（1)中，Si(t)表示第i個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的I-0FDM信號(hào)，N。表示一個(gè)碼元長(zhǎng)度為T(mén)的OFDM信號(hào)所有子載波個(gè)數(shù)，Af表示相鄰載頻間隔，n表示調(diào)制相位序列d[Mn+(i-l)]的序 號(hào)，則接收端回波信號(hào)的數(shù)學(xué)模型為： R(t) = 5 ? [RamWTam(曰）T] ? S(t-T) ? exp[j23ifvt]似 式（2)中，5表示信號(hào)衰減因子，（r表示共輛轉(zhuǎn)置，S(t-T)表示接收端具有時(shí)延信 息的回波信號(hào)向量，f；表示信號(hào)的多普勒頻率，T表示信號(hào)的時(shí)延，Ram(0)和TAM(a)分 別表示接收和發(fā)射相位偏移矩陣，它們是由于發(fā)射與接收天線陣列中，各個(gè)陣元具有一定 間隔而引起的，具體表示為：
(3 ) RAng( 0 ) = [1，exp(-j0 )，. ..，exp(-j(N-1) 0 )]T (4) Tam(日）=[1，exp(-ja)，. . .，exp(-j(M-l)a)]T (5) 式（3)、（4) (5)中，0和d)分別表示發(fā)射角和接收角，a和P分別表示發(fā)射通道和 接收通道相對(duì)于參考通道的角頻率差； 步驟2、對(duì)接收端獲得的連續(xù)波進(jìn)行采樣；回波信號(hào)的采樣間隔為t=n?T/N,，T表示 一個(gè)碼元長(zhǎng)度，N,表示一個(gè)碼元內(nèi)的總采樣點(diǎn)，則接收回波信號(hào)離散化后表示為：
步驟3、求上一步驟得到的回波信號(hào)的DFT;回波信號(hào)由時(shí)域變換到頻域，
式做中，
a表示多普勒頻移項(xiàng)，經(jīng)采樣后的一個(gè)樣本點(diǎn)，b表示離散時(shí)間傅里葉變換的基底，A表 示多普勒頻率矩陣，B表示離散時(shí)間傅里葉變換矩陣； 步驟4、多普勒補(bǔ)償矩陣的計(jì)算；為了在頻域內(nèi)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行多普勒補(bǔ)償，若補(bǔ)償矩 陣為C，則補(bǔ)償后的信號(hào)經(jīng)過(guò)離散時(shí)間傅里葉逆變換后為：
式（9)中，擴(kuò)嗦示離散傅里葉變換，若C滿足C=inv(B-1) ? [inv炬A)]，則C可W完 全補(bǔ)償信號(hào)的多普勒頻移，invO表示對(duì)矩陣的求逆運(yùn)算，為了更進(jìn)一步計(jì)算補(bǔ)償矩陣，可 令多普勒頻率為： fv=kAf(10) 式（10)中，k是任意的實(shí)數(shù)，即多普勒頻率為載頻間隔的k倍，可將步驟3中的B，A進(jìn) 一步化簡(jiǎn)成：
由此看出，補(bǔ)償矩陣的計(jì)算完全依賴于對(duì)多普勒頻率的估計(jì)，一旦多普勒頻率確定，貝U k值就能計(jì)算出來(lái)，補(bǔ)償矩陣的具體大小也就可W獲得； 步驟5、多普勒頻率值估計(jì)；根據(jù)匹配濾波的基本原理，當(dāng)接收回波信號(hào)與濾波器的沖 擊響應(yīng)函數(shù)符合匹配濾波要求時(shí)，濾波器具有最大的輸出值，因此，可W利用該一原理來(lái)估 計(jì)回波的多普勒頻率，具體包括W下若干子步驟： 子步驟（a)、首先，計(jì)算出步長(zhǎng)頻率；若目標(biāo)的徑向速度范圍是化VmJ，系統(tǒng)對(duì)速度分 辨率要求為AV，則多普勒頻率的計(jì)算公式是：
in 式（11)中，V表示目標(biāo)徑向速度，f。表示雷達(dá)工作頻率，據(jù)此，可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的多普勒 頻率范圍為(0，/. ^)，若系統(tǒng)的速度分辨率為AV，則步長(zhǎng)頻率為
(12) 子步驟化）、將接收回波信號(hào)的副本移動(dòng)一定的頻率，第一次移動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)頻率Af；， 從第二次開(kāi)始，每次移動(dòng)的頻率都比上次移動(dòng)的增加一個(gè)步長(zhǎng)，則第e次應(yīng)該移動(dòng)的頻率 是e.Afy，該里e為正整數(shù)，表示移動(dòng)次數(shù)； 子步驟（C)、對(duì)頻率移動(dòng)后的信號(hào)進(jìn)行匹配濾波：根據(jù)匹配濾波工作原理，在第P個(gè)接 收天線的第i濾波器進(jìn)行濾波后的結(jié)果應(yīng)為：
式（蝴中，匹配濾波的結(jié)果受到多普勒項(xiàng)的影響，當(dāng)f；=e?Af財(cái)，匹配濾波器輸 出的值最大，對(duì)應(yīng)的頻率即是多普勒頻率的估計(jì)值，此時(shí)，步驟4中k的估計(jì)值就是e; 子步驟（d)、將子步驟（C)中輸出結(jié)果中最大值存儲(chǔ)起來(lái)； 子步驟（e)、重復(fù)子步驟化）到子步驟（d)的過(guò)程，直到移動(dòng)的頻率值等于系統(tǒng)中出現(xiàn) 的最大多普勒頻率時(shí)，即?峽.，多普勒頻率值估計(jì)過(guò)程結(jié)束； 子步驟（f)、根據(jù)子步驟（d)存儲(chǔ)的值，比較得到其中的最大值，它所對(duì)應(yīng)的頻率就是 回波信號(hào)多普勒頻率的估計(jì)值fV; 步驟6、利用獲得頻率估計(jì)值計(jì)算補(bǔ)償矩陣的大小；將步驟5得到的多普勒頻率估計(jì)值 代入步驟4中的公式，就獲得了本次信號(hào)的具體的補(bǔ)償矩陣； 步驟7、將步驟3獲得的信號(hào)頻譜乘W補(bǔ)償矩陣，并進(jìn)行IDFT，最后獲得的信號(hào)就是經(jīng) 過(guò)多普勒補(bǔ)償后的回波信號(hào)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，基于頻域的I-OFDM MIMO雷達(dá)信號(hào)的多普勒補(bǔ)償方法，包括以下步驟：步驟1、MIMO雷達(dá)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，步驟2、對(duì)接收端獲得的連續(xù)波進(jìn)行采樣，步驟3、求上一步驟得到的回波信號(hào)的DFT，步驟4、多普勒補(bǔ)償矩陣的計(jì)算，步驟5、多普勒頻率值估計(jì)，步驟6、利用獲得頻率估計(jì)值計(jì)算補(bǔ)償矩陣的大小，步驟7、將步驟3獲得的信號(hào)頻譜乘以補(bǔ)償矩陣，并進(jìn)行IDFT，本發(fā)明能對(duì)回波信號(hào)的多普勒頻率值進(jìn)行估計(jì)，避免了傳統(tǒng)方法中利用多個(gè)支路多次數(shù)的FFT和IFFT計(jì)算，減輕了計(jì)算量。另外，本發(fā)明結(jié)合接收信號(hào)的DFT和IDFT變換的特征，創(chuàng)造性地利用矩陣形式進(jìn)行推導(dǎo)補(bǔ)償矩陣，使補(bǔ)償矩陣的計(jì)算簡(jiǎn)化，提高了多普勒補(bǔ)償?shù)乃俣取?br>【IPC分類(lèi)】G01S7-292, G01S13-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104849711
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510197780
【發(fā)明人】林智斌, 王宗博
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年4月22日