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压缩感知宽带接收机关键技术研究

于楠  
【摘要】:宽带数字侦察接收机具有大瞬时带宽及多信号处理的能力,在雷达对抗中担负重要的角色,已经成为电子侦察领域发展的必然趋势。宽带数字侦察接收机需要高速数据采集技术以提高接收机的瞬时带宽;需要利用灵活的信号处理算法完成已截获雷达辐射源的参数估计。 现有宽带数字侦察接收机所采用的高速数据采集技术包括:时域交替并行采集技术、基于混合滤波器组并行采集技术以及频域交替并行采集技术。上述三种并行采集技术存在一共有缺陷:以其构建的接收机瞬时带宽受AD芯片固有模拟带宽限制。 为了突破现有宽带数字侦察接收机的带宽瓶颈,本课题提出了一种基于压缩感知理论的宽带数字侦察接收机方案。该方案利用压缩感知技术对高速非合作信号进行数据采集,使接收机的瞬时带宽不再受AD固有带宽限制,满足了现代电子侦察设备的宽开监视要求,能够在更短时间覆盖雷达工作的频率范围,完成全频段范围内同时到达的多个雷达辐射源截获及参数测量。 论文研究了压缩感知宽带数字侦察接收机所涉及的关键技术,包括:压缩感知数据采集、信号重构及信号参数测量算法。首先,通过对侦察接收机接收信号的分布特点及压缩感知数据采集技术原理的研究,得出压缩感知并行数据采集技术—调制宽带转换器适合用于侦察接收机,能够对宽频带范围内同时到达的多个窄带信号截获。同时,论文提出了基于多相滤波结构的压缩感知并行数据采集优化方案,节约了硬件资源消耗。相比于传统的并行采集技术,压缩感知并行数据采集技术能够获得更大的瞬时带宽及动态范围。 其次,论文研究了压缩感知宽带数字侦察接收机信号重构算法,提出了重构调制宽带转换器所采集信号的新型快速算法,解决了典型算法在每次迭代过程中需要进行伪逆运算的问题,降低了重构算法复杂度。仿真结果表明改进算法拥有更快运算速度的同时保持了较高的信号重构概率,并且有良好的噪声稳定性,能够对同时到达的多种调制类型信号重构。 然后,论文设计了压缩感知宽带数字侦察接收机信号检测及参数测量方法,首先根据重构信号支撑集信息完成信号检测,并粗略估计信号初始频率及带宽信息,以次引导数据率转换,降低信号的数据流,使其能够在DSP中完成参数测量。同时,结合时域参数测量、变尺度Radon-Ambiguity变换调制参数估计和频域参数测量,获取已截获信号信息。由于信号重构为一寻优过程,因此,重构后信号将产生一定失真,仿真结果证明了多种调制类型的重构失真信号的参数测量能够达到一定精度。 最后,论文在完成压缩感知宽带数字侦察接收机所涉及理论研究的基础上,进行了信号处理方案设计,包括:硬件方案设计以及参数估计算法流程设计。同时完成了FPGA多相滤波优化模块的功能仿真,对该模块的输出信号进行了重构以及参数测量,结果表明了该模块和参数估计算法的有效性,验证了压缩感知宽带数字侦察接收机信号处理方案的硬件可实现性。


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