基于NYFR采樣均勻線陣結(jié)構(gòu)的參數(shù)估計(jì)方法

關(guān)鍵詞：均勻線陣；奈奎斯特折疊接收機(jī)；折疊采樣；載頻與波達(dá)方向聯(lián)合估計(jì)

中圖分類號：ＴＮ９１１．７ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ DOI：１０．１２３０５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１-５０６Ｘ．２０２４．１２．０４

０引言

載頻（ｃａｒｒｉｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＣＦ）與波達(dá)方向（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｒｒｉｖａｌ，ＤＯＡ）聯(lián)合估計(jì)作為陣列信號處理中的熱點(diǎn)研究方向［１３］，在各領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，現(xiàn)有的研究已經(jīng)涉及認(rèn)知無線電、雷達(dá)、無線通信等眾多領(lǐng)域［４６］。為了在陣列信號處理過程中以更大概率截獲雷達(dá)信號，可以采用增加偵察接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬以此來覆蓋更寬頻帶范圍的方法［７］。如今，針對雷達(dá)信號的電子偵察接收機(jī)通常需要覆蓋２～１８ＧＨｚ的頻段［８］。

隨著接收信號瞬時(shí)頻率的增大，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ａｎａ-ｌｏｇ-ｔｏ-ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＡＤＣ）的采樣率隨之增加，若此時(shí)仍采用奈奎斯特采樣定理，就會導(dǎo)致接收機(jī)系統(tǒng)整體運(yùn)算量增加［９１０］。為了在如今復(fù)雜的電子偵察環(huán)境下有效緩解這類問題，學(xué)者們已展開了深入的研究，目前陣列信號處理后續(xù)大多數(shù)采用欠奈奎斯特采樣［１１１３］。文獻(xiàn)［１４］提出一種基于調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器（ｍｏｄｕｌａｔｅｄｗｉｄｅｂａｎｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＭＷＣ）壓縮采樣的寬帶數(shù)字接收機(jī)，采用多路隨機(jī)混頻，其采樣率遠(yuǎn)小于奈奎斯特采樣率，可實(shí)現(xiàn)欠奈奎斯特采樣，但其運(yùn)算量大、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，硬件實(shí)現(xiàn)較為困難。文獻(xiàn)［１５］提出基于壓縮采樣的寬帶數(shù)字偵察接收機(jī)，該接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬突破了ＡＤＣ固有帶寬的限制，滿足現(xiàn)代電子偵察設(shè)備對大瞬時(shí)帶寬的要求，并可完成全頻段范圍內(nèi)對同時(shí)到達(dá)的多信號的截獲與參數(shù)測量。文獻(xiàn)［１６］提出基于稀疏重構(gòu)的電子偵察方案，可高概率截獲雷達(dá)信號，同時(shí)具有較好的測頻、測向性能。文獻(xiàn)［１７］提出一種基于均勻線陣的ＭＷＣ結(jié)構(gòu)，并利用循環(huán)移位的偽隨機(jī)序列（ｐｓｅｕｄｏ-ｒａｎｄｏｍｓｅｑｕｅｎｃｅ，ＰＲＳ）混頻的方法，完成離散數(shù)字域下的ＣＦ 和ＤＯＡ 聯(lián)合估計(jì)。文獻(xiàn)［１８］提出一種基于改進(jìn)的ＭＲ-ＭＷＣ系統(tǒng)的ＣＦ和ＤＯＡ聯(lián)合估計(jì)方法，在保留原型ＭＷＣ 特點(diǎn)的前提下，進(jìn)一步減少通道數(shù)。但由于ＭＷＣ 壓縮采樣過程涉及到了子帶劃分，其通常需要?jiǎng)澐殖鰩资翈装賯€(gè)子帶，因此該聯(lián)合估計(jì)方法在頻率估計(jì)時(shí)仍要面臨眾多的子帶索引，這導(dǎo)致其運(yùn)算量仍然很龐大。

文獻(xiàn)［１９］提出一種運(yùn)用到寬帶信號時(shí)頻特性的奈奎斯特折疊接收機(jī)（Ｎｙｑｕｉｓｔｆｏｌｄｉｎｇｒｅｃｅｉｖｅｒ，ＮＹＦＲ）技術(shù)，該技術(shù)采用相位調(diào)制時(shí)鐘驅(qū)動產(chǎn)生的非均勻脈沖作為本振與輸入信號進(jìn)行混頻操作［２０２２］，以接收不同奈奎斯特區(qū)間（Ｎｙｑｕｉｓｔｚｏｎｅ，ＮＺ）的信號，可以實(shí)現(xiàn)超寬頻段內(nèi)信號的接收和監(jiān)視［２３２５］。相較于ＭＷＣ 技術(shù)，該技術(shù)在滿足實(shí)現(xiàn)欠奈奎斯特采樣的前提下，用到的通道數(shù)更少，系統(tǒng)的資源消耗更少。對于ＮＹＦＲ 理論的研究，學(xué)者們對其在線性調(diào)頻（ｌｉｎｅａｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＬＦＭ）信號檢測與估計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用展開深入研究。文獻(xiàn)［２６］提出一種基于奇異值分解（ｓｉｎｇｕｌａｒｖａｌｕｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＳＶＤ）的信號參數(shù)估計(jì)算法，該方法可以估計(jì)出ＮＹＦＲ 輸出的ＬＦＭ 信號的原始ＮＺ。文獻(xiàn)［２７］針對ＮＹＦＲ 截獲到的ＬＦＭ 信號，利用隨機(jī)抽樣一致性算法成功恢復(fù)出超寬帶信號的原始信息。文獻(xiàn)［２８］提出一種雙通道ＮＹＦＲ 改進(jìn)結(jié)構(gòu)，同樣實(shí)現(xiàn)ＬＦＭ 信號參數(shù)估計(jì)。

本文在上述基礎(chǔ)上，將ＮＹＦＲ理論應(yīng)用到陣列信號處理領(lǐng)域中，設(shè)計(jì)出一種多通道ＮＹＦＲ采樣均勻線陣結(jié)構(gòu)，并推導(dǎo)出多通道ＮＹＦＲ 采樣信號模型。通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提陣列結(jié)構(gòu)的合理性，并分別在信號源原始ＮＺ未知和已知的情況下，分析該陣列結(jié)構(gòu)下的信號模型對ＣＦ與ＤＯＡ 聯(lián)合估計(jì)方法以及不同ＤＯＡ 估計(jì)算法的適用性。

１多通道ＮＹＦＲ采樣均勻線陣結(jié)構(gòu)

多通道ＮＹＦＲ采樣均勻線陣結(jié)構(gòu)如圖１所示。在原型ＮＹＦＲ基礎(chǔ)上結(jié)合均勻線陣，構(gòu)造出針對陣列信號的多通道ＮＹＦＲ采樣均勻線陣結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，由陣元數(shù)為M、陣元間距為d的均勻線陣對遠(yuǎn)場入射信號s（t）進(jìn)行接收。

作者簡介

陳濤（１９７４—），男，教授，博士，主要研究方向?yàn)楸粍永走_(dá)導(dǎo)引頭、電子偵察、人工智能。

梁曜鵬（２０００—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殛嚵行盘柼幚怼⒉ㄟ_(dá)方向估計(jì)。

余玉威（１９９４—），男，講師，博士，主要研究方向?yàn)樾盘柼幚怼⒙晫W(xué)圖像處理。