基于NYFR采樣均勻線陣結構的參數估計方法

關鍵詞：均勻線陣；奈奎斯特折疊接收機；折疊采樣；載頻與波達方向聯合估計

中圖分類號：ＴＮ９１１．７ 文獻標志碼：Ａ DOI：１０．１２３０５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１-５０６Ｘ．２０２４．１２．０４

０引言

載頻（ｃａｒｒｉｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＣＦ）與波達方向（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｒｒｉｖａｌ，ＤＯＡ）聯合估計作為陣列信號處理中的熱點研究方向［１３］，在各領域中的應用已經十分廣泛，現有的研究已經涉及認知無線電、雷達、無線通信等眾多領域［４６］。為了在陣列信號處理過程中以更大概率截獲雷達信號，可以采用增加偵察接收機的瞬時帶寬以此來覆蓋更寬頻帶范圍的方法［７］。如今，針對雷達信號的電子偵察接收機通常需要覆蓋２～１８ＧＨｚ的頻段［８］。

隨著接收信號瞬時頻率的增大，模擬數字轉換器（ａｎａ-ｌｏｇ-ｔｏ-ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＡＤＣ）的采樣率隨之增加，若此時仍采用奈奎斯特采樣定理，就會導致接收機系統整體運算量增加［９１０］。為了在如今復雜的電子偵察環境下有效緩解這類問題，學者們已展開了深入的研究，目前陣列信號處理后續大多數采用欠奈奎斯特采樣［１１１３］。文獻［１４］提出一種基于調制寬帶轉換器（ｍｏｄｕｌａｔｅｄｗｉｄｅｂａｎｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＭＷＣ）壓縮采樣的寬帶數字接收機，采用多路隨機混頻，其采樣率遠小于奈奎斯特采樣率，可實現欠奈奎斯特采樣，但其運算量大、數據處理復雜，硬件實現較為困難。文獻［１５］提出基于壓縮采樣的寬帶數字偵察接收機，該接收機的瞬時帶寬突破了ＡＤＣ固有帶寬的限制，滿足現代電子偵察設備對大瞬時帶寬的要求，并可完成全頻段范圍內對同時到達的多信號的截獲與參數測量。文獻［１６］提出基于稀疏重構的電子偵察方案，可高概率截獲雷達信號，同時具有較好的測頻、測向性能。文獻［１７］提出一種基于均勻線陣的ＭＷＣ結構，并利用循環移位的偽隨機序列（ｐｓｅｕｄｏ-ｒａｎｄｏｍｓｅｑｕｅｎｃｅ，ＰＲＳ）混頻的方法，完成離散數字域下的ＣＦ 和ＤＯＡ 聯合估計。文獻［１８］提出一種基于改進的ＭＲ-ＭＷＣ系統的ＣＦ和ＤＯＡ聯合估計方法，在保留原型ＭＷＣ 特點的前提下，進一步減少通道數。但由于ＭＷＣ 壓縮采樣過程涉及到了子帶劃分，其通常需要劃分出幾十至幾百個子帶，因此該聯合估計方法在頻率估計時仍要面臨眾多的子帶索引，這導致其運算量仍然很龐大。

文獻［１９］提出一種運用到寬帶信號時頻特性的奈奎斯特折疊接收機（Ｎｙｑｕｉｓｔｆｏｌｄｉｎｇｒｅｃｅｉｖｅｒ，ＮＹＦＲ）技術，該技術采用相位調制時鐘驅動產生的非均勻脈沖作為本振與輸入信號進行混頻操作［２０２２］，以接收不同奈奎斯特區間（Ｎｙｑｕｉｓｔｚｏｎｅ，ＮＺ）的信號，可以實現超寬頻段內信號的接收和監視［２３２５］。相較于ＭＷＣ 技術，該技術在滿足實現欠奈奎斯特采樣的前提下，用到的通道數更少，系統的資源消耗更少。對于ＮＹＦＲ 理論的研究，學者們對其在線性調頻（ｌｉｎｅａｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＬＦＭ）信號檢測與估計領域中的應用展開深入研究。文獻［２６］提出一種基于奇異值分解（ｓｉｎｇｕｌａｒｖａｌｕｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＳＶＤ）的信號參數估計算法，該方法可以估計出ＮＹＦＲ 輸出的ＬＦＭ 信號的原始ＮＺ。文獻［２７］針對ＮＹＦＲ 截獲到的ＬＦＭ 信號，利用隨機抽樣一致性算法成功恢復出超寬帶信號的原始信息。文獻［２８］提出一種雙通道ＮＹＦＲ 改進結構，同樣實現ＬＦＭ 信號參數估計。

本文在上述基礎上，將ＮＹＦＲ理論應用到陣列信號處理領域中，設計出一種多通道ＮＹＦＲ采樣均勻線陣結構，并推導出多通道ＮＹＦＲ 采樣信號模型。通過仿真實驗驗證所提陣列結構的合理性，并分別在信號源原始ＮＺ未知和已知的情況下，分析該陣列結構下的信號模型對ＣＦ與ＤＯＡ 聯合估計方法以及不同ＤＯＡ 估計算法的適用性。

１多通道ＮＹＦＲ采樣均勻線陣結構

多通道ＮＹＦＲ采樣均勻線陣結構如圖１所示。在原型ＮＹＦＲ基礎上結合均勻線陣，構造出針對陣列信號的多通道ＮＹＦＲ采樣均勻線陣結構。在該結構中，由陣元數為M、陣元間距為d的均勻線陣對遠場入射信號s（t）進行接收。

作者簡介

陳濤（１９７４—），男，教授，博士，主要研究方向為被動雷達導引頭、電子偵察、人工智能。

梁曜鵬（２０００—），男，碩士研究生，主要研究方向為陣列信號處理、波達方向估計。

余玉威（１９９４—），男，講師，博士，主要研究方向為信號處理、聲學圖像處理。