一种探测信号操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号传输与处理技术领域，尤其涉及利用信号传输与处理技术实现一种有助于实现超分辨率信道响应估计的探测信号操作方法。
【背景技术】
[0002]信道是发送与接收设备之间传输媒介的总称，包括无线电磁信道，有线电磁信道，光信道，声音信道，超声波信道等，广义信道除了包括传输媒介，还包括通信设备有关的变换装置。信道可以视作是一个对发射信号进行变换的时-空变的随机滤波器，会对发射信号产生衰减，反射，透射，散射，绕射等效应以及多普勒效应，频散效应和非线性效应等，相当于对发射信号进行了幅值，时延，相移，频移或时间尺度伸缩，频散和非线性等调制。一般地，信道对发射信号的滤波作用可以使用y(t)= x(t) *h(t)来近似表示，式中t代表时间，X(t)代表发射信号，y(t)代表接收信号，h(t)代表信道冲激响应，*代表卷积。已知x(t)和y(t)，求解h(t)被称作信道响应估计。信道响应估计可以感知信道物理特性，是进一步实现信号重构，系统辨识的基础，广泛应用于地球物理，生命科学，材料科学，遥感技术，模式识另IJ，信号(图像)处理，工业控制等领域。
[0003]为实现高精度的信号重构，图像恢复，地震勘测，超声诊断，光学成像，系统辨识等功能，希望信道响应估计的时间分辨率尽可能高。传统的信道响应估计方法为匹配滤波器法或利用傅里叶变换及其反演来求解y(t)= x(t) *h(t)方程，这两种方法的时间分辨率Λt = l/(2*w)，w为发射信号带宽。传统方法下，为提高时间分辨率，就需要增加发射信号带宽，这会提高系统成本，在很多情况下难以实现。如何在不提高发射信号带宽的情况下，实现超出At = l/(2*w)时间分辨率限制的超分辨率信道响应估计具有重要的现实意义。
[0004]超分辨率信道响应估计难点在于，对于y(t)=x(t) *h(t)，已知x(t)和y(t)求解h(t)，这一类卷积型积分方程，在接收信号y(t)有误差并且h(t)为随机信道冲激响应的情况下，求其超分辨率解常常是不适定的，即得不到合理解。
[0005]—个可行的方法是发现h(t)中的有序结构，或构造具有有序结构的h(t)，以此特定结构信息作为约束，求解上述卷积型积分方程，得到合理的超分辨率解。
[0006]单设备(如单站雷达)用于信道响应估计的传统探测信号操作方法为:设备发出探测信号，接收返回信号。
[0007]设备所接收到的信号fl(t)= f0(t)*h(t)，式中f0(t)表示发射信号，fl(t)表示接收信号，h(t)表示信道冲激响应，*表示卷积。这种传统的探测信号操作方法，在随机信道情况下难以发现信道冲激响应中的有序结构，从而难以求解上述卷积型积分方程得到合理的超分辨率解。
【发明内容】
[0008]针对使用单设备实现信道响应估计的传统探测信号操作方法不利于实现超分辨率信道响应估计的问题，本发明的目的是提供一种探测信号操作方法，使得y(t) = x(t)*h(t)这类卷积型积分方程中的h(t)(即信道冲激响应)包含特定结构，从而有助于求解上述卷积型积分方程得到合理的超分辨率解。
[0009]本发明的技术方案具体是这样实现的，包括如下步骤。
[0010]I)设备发出探测信号；
设备可以是声，光，电设备等，如雷达，声呐，超声波检测设备等。所发出的探测信号是相应的无线电磁信号，有线电磁信号，光信号，声音信号，超声波信号等。
[0011]探测信号可以是一段具备特定时域与频域特征的波形，使得其易于被设备辨识与处理，如超宽带脉冲波，线性频率调制(LFM)波等。
[0012]2)设备接收步骤I)中所发出的信号，并先将所接收到的信号按照接收时间顺序发送出去，接着再将所接收到的信号按照接收时间倒序发送出去，或者仅将所接收到的信号按照接收时间顺序发送出去，或者仅将所接收到的信号按照接收时间倒序发送出去；
设备所接收到的信号f2(t) =fl(t)*h(t)，式中fl(t)表示步骤I)中设备所发出的探测信号，h (t)表示信道冲激响应，*表示卷积。
[0013]设备所接收到的信号通常包括由设备信号发送装置到达设备信号接收装置这一直达路径信号以及其他的非直达路径信号。
[0014]设备在接收信号同时存储信号，等待该段信号全部接收完成时，将所存储的信号按照接收时间顺序或(及)按照接收时间倒序发送出去。
[0015]设备可以通过模数转换器件，按照时间顺序采样并存储接收信号，也可以采用具备“记忆”功能的模拟器件，按照时间顺序存储接收信号波形。
[0016]按照接收时间顺序发送指的是，最早接收到的信号值被最早发送出去，最后接收到的信号值被最后发送出去。
[0017]按照接收时间倒序发送指的是，设备在接收信号同时存储信号，信号接收完成时，设备将所存储的信号值按照接收时间顺序反转后发送出去，即最后接收到的信号值被最早发送出去，最早接收到的信号值被最后发送出去。
[0018]设备按照接收时间顺序发送出的信号f3(t)= f2(t) = fl(t)*h(t)，式中fl(t)表示步骤I)中设备所发出的信号，Mt)表示信道冲激响应，*表示卷积。
[0019]设备按照接收时间倒序发送出的信号f4(t)= f2(-t) = fl(-t)* h(_t)，式中f2(_t)表示设备所接收到步骤I)中发出的信号按照时间顺序反转，fl(-t)表示设备在步骤I)中所发出的探测信号按照时间顺序反转，h(_t)表示信道冲激响应按照时间顺序反转，*表示卷积。
[0020]3)设备接收步骤2)中所发出的信号。
[0021 ]设备接收到步骤2)中所发出的信号可以分为f 5和f6:
f5(t) = f3(t)*h(t) = fl(t)* h(t)*h(t)，式中fl(t)表示步骤I)中设备所发出的探测信号，h (t)表示信道冲激响应，*表示卷积；
f6(t)= f4(t)*h(t) = fl(-t)* h(_t)*h(t)，式中fl(-t)表示步骤I)中设备所发出的探测信号按照时间顺序反转，h(t)表示信道冲激响应，h(_t)表示信道冲激响应按照时间顺序反转，*表示卷积。
[0022]
将f6(t)按照时间顺序反转后得到，f7(t) =f6(-t) = fl(t)* h(t)*h(-t)，式中fl(t)表示步骤I)中设备所发出的探测信号，h(t)表示信道冲激响应，h(-t)表示信道冲激响应按照时间顺序反转，*表示卷积。
[0023]重新整理后得到
等式l:f5(t) = fl(t)* h⑴*h⑴，
等式2:f7(t) = fl(t)* h(t)*h(-t)，式中fl(t)表示步骤I)中设备所发出的探测信号，h (t)表示信道冲激响应，h (-t)表示信道冲激响应按照时间顺序反转，*表示卷积。
[0024]在得到等式I和等式2的推导过程中，利用了信道冲激响应在从步骤I)开始至步骤3)结束这一极短时间内保持不变这一合理近似。例如，对于雷达应用，从步骤I)开始至步骤
3)结束的时间长度通常是微秒级，上述近似完全合理。
[0025]在此合理近似下，所推导出的等式I和等式2均为y(t)= x(t) *u(t)，已知x(t)和y(t)求解u (t)这一类卷积型积分方程。
[0026]等式I和等式2重写为:f5(t)= fl(t)*ul(t)，f7(t) = fl(t)*u2(t)，ul(t) = h(t)*h(t)，u2(t) = h(t)*h(_t)0
[0027]可见等式I和等式2中，ul(t)与u2(t)不再是随机信道冲激响应，而是信道冲激响应的二次顺序卷积与二次倒序卷积，具备有序结构。
[0028]由此，通过本发明的技术方案中的步骤，对于y(t)=x(t) *h(t)，已知发送信号X(t)和接收信号y(t)求解信道冲激响应h(t)这一类卷积型积分方程，可以构造出具备有序结构的h(t)。该特定结构信息可以作为约束，用于求解上述卷积型积分方程，有助于获得合理的超分辨率解，即实现信道的超分辨率信道响应估计，以此为基础可以进一步实现高精度的信号重构，图像恢复，地震勘测，超声诊断，光学成像，系统辨识等功能，从而具备广阔的应用前景。
【主权项】
1.一种探测信号操作方法，其特征是包括如下步骤: 1)设备发出探测信号； 2)设备接收步骤I)中所发出的信号，并先将所接收到的信号按照接收时间顺序发送出去，接着再将所接收到的信号按照接收时间倒序发送出去，或者仅将所接收到的信号按照接收时间顺序发送出去，或者仅将所接收到的信号按照接收时间倒序发送出去； 3)设备接收步骤2 )中所发出的信号。
【专利摘要】本发明公开一种探测信号操作方法，尤其涉及利用信号传输与处理技术实现一种有助于实现超分辨率信道响应估计的探测信号操作方法。该方法通过多次操作探测信号，使之被经过多次发送与接收，构造了具备有序结构的信道冲激响应函数，利用该特定结构信息作为约束，有助于求解卷积型积分方程，以获得超分辨率信道响应估计。
【IPC分类】H04L25/02
【公开号】CN105577586
【申请号】CN201610042923
【发明人】不公告发明人
【申请人】林伟
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年1月22日