线性调频信号的预失真补偿方法、电子设备及存储介质

1.本发明涉及雷达系统集成测试和成像处理技术领域，尤其涉及到一种线性调频信号的预失真补偿方法、电子设备及可读存储介质。


背景技术：

2.在雷达系统设置时，为了综合弥补系统收发通道带来的时变的相位误差对成像处理的影响，一般通过采集定标信号进行分析，然后提取定标信号的相位误差和幅度误差，反向补偿到调频源端的发射信号中，这样可以在接收端得到基本理想的信号波形，从而得到改善处理后的压缩指标，这个过程一般称作预失真补偿。
3.在高分辨率雷达中，超宽带的线性调频信号基于具有的可选择的时宽带宽积和平方律的相频特性，以及频谱特性接近于矩形的特点，成为最常用的一种雷达信号，但是相应的，使用模拟预失真补偿技术或者数字预失真补偿技术对超宽带的线性调频信号进行预失真补偿都将产生较大的计算量，进而将会消耗大量的硬件资源，不利于整个系统向小型化、轻量化的方向发展。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种线性调频信号的预失真补偿方法、电子设备及可读存储介质，以解决使用现有的预失真补偿技术对超宽带的线性调频信号进行预失真补偿时将会产生计算量较大，相应的资源消耗量较大的问题。
5.根据第一方面，本发明实施例提供了一种线性调频信号的预失真补偿方法，包括如下步骤：
6.获取待补偿线性调频信号，以及待补偿线性调频信号的第一发射反馈信号和第二发射反馈信号；第一发射反馈信号为待补偿线性调频信号仅经过功分器后反馈的信号，第二发射反馈信号为待补偿线性调频信号经过负载以及功分器后反馈的信号；
7.分别获取待补偿线性调频信号、第一发射反馈信号和第二发射反馈信号的脉冲位置信息，并根据脉冲位置信息对应提取待补偿线性调频信号、第一发射反馈信号和第二发射反馈信号的脉宽部分信号，得到待补偿脉宽信号、第一脉宽信号和第二脉宽信号；脉冲位置信息包括脉冲开始点和脉冲结束点；待补偿线性调频信号的脉冲结束点为基于匹配滤波特征函数对待补偿线性调频信号进行脉冲压缩后的信号的幅值最大值点，待补偿线性调频信号的脉冲开始点为根据脉冲结束点和脉冲点数计算得到，脉冲点数为根据脉宽得到；类似地，得到第一发射反馈信号和第二发射反馈信号的脉冲位置信息；
8.分别计算得到待补偿脉宽信号、第一脉宽信号和第二脉宽信号的幅度和相位；
9.根据第一脉宽信号和第二脉宽信号的幅度计算得到待补偿脉宽信号的幅度预失真量；
10.根据第一脉宽信号和第二脉宽信号的相角计算得到待补偿脉宽信号的相角预失真量；
11.根据幅度预失真量和相角预失真量分别对待补偿脉宽信号的幅度和相角进行补偿，得到补偿后的线性调频信号。
12.进一步地，线性调频信号的预失真补偿方法还包括如下步骤：
13.判断补偿后的线性调频信号的工作频带带内平坦度是否小于预设值；
14.当补偿后的线性调频信号的工作频带带内平坦度大于或者等于预设值时，将补偿后的线性调频信号作为待补偿线性调频信号，并重复上述补偿步骤，直至补偿后的线性调频信号工作频带带内平坦度小于预设值。
15.进一步地，根据第一脉宽信号和第二脉宽信号的幅度计算得到待补偿脉宽信号的幅度预失真量的步骤，包括：
16.计算第二脉宽信号的幅度相对于第一脉宽信号的幅度的比值，得到初始幅度预失真量；
17.对初始幅度预失真量进行求包络运算，得到待补偿脉宽信号的幅度预失真量。
18.进一步地，根据第一脉宽信号和第二脉宽信号的相角计算得到待补偿脉宽信号的相角预失真量的步骤，包括：
19.计算第二脉宽信号的相角相对于第一脉宽信号的相角的差值，得到初始相角预失真量；
20.对初始相角预失真量进行求包络运算，得到待补偿脉宽信号的相角预失真量。
21.进一步地，其特征在于，匹配滤波特征函数为将脉压系数以tr＝0为轴做左右翻转再进行复共轭处理后得到，其中，脉压系数为：其中，i表示复数，kr＝br/tp为调制斜率，br是指线性调频信号带宽，tp是指脉冲宽度，tr是指根据脉冲宽度和采样率计算得到的检测时间范围，tr＝0则代表该检测时间范围对应的时间轴零点。
22.进一步地，基于匹配滤波特征函数对待补偿线性调频信号进行脉冲压缩的具体步骤包括：
23.通过快速傅里叶变换将待补偿线性调频信号和匹配滤波特征函数转换到频域，并在频域对待补偿线性调频信号和匹配滤波特征函数进行乘法运算得到脉压后的频域信号；
24.将脉压后的频域信号经过逆傅里叶变换转换回时域。
25.根据第二方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行第一方面或第一方面的任意一种实施方式中所述的线性调频信号的预失真补偿方法。
26.根据第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令用于使计算机执行第一方面或第一方面的任意一种实施方式中所述的线性调频信号的预失真补偿方法。
27.本发明提供的技术方案，具有如下优点：
28.1、本发明提供的线性调频信号的预失真补偿方法，通过使用匹配滤波特征函数对预失真补偿过程中涉及的线性调频信号进行脉冲压缩，将连续的信号转换为离散点，继而，通过首先直接获取脉冲压缩后的信号的幅值最大值点作为脉冲结束点，再基于脉冲结束点和根据脉宽得到的脉冲点数计算得到脉冲开始点，实现对线性调频信号的脉冲位置信息的获取，使该方法在获取了待补偿线性调频信号，以及待补偿线性调频信号的第一发射反馈
信号和第二发射反馈信号之后，并非直接对待补偿线性调频信号、第一发射反馈信号和第二发射反馈信号进行信号处理和预失真补偿，而是先根据各信号对应的脉冲位置信息提取脉宽部分信号之后再进行幅度失真量和相角预失真量两个维度的补偿，大大减少了数据量和运算的复杂度，减少了资源的占用和运算时间。
29.2、本发明提供的线性调频信号的预失真补偿方法，通过设置用以进行预失真补偿的两个基准信号分别为第一发射反馈信号和第二发射反馈信号，从而使幅度预失真量可以通过计算第二脉宽信号(第二发射反馈信号的脉宽部分信号)的幅度相对于第一脉宽信号(第一发射反馈信号的脉宽部分信号)的幅度的比值得到，相应的，将待补偿线性调频信号(具体为其中的脉宽部分信号，也即待补偿脉宽信号)的幅度除以幅度预失真量，即可完成对待补偿线性调频信号的幅度预失真补偿，运算简单，能够进一步减少资源的占用和运算时间。
30.3、本发明提供的线性调频信号的预失真补偿方法，通过设置用以进行预失真补偿的两个基准信号分别为第一发射反馈信号和第二发射反馈信号，从而使相角预失真量可以通过计算第二脉宽信号(第二发射反馈信号的脉宽部分信号)的相角相对于第一脉宽信号(第一发射反馈信号的脉宽部分信号)的相角的差值得到，相应的，将待补偿线性调频信号(具体为其中的脉宽部分信号，也即待补偿脉宽信号)的相角减去相角预失真量，即可完成对待补偿线性调频信号的相角预失真补偿，运算简单，能够进一步减少资源的占用和运算时间。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明实施例提供的线性调频信号的预失真补偿方法的流程图；
33.图2为本发明实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.实施例1
37.图1示出了本发明实施例的线性调频信号的预失真补偿方法的流程图，该方法可以由一fpga执行，具体地，如图1所示，该方法可以包括如下步骤：
38.s101：获取待补偿线性调频信号，以及待补偿线性调频信号的第一发射反馈信号和第二发射反馈信号。
39.具体地，第一发射反馈信号为待补偿线性调频信号仅经过功分器后反馈的信号，第二发射反馈信号为待补偿线性调频信号经过负载以及功分器后反馈的信号。具体地，负载可以为功放、耦合器等。
40.具体地，待补偿线性调频信号可以为由一线性调频信号发生器产生，基于该线性调频信号发生器还需发射待补偿线性调频信号并采集第一发射反馈信号和第二发射反馈信号，因而该线性调频信号发生器还至少包括1 路发射通道和1路接收通道，示例性地，该线性调频信号发生器可以为smartrf-301测试测量平台。
41.具体地，基于本方法是对待补偿线性调频信号、第一发射反馈信号和第二发射反馈信号进行数字处理，因而该步骤中获取的待补偿线性调频信号、第一发射反馈信号和第二发射反馈信号均为rf-adc射频直采的，经过数字下变频转换的信号(也即基带信号)，且信息均可以采用i路、q路的形式存储。
42.具体地，该步骤中，发射信号采样率fs、线性调频信号带宽br、脉冲重复周期tr、脉冲宽度tp、计算平坦度时所考虑的带内频谱范围ratioofbr等信号基本参数均会被一同获取。
43.s102：分别获取待补偿线性调频信号、第一发射反馈信号和第二发射反馈信号的脉冲位置信息，并根据脉冲位置信息对应提取待补偿线性调频信号、第一发射反馈信号和第二发射反馈信号的脉宽部分信号，得到待补偿脉宽信号、第一脉宽信号和第二脉宽信号。
44.具体地，脉冲位置信息包括脉冲开始点和脉冲结束点。待补偿线性调频信号的脉冲结束点为基于匹配滤波特征函数对待补偿线性调频信号进行脉冲压缩后的信号的幅值最大值点，待补偿线性调频信号的脉冲开始点为根据脉冲结束点和脉冲点数计算得到，脉冲点数为根据脉宽得到。类似地，得到第一发射反馈信号和第二发射反馈信号的脉冲位置信息。
45.具体地，匹配滤波特征函数为将脉压系数以tr＝0为轴做左右翻转再进行复共轭处理后得到，其中，脉压系数为：其中，i表示复数，kr＝br/tp为调制斜率，br是指线性调频信号带宽，tp是指脉冲宽度，tr是指根据脉冲宽度和采样率计算得到的检测时间范围，tr＝ 0则代表该检测时间范围对应的时间轴零点。
46.具体地，基于匹配滤波特征函数对待补偿线性调频信号进行脉冲压缩的具体步骤包括：
47.步骤ⅰ：通过快速傅里叶变换将待补偿线性调频信号和匹配滤波特征函数转换到频域，并在频域对待补偿线性调频信号和匹配滤波特征函数进行乘法运算得到脉压后的频域信号。
48.步骤ii：将脉压后的频域信号经过逆傅里叶变换转换回时域。
49.具体地，各信号被压缩后都将熊连续的信号转换为离散点，而基于匹配滤波频率高的信号通过滤波器延时低的特点，脉冲压缩后的信号的幅值最大值点对应于脉冲结束点(endpointoftp)，再通过已知的脉宽转化的脉内点数(lengofstandard)，即可得到脉冲开始点(startpointoftp)，startpointoftp＝endpointoftp-lengofstandard 1。
50.需要说明的是，脉冲位置信息(包括脉冲开始点和脉冲结束点)的具体获取过程(包括上述匹配滤波特征函数的计算过程以及脉冲压缩过程)，可以与本方法中的步骤s101-步骤s106在同一电子设备(如同一fpga) 中执行，也可以在另一电子设备中执行，而
执行步骤s101-步骤s106的电子设备直接获取脉冲位置信息即可。
51.s103：分别计算得到待补偿脉宽信号、第一脉宽信号和第二脉宽信号的幅度和相位。
52.具体地，基于基带信号可以表示为：
53.sigy＝sig_i sig_q*i＝sig_abs*e
(i*sig_angle)
，因而在时域上对待补偿线性调频信号的预失真补偿可以从幅度sig_abs和相位sig_angle两个维度进行。
54.具体地，可以通过将以iq形式存储的待补偿脉宽信号、第一脉宽信号和第二脉宽信号的对应数据整合为实部加虚部的信号形式，再通过求模和求相角运算求得各个信号的幅度sig_abs和相角sig_angle。
55.s104：根据第一脉宽信号和第二脉宽信号的幅度计算得到待补偿脉宽信号的幅度预失真量。
56.具体地，可以通过以下步骤计算幅度预失真量：
57.步骤a：计算第二脉宽信号的幅度相对于第一脉宽信号的幅度的比值，得到初始幅度预失真量。也即，初始幅度预失真量fn的计算公式如下：
58.其中，sigyn_abs为第二脉宽信号的幅度，sigy1_abs为第一脉宽信号的幅度。
59.步骤b：对初始幅度预失真量进行求包络运算，得到待补偿脉宽信号的幅度预失真量。示例性地，可以通过每8个点求局部极大值，再通过样本插值在8/nr个样本间隔得到包络之后的幅度预失真量fn_envelope。
60.s105：根据第一脉宽信号和第二脉宽信号的相角计算得到待补偿脉宽信号的相角预失真量。
61.具体地，可以通过以下步骤计算相角预失真量：
62.步骤a：计算第二脉宽信号的相角相对于第一脉宽信号的相角的差值，得到初始相角预失真量。也即，初始相角预失真量deltan的计算公式如下：
63.deltan＝sigyn_angle-sigy1_angle，其中，sigyn_angle为第二脉宽信号的相角，sigy1_angle为第一脉宽信号的相角。
64.步骤b：对初始相角预失真量进行求包络运算，得到待补偿脉宽信号的相角预失真量。示例性地，可以通过每8个点求局部极大值，再通过样本插值在8/nr个样本间隔得到包络之后的相角预失真量deltan_envelope。
65.s106：根据幅度预失真量和相角预失真量分别对补偿脉宽信号的幅度和相角进行补偿，得到补偿后的线性调频信号。
66.具体地，补偿后的线性调频信号的幅度sigout_abs为：
67.其中，sigyn1_abs为待补偿脉宽信号的幅度。
68.补偿后的线性调频信号的相角sigout_angle为：
69.sigout_angle＝sigyn1_angle-deltan_envelope，
70.其中，sigyn1_angle为待补偿脉宽信号的相角。
71.本实施例中的线性调频信号的预失真补偿方法，通过使用匹配滤波特征函数对预
失真补偿过程中涉及的线性调频信号进行脉冲压缩，将连续的信号转换为离散点，继而，通过首先直接获取脉冲压缩后的信号的幅值最大值点作为脉冲结束点，再基于脉冲结束点和根据脉宽得到的脉冲点数计算得到脉冲开始点，实现对线性调频信号的脉冲位置信息的获取，使该方法在获取了待补偿线性调频信号，以及补偿线性调频信号的第一发射反馈信号和第二发射反馈信号之后，并非直接对待补偿线性调频信号、第一发射反馈信号和第二发射反馈信号进行信号处理和预失真补偿，而是先根据各信号对应的脉冲位置信息提取脉宽部分信号之后再进行幅度失真量和相角预失真量两个维度的补偿，大大减少了数据量和运算的复杂度，减少了资源的占用和运算时间。
72.作为本发明实施例的一种可选实施方式，在包括上述步骤s101-步骤 s106的一次预失真补偿的基础上，本实施方式中的线性调频信号的预失真补偿方法可以进行多次预失真补偿，具体地，如图1所示，该方法还包括：
73.步骤s107：判断补偿后的线性调频信号的工作频带带内平坦度是否小于预设值。此时，当补偿后的线性调频信号的工作频带带内平坦度小于预设值时，则预失真补偿结束；当补偿后的线性调频信号的工作频带带内平坦度大于或者等于预设值时，则执行步骤s108后再重复执行步骤s101-步骤s107，直至补偿后的线性调频信号工作频带带内平坦度小于预设值。
74.示例性地，若最初获取的待补偿线性调频信号的工作带宽为 0ghz-1ghz，脉宽为20ns-200us，占空比为1％-50％，则可以设置此处的预设值为0.2db。
75.步骤s108：将补偿后的线性调频信号作为待补偿线性调频信号。具体地，可以将补偿后的线性调频信号与相应的本振信号混频，作为此处的待补偿线性调频信号，且此时，需要将待补偿线性调频信号经过rf-dac后发射，进而实现步骤s101中的第一发射反馈信号和第二发射反馈信号的获取。
76.本实施方式中的线性调频信号的预失真补偿方法，通过重复多次的对线性调频信号进行预失真补偿，能够保证最终得到的补偿后的线性调频信号的带内平坦度。
77.实施例2
78.本发明实施例提供了一种电子设备，如图2所示，该电子设备可以包括处理器21和存储器22，其中处理器21和存储器22可以通过总线或者其他方式连接，图2中以通过总线连接为例。
79.处理器21可以为中央处理器(central processing unit，cpu)。处理器21还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor， dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
80.存储器22作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例1中的线性调频信号的预失真补偿方法对应的程序指令/模块。处理器21通过运行存储在存储器22中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例1中的线性调频信号的预失真补偿方法。
81.存储器22可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、
至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器 21所创建的数据等。此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器22可选包括相对于处理器21 远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器21。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
82.所述一个或者多个模块存储在所述存储器22中，当被所述处理器21 执行时，执行如图1所示实施例中的线性调频信号的预失真补偿方法。
83.上述电子设备具体细节可以对应参阅图1所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
84.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
85.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。