高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法技术

本发明专利技术涉及雷达干扰技术，具体涉及高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法，包括选取距离多普勒谱60～200距离元的数据；计算距离多普勒谱多普勒元的平均功率，识别射频干扰；计算距离多普勒谱距离维的平均功率，判断电离层杂波；选取不含电离层杂波的距离单元作为干扰参考单元；取近距离单元射频干扰的功率峰值点处的距离单元，计算它与干扰参考单元的相关系数，并进行滑动搜索，以窗内相关系数平均值最大为准则，确定自适应干扰估计区间；构建协方差矩阵；特征分解，提取干扰子空间；近距离元信号投影到干扰的正交子空间；得到射频干扰抑制后的雷达数据。该方法能准确估计干扰估计区间，获得较好的射频干扰抑制效果。果。果。

Adaptive reference range unit selection method for RF interference suppression of high frequency radar

【技术实现步骤摘要】
高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法


[0001]本专利技术属于雷达干扰
，特别涉及高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法。

技术介绍

[0002]高频雷达是获取风场、浪场、流场等海洋表面动力学参数以及空中和海面目标信息的重要设备，具有低成本、超视距、全天候的监测能力。雷达接收信号不仅包含海浪及目标散射回波等有用信号，同时还包含射频干扰和电离层杂波等非感兴趣信号，严重影响高频地波雷达的数据质量。在距离多普勒谱上射频干扰一般表现为平行于距离轴的条带，且在多普勒域也可能存在较大展宽，从而对大量距离多普勒单元产生影响。为保证高频雷达的工作性能，射频干扰的抑制尤为重要。
[0003]大口径相控阵雷达可采用自适应波束形成算法在干扰方向形成零陷，从而达到抑制射频干扰的目的，但是该方法不能适用于目前在海洋环境监测领域大量应用的小口径高频雷达，且无法抑制主瓣干扰。例如，美国的SeaSonde和我国的OSMAR
‑
S采用紧凑型单极子交叉环天线，德国的WERA在仅需流速测量时采用4元鞭天线阵(以上三种雷达占领国际海态雷达市场90％以上份额)，这些阵列都无法应用波束形成算法抗射频干扰。
[0004]距离域正交子空间投影滤波是一种适用于小口径高频雷达射频干扰抑制的方法，利用射频干扰的距离相关性，在雷达有效探测距离范围之外选择某距离单元段作为参考信号，构造干扰子空间与接收信号进行对消(Hao Zhou,Biyang Wen,Shicai Wu.Dense Radio Frequency Interference Suppression in HF Radars,IEEE Signal Processing Letters,2005,12(5):361
‑
364.)。该方法对单个天线元或天线阵列作波束形成后的信号均可进行处理，具有良好的滤波性能，且具有主瓣干扰抑制能力。正交子空间投影滤波算法的关键是选择纯净的干扰数据以获取良好的干扰子空间估计。
[0005]在调频连续波(Frequency
‑
Modulated Continuous Wave,FMCW)波形体制下的射频干扰，抑或是在调频中断连续波(Frequency
‑
Modulated Interrupted Continuous Wave,FMICW)波形体制下的连续射频干扰，在距离域均具有近似连续分布的强相关性，相关系数通常高于0.8。然而，实践中发现在调频中断连续波体制下(SeaSonde和OSMAR
‑
S均采用这一体制)，常常出现一种在距离上呈现周期性起伏的射频干扰图样，其距离域相关系数随距离起伏也较大，如图1(a)、图1(b)所示。因此，在使用传统的固定参考距离单元时，可能正好落入距离相关系数较低的距离段，从而降低干扰子空间估计的准确度，进而导致最终正交子空间投影滤波法干扰抑制效果变差，如图2所示。此外，在雷达回波信号中还常常含有电离层杂波、闪电、流星等干扰信号，其距离多普勒位置不固定且能量强，有可能落入固定选择的参考距离段，从而也会影响对干扰子空间的准确估计。因此，在使用正交子空间投影滤波方法抑制射频干扰时，传统的固定参考距离选择方法存在局限性，不能有效应对射频干扰存在距离相关起伏及参考距离段内存在杂波等复杂情况。因此，需要开发一种能提高干扰特征子空间估计准确度的自适应参考距离单元选择方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种利用正交子空间投影滤波方法进行射频干扰估计时获得准确的干扰特征子空间，提高高频雷达射频干扰抑制性能的方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、读取雷达数据，得到距离多普勒谱，选取距离多普勒谱60～200距离元的数据；
[0009]步骤2、计算距离多普勒谱多普勒元的平均功率，识别射频干扰；
[0010]步骤3、若存在射频干扰，则计算距离多普勒谱距离维的平均功率，判断是否含有电离层杂波；
[0011]步骤4、选取不含电离层杂波的距离单元作为干扰参考单元；取近距离单元射频干扰的功率峰值点处的距离单元，计算它与干扰参考单元的相关系数，设定长度为30的滑窗，对相关系数进行滑动搜索，以窗内相关系数平均值最大为准则，确定自适应干扰估计区间；
[0012]步骤5、构建协方差矩阵；
[0013]步骤6、特征分解，提取干扰子空间；
[0014]步骤7、近距离元信号投影到干扰的正交子空间；
[0015]步骤8、得到射频干扰抑制后的雷达数据；
[0016]步骤9、对交叉环数据重复步骤5～8操作。
[0017]在上述高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法中，步骤2的具体实现包括：
[0018]步骤2.1、计算距离多普勒谱60～200距离元的各多普勒元的平均功率，比较1～100和925～1024两部分多普勒元的平均功率大小，选取两者中平均功率最小的功率作为噪底；
[0019]步骤2.2、计算距离多普勒谱60～200距离元的各多普勒元的平均功率，采用大于噪底的一个功率值作为射频干扰门限；如果单极子交叉环天线3个通道均识别到射频干扰，则这一场数据存在射频干扰。
[0020]在上述高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法中，射频干扰的门限值取8dB。
[0021]在上述高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法中，步骤3的具体实现包括：计算距离多普勒谱60～200距离元的距离维平均功率，采用大于噪底的一个功率值作为电离层杂波门限，如果单极子交叉环天线3个通道均识别到电离层杂波，则这一场数据存在电离层杂波。
[0022]在上述高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法中，电离层杂波的门限值取3dB。
[0023]在上述高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法中，步骤4所述不含电离层杂波的距离单元的选取包括：计算距离多普勒谱60～200距离元的距离维平均功率，选取各距离元平均功率小于噪底与电离层杂波门限之和的距离单元。
[0024]在上述高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法中，步骤5的具体实现包括以下步骤：
[0025]设射频干扰区间选取M个距离单元，射频干扰区间为P+i，i＝1,...,M，射频干扰信号为s
P+i
(n)，n＝0,...,N
‑
1，N为扫描周期数；干扰矢量为s
P+i
＝[s
P+i
(0),s
P+i
(1),...,s
P+i
(N
‑
1)]T
，干扰矩阵为X＝[s
P+1
,s
P+2
,...,s
P+M
]；其中[
·
]T
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、读取雷达数据，得到距离多普勒谱，选取距离多普勒谱60～200距离元的数据；步骤2、计算距离多普勒谱多普勒元的平均功率，识别射频干扰；步骤3、若存在射频干扰，则计算距离多普勒谱距离维的平均功率，判断是否含有电离层杂波；步骤4、选取不含电离层杂波的距离单元作为干扰参考单元；取近距离单元射频干扰的功率峰值点处的距离单元，计算它与干扰参考单元的相关系数，设定长度为30的滑窗，对相关系数进行滑动搜索，以窗内相关系数平均值最大为准则，确定自适应干扰估计区间；步骤5、构建协方差矩阵；步骤6、特征分解，提取干扰子空间；步骤7、近距离元信号投影到干扰的正交子空间；步骤8、得到射频干扰抑制后的雷达数据；步骤9、对交叉环数据重复步骤5～8操作。2.根据权利要求1所述高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法，其特征在于：步骤2的具体实现包括：步骤2.1、计算距离多普勒谱60～200距离元的各多普勒元的平均功率，比较1～100和925～1024两部分多普勒元的平均功率大小，选取两者中平均功率最小的功率作为噪底；步骤2.2、计算距离多普勒谱60～200距离元的各多普勒元的平均功率，采用大于噪底的一个功率值作为射频干扰门限；如果单极子交叉环天线3个通道均识别到射频干扰，则这一场数据存在射频干扰。3.根据权利要求2所述高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法，其特征在于：射频干扰的门限值取8dB。4.根据权利要求2所述高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法，其特征在于：步骤3的具体实现包括：计算距离多普勒谱60～200距离元的距离维平均功率，采用大于噪底的一个功率值作为电离层杂波门限，如果单极子交叉环天线3个通道均识别到电离层杂波，则这一场数据存在电离层杂波。5.根据权利要求4所述高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法，其特征在于：电离层杂波的门限值取3dB。6.根据权利要求4所述高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法，其特征在于：步骤4所述不含电离层杂波的距离单元的选取包括：计算距离多普勒谱60～200距离元的距离维平均功率，选取各距离元平均功率小于噪底与电离层杂波门限之和的距离单元。7.根据权利要求1所述高频雷达射频干扰抑制的自适应参考距离单元选择方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：周浩，何书芹，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：