一種高頻地波雷達(dá)射頻干擾抑制的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種高頻地波雷達(dá)射頻干擾抑制的方法。本發(fā)明在原有高頻地波雷達(dá)信號(hào)處理的基礎(chǔ)上，利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法將接收信號(hào)分解出多個(gè)本征模態(tài)函數(shù)，通過標(biāo)準(zhǔn)差和滑窗處理檢測(cè)出射頻干擾位置，對(duì)所有本征模態(tài)函數(shù)的射頻干擾位置處的采樣點(diǎn)進(jìn)行功率譜和瞬時(shí)頻率的判定，對(duì)滿足要求的采樣點(diǎn)幅度置零。本發(fā)明在實(shí)際數(shù)據(jù)處理中，應(yīng)有效果很好，在降低噪聲的同時(shí)無(wú)損信號(hào)，抑制效果顯著，增加了雷達(dá)探測(cè)距離，提高了雷達(dá)探測(cè)精度。
【專利說(shuō)明】一種高頻地波雷達(dá)射頻干擾抑制的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及到抑制高頻地波雷達(dá)射頻干擾的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]高頻地波雷達(dá)是一種可以進(jìn)行連續(xù)大面積海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要探測(cè)設(shè)備，主要探測(cè)海洋表面風(fēng)、浪、流、潮等海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)和海面低空低速移動(dòng)目標(biāo)，而我國(guó)海岸線全長(zhǎng)超過3.2萬(wàn)公里，因此高頻地波雷達(dá)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)具有十分重要的意義。
[0003]高頻地波雷達(dá)一股工作在3-30MHZ，而在此頻段會(huì)有大量射頻干擾，射頻干擾主要來(lái)自于雷達(dá)工作的高頻段內(nèi)密集的短波通訊信號(hào)、廣播電臺(tái)信號(hào)以及工業(yè)干擾。由于這些干擾均是有源的，其功率與雷達(dá)回波信號(hào)相比十分強(qiáng)大，當(dāng)其進(jìn)入接收機(jī)后，會(huì)極大地降低高頻雷達(dá)的數(shù)據(jù)質(zhì)量，對(duì)后續(xù)的提取海洋表面動(dòng)力學(xué)參數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重的阻礙，有時(shí)甚至不能夠提取風(fēng)、浪、流等彳目息。
[0004]射頻干擾主要有以下特性:(I)在距離多普勒譜中，它呈現(xiàn)為沿距離軸分布的縱向條帶，基本上在所有距離元中均有所體現(xiàn)。射頻干擾中的隨機(jī)信息成分對(duì)噪聲基底有所貢獻(xiàn)。(2)射頻干擾較嚴(yán)重的時(shí)刻一股出現(xiàn)在傍晚17時(shí)至21時(shí)，此時(shí)由于電離層D層的消失，短波電臺(tái)尤其是繁忙的作業(yè)漁船的通訊信號(hào)不能有效地被電離層屏蔽，而進(jìn)入雷達(dá)系統(tǒng)，干擾雷達(dá)正常工作。由于短波頻率資源十分有限，雷達(dá)要選擇一個(gè)不包含干擾的頻段來(lái)工作是非常困難的，因此去除或抑制回波中的射頻干擾顯得尤其重要。
[0005]在現(xiàn)有的高頻雷達(dá)抗射頻干擾方法中，主要有自適應(yīng)法和時(shí)頻域抗干擾法。在自適應(yīng)波束形成抗干擾方法中，由于依賴于大型相控天線陣，系統(tǒng)較為復(fù)雜，且不適用于小口徑寬波束雷達(dá)，因此該方法較少被采用。而依據(jù)信號(hào)時(shí)頻域特征的抗干擾方法，如基于瞬態(tài)干擾的檢測(cè)-去除-恢復(fù)法和基于干擾距離分布特征的干擾信號(hào)子空間正交投影法等，由于都需要對(duì)含有射頻干擾的接收信號(hào)進(jìn)行濾波處理，因而必然會(huì)對(duì)有用的信號(hào)造成一定程度的損失和畸變(如旁瓣幅度升高，主瓣展寬)，而且當(dāng)存在多個(gè)于擾時(shí)，這種影響將會(huì)變得更加嚴(yán)重，抑制效果不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出一種高頻地波雷達(dá)射頻干擾抑制的方法，避免了現(xiàn)有抗射頻干擾算法對(duì)雷達(dá)信號(hào)有損失的不利影響。本發(fā)明在降低干擾的同時(shí)完整保留有用信號(hào)，為現(xiàn)有的高頻雷達(dá)系統(tǒng)提供一種快速有效的射頻抗干擾方法，從而能夠增加雷達(dá)探測(cè)距尚，提聞雷達(dá)探測(cè)精度。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高頻地波雷達(dá)射頻干擾抑制的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1，根據(jù)雷達(dá)波形參數(shù)和雷達(dá)的最大探測(cè)距離，設(shè)定頻率閾值fmax ；
[0009]步驟2，對(duì)接收的原始信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解EMD(Empirical ModeDecomposition)得到兩個(gè)以上本征模態(tài)函數(shù)IMF (Intrinsic Mode Function)和一個(gè)趨勢(shì)函數(shù)rn(t)；[0010]步驟3，對(duì)受射頻干擾影響最為明顯的第一個(gè)本征模態(tài)函數(shù)IMF，通過標(biāo)準(zhǔn)差判定和滑窗處理檢測(cè)出射頻干擾，標(biāo)記射頻干擾的位置；
[0011]步驟4，選擇一個(gè)本征模態(tài)函數(shù)IMF，對(duì)其進(jìn)行Hilbert變換，找到該本征模態(tài)函數(shù)IMF每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)頻率，SP:
[0012][A f] = hi lbert (IMF)
[0013]步驟5，求出步驟4所述本征模態(tài)函數(shù)IMF的平均幅值A(chǔ)m_，當(dāng)干擾位置點(diǎn)的幅度高于三倍平均幅值A(chǔ)mean時(shí)，將該干擾位置點(diǎn)的幅值置為零，即MF(A > 3*Α_) = O ;否則，若干擾位置點(diǎn)的瞬時(shí)頻率高于設(shè)定的頻率閾值fmax，也將該干擾位置點(diǎn)的幅值置為零，即IMF(f≥ffflax) = O ;遍歷完所有干擾位置的采樣點(diǎn)后，轉(zhuǎn)到步驟6 ；
[0014]步驟6，對(duì)所有本征模態(tài)函數(shù)IMF重復(fù)步驟4和步驟5過程，直到完成對(duì)所有本征模態(tài)函數(shù)頂F的處理，轉(zhuǎn)到步驟7 ；
[0015]步驟7，將經(jīng)過處理的所有MF和原趨勢(shì)項(xiàng)(趨勢(shì)函數(shù))相加，得到干擾抑制后的信號(hào)。
[0016]所述步驟3中，求出第一個(gè)本征模態(tài)函數(shù)IMF的標(biāo)準(zhǔn)差σ，在第一個(gè)本征模態(tài)函數(shù)IMF中，通過對(duì)該本征模態(tài)函數(shù)MF滑窗來(lái)判定是否高于標(biāo)準(zhǔn)差σ，以確定射頻干擾位置。
[0017]所述步驟3中，將窗的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)，求出窗內(nèi)L個(gè)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差如果其中一個(gè)點(diǎn)的
標(biāo)準(zhǔn)差反高于σ，判定此處是射頻干擾，否則，繼續(xù)進(jìn)行下一滑窗，由此檢測(cè)到干擾的位置。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0019]1.在高頻地波雷達(dá)中采用了 EMD算法進(jìn)行去干擾處理，通過EMD將接收信號(hào)按頻率高低分解出不同的MF，對(duì)每個(gè)MF進(jìn)行處理，從而在抑制射頻干擾的同時(shí)，最大程度地保留了有用信號(hào)特征。
[0020]2.對(duì)第一個(gè)MF處理，通過標(biāo)準(zhǔn)差和滑窗處理檢測(cè)出干擾的位置，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出射頻干擾的位置。
[0021]3.對(duì)所有本征模態(tài)函數(shù)IMF的干擾位置處的采樣點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差和瞬時(shí)頻率的判定，減少了誤判和漏判，使干擾抑制效果最大化。
[0022]4.對(duì)干擾位置處、并滿足上述條件的采樣點(diǎn)的幅度置零，不會(huì)損失有用信號(hào)，而且速度快，滿足雷達(dá)實(shí)時(shí)工作的要求。
[0023]本發(fā)明通過以上創(chuàng)新點(diǎn)提出了一種新型的高頻地波雷達(dá)射頻干擾抑制方法，此方法在實(shí)際數(shù)據(jù)處理中，應(yīng)有效果很好，在降低噪聲的同時(shí)無(wú)損信號(hào)，抑制效果顯著，增加了雷達(dá)探測(cè)距離，提高了雷達(dá)探測(cè)精度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1，高頻地波雷達(dá)的工作原理框圖；
[0025]圖2，射頻干擾經(jīng)系統(tǒng)處理的過程；
[0026]其中，B-掃頻帶寬，T-掃頻周期，tf干擾時(shí)長(zhǎng)，frf1-干擾頻率，f0_工作頻率，b_濾波器帶寬；
[0027]圖3，本發(fā)明的算法流程圖；
[0028]圖4，實(shí)際接收中存在(嚴(yán)重)射頻干擾的距離譜；
[0029]圖5，射頻干擾抑制后的距離譜?！揪唧w實(shí)施方式】
[0030]下面以具體實(shí)例結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031]線性調(diào)頻體制的高頻地波雷達(dá)的工作原理及射頻干擾的特征介紹如下:
[0032]高頻地波雷達(dá)的工作原理框圖如圖1所示(其中I為接收天線，2為線性掃頻的本振信號(hào)，3為低通濾波，4為解距離變換，5為多普勒變換)。雷達(dá)采用線性調(diào)頻波形體制，在每個(gè)掃頻周期內(nèi)，回波經(jīng)解調(diào)、低通濾波、采樣和快時(shí)域的離散傅里葉變換得到該掃頻周期的距離譜。距離譜中的每個(gè)譜點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一個(gè)距離元的采樣點(diǎn)，在多個(gè)掃頻周期的相干積累時(shí)間內(nèi)，對(duì)多個(gè)距離譜的采樣序列進(jìn)行慢時(shí)域的離散傅里葉變換得到該距離元的多普勒譜。對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)的所有距離元都進(jìn)行慢時(shí)域的離散傅里葉變換，則得到距離-多普勒二維譜。
[0033]線性調(diào)頻本振信號(hào)可表示為
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種高頻地波雷達(dá)射頻干擾抑制的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1，根據(jù)雷達(dá)波形參數(shù)和雷達(dá)的最大探測(cè)距離，設(shè)定頻率閾值fmax; 步驟2，對(duì)接收的原始信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解EMD得到兩個(gè)以上本征模態(tài)函數(shù)MF和一個(gè)趨勢(shì)函數(shù)rn(t)； 步驟3，對(duì)受射頻干擾影響最為明顯的第一個(gè)本征模態(tài)函數(shù)IMF，通過標(biāo)準(zhǔn)差判定和滑窗處理檢測(cè)出射頻干擾，標(biāo)記射頻干擾的位置； 步驟4，選擇一個(gè)本征模態(tài)函數(shù)IMF，對(duì)其進(jìn)行Hilbert變換，找到該本征模態(tài)函數(shù)IMF每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)頻率，即:
[A f] = hilbert(IMF) 步驟5，求出步驟4所述本征模態(tài)函數(shù)IMF的平均幅值A(chǔ)m_，當(dāng)干擾位置點(diǎn)的幅度高于三倍平均幅值A(chǔ)mean時(shí)，將該干擾位置點(diǎn)的幅值置為零，即MF(A > 3*Amean) = O ;否則，若干擾位置點(diǎn)的瞬時(shí)頻率高于設(shè)定的頻率閾值fmax，也將該干擾位置點(diǎn)的幅值置為零，即IMF(f≥ffflax) = O ;遍歷完所有干擾位置的采樣點(diǎn)后，轉(zhuǎn)到步驟6 ； 步驟6，對(duì)所有本征模態(tài)函數(shù)IMF重復(fù)步驟4和步驟5，直到完成對(duì)所有本征模態(tài)函數(shù)IMF的處理，轉(zhuǎn)到步驟7 ； 步驟7，將經(jīng)過處理的 所有MF和原趨勢(shì)函數(shù)相加，得到干擾抑制后的信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高頻地波雷達(dá)射頻干擾抑制的方法，其特征在于:所述步驟3中，求出第一個(gè)本征模態(tài)函數(shù)MF的標(biāo)準(zhǔn)差σ，在第一個(gè)本征模態(tài)函數(shù)MF中，通過對(duì)該本征模態(tài)函數(shù)MF滑窗來(lái)判定是否高于標(biāo)準(zhǔn)差σ，以確定射頻干擾位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種高頻地波雷達(dá)射頻干擾抑制的方法，其特征在于:所述步驟3中，將窗的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)，求出窗內(nèi)L個(gè)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差如果其中一個(gè)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差?高于σ，判定此處是射頻干擾，否則，繼續(xù)進(jìn)行下一滑窗，由此檢測(cè)到干擾的位置。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高頻地波雷達(dá)射頻干擾抑制的方法，其特征在于:所述步驟2中經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解EMD的步驟如下， ①將接收的原始信號(hào)x(t)的極大值和極小值分別用三次樣條函數(shù)連接，形成上、下包絡(luò)； ②對(duì)于每一時(shí)刻，取上下包絡(luò)的平均值形成信號(hào)Hl1(t)，然后將信號(hào)X(t)減去Hl1 (t)形成另一信號(hào)hi (t)，即:
X (t) -Hl1 (t) = Il1 (t) ③對(duì)信號(hào)hi(t)重復(fù)①、②得信號(hào)h2 (t)，即: hi (t) -m2 (t) = h2 (t) 其中，m2(t)為匕⑴的上下包絡(luò)的平均值形成的信號(hào)； ④將上述步驟①、②、③重復(fù)下去，直至得到的信號(hào)hk(t)為一MFjP: hk (t) = hk_! (t) -mk (t) 如此就從信號(hào)x(t)中分解出第一模態(tài)hk(t)并記為C1U),這樣的處理過程稱為篩選過程； ⑤將X(t)減去第一模態(tài)C1 (t)，形成新的信號(hào)ι (t)，即:
X (t)-C1U) = r^t) 再對(duì)rjt)重復(fù)步驟①、②、③、④，計(jì)算第二模態(tài)C2 (t)；⑥將ri(t)減去C2 (t)又形成新的信號(hào)r2 (t)，即:
T1 (t) -C2 (t) = r2 (t) 再對(duì)r2(t)重復(fù)步驟①、②、③、④，計(jì)算第三模態(tài)C3 (t)； ⑦如此重復(fù)步驟 ①、②、③、④，直到最后的rn(t)為一單調(diào)函數(shù)，這樣就將x(t)分解出了兩個(gè)以上的頂F和一個(gè)趨勢(shì)函數(shù)rn(t)。
【文檔編號(hào)】G01S7/36GK103954944SQ201410202920
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】陳澤宗, 謝飛, 易盛, 趙晨, 曾耿斐 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)