一種s波段多普勒雷達(dá)破碎波干擾抑制的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，特別設(shè)及到一種S波段多普勒雷達(dá)破碎波干擾抑 制的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 海浪是海面水質(zhì)點(diǎn)上下起伏形成的一種海面現(xiàn)象，海浪的有效測量對(duì)海岸工程建 設(shè)、海洋資源勘探W及海洋災(zāi)害預(yù)防都有著重要意義。微波多普勒雷達(dá)W其環(huán)境干擾小、測 量精度高、體積輕便、能準(zhǔn)確反映海面變化的細(xì)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，拓展了海態(tài)測量手段，提高了海 洋監(jiān)測的能力，對(duì)海態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測和海洋科學(xué)研究都有著重要價(jià)值。
[0003] 當(dāng)海洋風(fēng)浪較大時(shí)，海表面波浪經(jīng)常發(fā)生破碎現(xiàn)象，海面水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度較快，脫 離海表面形成白色的浪花，運(yùn)種海浪破碎的情況對(duì)于微波多普勒雷達(dá)回波具有很明顯的干 擾，極大的影響了雷達(dá)回波的數(shù)據(jù)質(zhì)量，導(dǎo)致后續(xù)雷達(dá)反演過程中的海面徑向速度W及海 洋參數(shù)反演結(jié)果出現(xiàn)誤差，影響了雷達(dá)的測量精度。
[0004] 破碎波干擾主要有W下特性：（1)破碎形成的過程中，海浪變睹，海浪的雷達(dá)散射 截面積增大，回波信號(hào)能量增強(qiáng)。（2)破碎發(fā)生時(shí)，破碎波疊加在一般的海浪上，波峰水質(zhì)點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)速度明顯變大，雷達(dá)回波中滲雜了破碎波干擾，雷達(dá)回波多普勒譜中屯、頻移變大、帶寬 變寬、能量變強(qiáng)。
[0005] 現(xiàn)有的微波多普勒雷達(dá)處理破碎波干擾的方法，是把破碎波干擾數(shù)據(jù)多普勒譜的 中屯、頻率從一段時(shí)間的頻率序列中作為奇異點(diǎn)提取出來，然后對(duì)相應(yīng)位置的頻率值舍棄， 相當(dāng)于破碎波干擾的數(shù)據(jù)被剔除了，破碎波發(fā)生時(shí)刻的數(shù)據(jù)空缺，對(duì)雷達(dá)提取海態(tài)參數(shù)的 精度會(huì)產(chǎn)生非常大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出一種S波段多普勒雷達(dá)破碎波干擾抑制的方法和裝置， 避免了現(xiàn)有破碎波處理方法對(duì)雷達(dá)反演精度的不利影響，本發(fā)明在降低破碎波干擾的同時(shí) 完整保留有用信號(hào)，為現(xiàn)有的微波多普勒雷達(dá)系統(tǒng)提供一種有效的抑制破碎波干擾方法， 從而能夠提高雷達(dá)探測精度。
[0007] -種S波段多普勒雷達(dá)破碎波干擾抑制的方法，包括W下步驟：
[000引步驟1，獲取一組雷達(dá)回波FT1數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理，得到所有距離元多普勒譜的帶 寬、中屯、頻率和能量，根據(jù)能量和中屯、頻率得到每一帖數(shù)據(jù)破碎波的距離元的位置；
[0009] 步驟2,取運(yùn)組數(shù)據(jù)中的所有距離元的數(shù)據(jù)，得到一個(gè)帶寬闊值范圍，其中，所述帶 寬闊值范圍為除破碎波距離元W外的其他距離元帶寬的最小值到最大值；
[0010] 步驟3,取運(yùn)帖FT1數(shù)據(jù)中第一個(gè)距離元的數(shù)據(jù)，根據(jù)步驟1的結(jié)果判斷是否為破碎 波干擾數(shù)據(jù);如果是破碎波干擾數(shù)據(jù)，求多普勒譜，計(jì)算多普勒譜中屯、頻率、帶寬左右端點(diǎn) 位置;如果不是破碎波干擾數(shù)據(jù)，則轉(zhuǎn)到步驟8;
[0011] 步驟4,將多普勒譜平移，使帶寬左端點(diǎn)平移到零頻處，對(duì)平移后的多普勒譜做反 傅里葉變換得到新的FTl數(shù)據(jù)；
[0012] 步驟5,對(duì)該距離元新的FT1數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解EMD，得到兩個(gè)W上本征模態(tài)函 數(shù)IMF和一個(gè)趨勢函數(shù)rn(t);
[0013] 步驟6,去除破碎波干擾所在的高頻分量IMF1，重構(gòu)其余IMF和趨勢函數(shù)rn(t)得到 新的FT1數(shù)據(jù)，求多普勒譜W及多普勒譜的帶寬；
[0014] 步驟7,判斷所述帶寬是否在帶寬闊值范圍內(nèi)，如果是，則該數(shù)據(jù)為破碎波處理后 的數(shù)據(jù);如果所述帶寬大于帶寬闊值范圍的最大值，則對(duì)去除IMF1的數(shù)據(jù)再剔除次高頻分 量IMF2,重構(gòu)剩余的數(shù)據(jù)即為破碎波處理后的數(shù)據(jù)；
[0015] 步驟8,判斷當(dāng)前處理的數(shù)據(jù)是否為最后一個(gè)距離元的數(shù)據(jù)，如果不是，則取下一 個(gè)距離元的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)到步驟3,對(duì)下一個(gè)距離元的數(shù)據(jù)是否為破碎波干擾數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷；如 果是，表示對(duì)本帖所有數(shù)據(jù)全部處理完畢。
[0016] 其中，所述步驟1中的FT1數(shù)據(jù)是雷達(dá)接收的原始信號(hào)做傅里葉變換后的數(shù)據(jù)，并 且根據(jù)多普勒譜的能量和中屯、頻率特征判斷出發(fā)生破碎波的距離元。
[0017]其中，所述步驟5中經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解EMD的步驟如下，
[0018] ①將接收的FT1數(shù)據(jù)原始時(shí)間序列x(t)的極大值和極小值分別做Ξ次樣條差值， 得到上下包絡(luò)曲線；
[0019] ②取上下包絡(luò)曲線的平均值形成均值mi(t)，然后將x(t)減去mi(t)形成另一曲線 hi(t)，即：
[0020] x(t)-mi(t) =hi(t)
[0021]③對(duì)hl(t)重復(fù)①、②錯(cuò)12(t)，即：
[0022] hi(t)-m2(t) =h2(t)
[0023] 其中，m2(t)為hi(t)的上下包絡(luò)曲線的平均值形成的均值曲線；
[0024] ④將上述步驟①、②、③重復(fù)下去，直至得到的hk(t)為一IMF,即：
[0025] hk(t)=hk-i(t)-mk(t)
[0026] IMF需滿足W下2個(gè)條件：1)在整個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，極值點(diǎn)個(gè)數(shù)與過零點(diǎn)數(shù)目至多相差1 個(gè);2)在任意點(diǎn)，信號(hào)的上包絡(luò)和下包絡(luò)的平均值為零;如此就從x(t)中分解出第一模態(tài)hk (t)并記為Ci(t)，即IMF1，運(yùn)樣的處理過程稱為篩選過程；
[0027] ⑤將x(t)減去第一模態(tài)Ci(t)，形成新的信號(hào)ri(t)，即：
[002引 x(t)-Ci(t) =;ri(t)
[0029] 再對(duì)ri(t)重復(fù)步驟①、②、③、④，計(jì)算第二模態(tài)C2(t);
[0030] ⑥將ri(t)減去C2(t)又形成新的信號(hào)n(t)，即：
[0031] ri(t)-C2(t) =Γ2(?)
[0032] 再對(duì)n(t)重復(fù)步驟①、②、②、④，計(jì)算第Ξ模態(tài)C3(t);
[0033] ⑥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)，運(yùn)樣就將x(t)分 解出了兩個(gè)W上的本征模態(tài)函數(shù)IMF和一個(gè)趨勢函數(shù)rn(t)。
[0034] -種S波段多普勒雷達(dá)破碎波干擾抑制的裝置，包括：
[0035] 破碎波距離元位置獲取單元，用于獲取一組雷達(dá)回波FT1數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理，得到 所有距離元多普勒譜的帶寬、中屯、頻率和能量，根據(jù)能量和中屯、頻率得到每一帖數(shù)據(jù)破碎 波的距離元的位置；
[0036] 帶寬闊值范圍獲取單元，用于取運(yùn)組數(shù)據(jù)中的所有距離元的數(shù)據(jù)，得到一個(gè)帶寬 闊值范圍，其中，所述帶寬闊值范圍為除破碎波距離元W外的其他距離元帶寬的最小值到 最大值；
[0037] 第一判斷單元，用于取運(yùn)帖FT1數(shù)據(jù)中第一個(gè)距離元的數(shù)據(jù)，根據(jù)破碎波距離遠(yuǎn)位 置獲取單元的結(jié)果判斷是否為破碎波干擾數(shù)據(jù);如果是破碎波干擾數(shù)據(jù)，求多普勒譜，計(jì)算 多普勒譜中屯、頻率、帶寬左右端點(diǎn)位置;如果不是破碎波干擾數(shù)據(jù)，則轉(zhuǎn)到第Ξ判斷單元；
[0038] 多普勒譜處理單元，用于將多普勒譜平移，使帶寬左端點(diǎn)平移到零頻處，對(duì)平移后 的多普勒譜做反傅里葉變換得到新的FT1數(shù)據(jù)；
[0039] EMD處理單元，用于對(duì)該距離元新的FT1數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解EMD，得到兩個(gè)W上 本征模態(tài)函數(shù)IMF和一個(gè)趨勢函數(shù)rn(t);
[0040] 高頻分量去除單元，用于去除破碎波干擾所在的高頻分量IMF1，重構(gòu)其余IMF和趨 勢函數(shù)rn(t)得到新的FT1數(shù)據(jù)，求多普勒譜W及多普勒譜的帶寬；
[0041] 第二判斷單元，用于判斷所述帶寬是否在帶寬闊值范圍內(nèi)，如果是，則該數(shù)據(jù)為破 碎波處理后的數(shù)據(jù);如果所述帶寬大于帶寬闊值范圍的最大值，則對(duì)去除IMF1的數(shù)據(jù)再剔 除次高頻分量IMF2,重構(gòu)剩余的數(shù)據(jù)即為破碎波處理后的數(shù)據(jù)；
[0042] 第Ξ判斷單元，用于判斷當(dāng)前處理的數(shù)據(jù)是否為最后一個(gè)距離元的數(shù)據(jù)，如果不 是，則取下一個(gè)距離元的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)到第一判斷單元，對(duì)下一個(gè)距離元的數(shù)據(jù)是否為破碎波干 擾數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷;如果是，表示對(duì)本帖所有數(shù)據(jù)全部處理完畢。
[0043] 其中，所述破碎波距離元位置獲取單元中的FT1數(shù)據(jù)是雷達(dá)接收的原始信號(hào)做傅 里葉變換后的數(shù)據(jù)，并且根據(jù)多普勒譜的能量和中屯、頻率特征判斷出發(fā)生破碎波的距離 J L· 〇
[0044] 其中，所述EMD處理單元中經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解EMD的步驟如下，
[0045] ①將接收的FT1數(shù)據(jù)原始時(shí)間序列x(t)的極大值和極小值分別做Ξ次樣條差值， 得到上