一種高頻地波雷達射頻干擾抑制的方法
【專利摘要】本發明涉及雷達信號處理領域，特別涉及一種高頻地波雷達射頻干擾抑制的方法。本發明在原有高頻地波雷達信號處理的基礎上，利用經驗模態分解法將接收信號分解出多個本征模態函數，通過標準差和滑窗處理檢測出射頻干擾位置，對所有本征模態函數的射頻干擾位置處的采樣點進行功率譜和瞬時頻率的判定，對滿足要求的采樣點幅度置零。本發明在實際數據處理中，應有效果很好，在降低噪聲的同時無損信號，抑制效果顯著，增加了雷達探測距離，提高了雷達探測精度。
【專利說明】一種高頻地波雷達射頻干擾抑制的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于雷達信號處理領域，特別涉及到抑制高頻地波雷達射頻干擾的方法。【背景技術】
[0002]高頻地波雷達是一種可以進行連續大面積海洋環境監測的重要探測設備，主要探測海洋表面風、浪、流、潮等海洋動力學參數和海面低空低速移動目標，而我國海岸線全長超過3.2萬公里，因此高頻地波雷達對國民經濟和國防建設具有十分重要的意義。
[0003]高頻地波雷達一股工作在3-30MHZ，而在此頻段會有大量射頻干擾，射頻干擾主要來自于雷達工作的高頻段內密集的短波通訊信號、廣播電臺信號以及工業干擾。由于這些干擾均是有源的，其功率與雷達回波信號相比十分強大，當其進入接收機后，會極大地降低高頻雷達的數據質量，對后續的提取海洋表面動力學參數產生嚴重的阻礙，有時甚至不能夠提取風、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。射頻干擾中的隨機信息成分對噪聲基底有所貢獻。(2)射頻干擾較嚴重的時刻一股出現在傍晚17時至21時，此時由于電離層D層的消失，短波電臺尤其是繁忙的作業漁船的通訊信號不能有效地被電離層屏蔽，而進入雷達系統，干擾雷達正常工作。由于短波頻率資源十分有限，雷達要選擇一個不包含干擾的頻段來工作是非常困難的，因此去除或抑制回波中的射頻干擾顯得尤其重要。
[0005]在現有的高頻雷達抗射頻干擾方法中，主要有自適應法和時頻域抗干擾法。在自適應波束形成抗干擾方法中，由于依賴于大型相控天線陣，系統較為復雜，且不適用于小口徑寬波束雷達，因此該方法較少被采用。而依據信號時頻域特征的抗干擾方法，如基于瞬態干擾的檢測-去除-恢復法和基于干擾距離分布特征的干擾信號子空間正交投影法等，由于都需要對含有射頻干擾的接收信號進行濾波處理，因而必然會對有用的信號造成一定程度的損失和畸變(如旁瓣幅度升高，主瓣展寬)，而且當存在多個于擾時，這種影響將會變得更加嚴重，抑制效果不佳。
【發明內容】
[0006]本發明針對上述問題，提出一種高頻地波雷達射頻干擾抑制的方法，避免了現有抗射頻干擾算法對雷達信號有損失的不利影響。本發明在降低干擾的同時完整保留有用信號，為現有的高頻雷達系統提供一種快速有效的射頻抗干擾方法，從而能夠增加雷達探測距尚，提聞雷達探測精度。
[0007]本發明的技術方案是一種高頻地波雷達射頻干擾抑制的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1，根據雷達波形參數和雷達的最大探測距離，設定頻率閾值fmax ；
[0009]步驟2，對接收的原始信號進行經驗模態分解EMD(Empirical ModeDecomposition)得到兩個以上本征模態函數IMF (Intrinsic Mode Function)和一個趨勢函數rn(t)；[0010]步驟3，對受射頻干擾影響最為明顯的第一個本征模態函數IMF，通過標準差判定和滑窗處理檢測出射頻干擾，標記射頻干擾的位置；
[0011]步驟4，選擇一個本征模態函數IMF，對其進行Hilbert變換，找到該本征模態函數IMF每一個時間點對應的瞬時頻率，SP:
[0012][A f] = hi lbert (IMF)
[0013]步驟5，求出步驟4所述本征模態函數IMF的平均幅值Am_，當干擾位置點的幅度高于三倍平均幅值Amean時，將該干擾位置點的幅值置為零，即MF(A > 3*Α_) = O ;否則，若干擾位置點的瞬時頻率高于設定的頻率閾值fmax，也將該干擾位置點的幅值置為零，即IMF(f≥ffflax) = O ;遍歷完所有干擾位置的采樣點后，轉到步驟6 ；
[0014]步驟6，對所有本征模態函數IMF重復步驟4和步驟5過程，直到完成對所有本征模態函數頂F的處理，轉到步驟7 ；
[0015]步驟7，將經過處理的所有MF和原趨勢項(趨勢函數)相加，得到干擾抑制后的信號。
[0016]所述步驟3中，求出第一個本征模態函數IMF的標準差σ，在第一個本征模態函數IMF中，通過對該本征模態函數MF滑窗來判定是否高于標準差σ，以確定射頻干擾位置。
[0017]所述步驟3中，將窗的長度設為L，求出窗內L個點的標準差如果其中一個點的
標準差反高于σ，判定此處是射頻干擾，否則，繼續進行下一滑窗，由此檢測到干擾的位置。
[0018]本發明的優點在于:
[0019]1.在高頻地波雷達中采用了 EMD算法進行去干擾處理，通過EMD將接收信號按頻率高低分解出不同的MF，對每個MF進行處理，從而在抑制射頻干擾的同時，最大程度地保留了有用信號特征。
[0020]2.對第一個MF處理，通過標準差和滑窗處理檢測出干擾的位置，能夠準確檢測出射頻干擾的位置。
[0021]3.對所有本征模態函數IMF的干擾位置處的采樣點進行標準差和瞬時頻率的判定，減少了誤判和漏判，使干擾抑制效果最大化。
[0022]4.對干擾位置處、并滿足上述條件的采樣點的幅度置零，不會損失有用信號，而且速度快，滿足雷達實時工作的要求。
[0023]本發明通過以上創新點提出了一種新型的高頻地波雷達射頻干擾抑制方法，此方法在實際數據處理中，應有效果很好，在降低噪聲的同時無損信號，抑制效果顯著，增加了雷達探測距離，提高了雷達探測精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1，高頻地波雷達的工作原理框圖；
[0025]圖2，射頻干擾經系統處理的過程；
[0026]其中，B-掃頻帶寬，T-掃頻周期，tf干擾時長，frf1-干擾頻率，f0_工作頻率，b_濾波器帶寬；
[0027]圖3，本發明的算法流程圖；
[0028]圖4，實際接收中存在(嚴重)射頻干擾的距離譜；
[0029]圖5，射頻干擾抑制后的距離譜。【具體實施方式】
[0030]下面以具體實例結合附圖，對本發明作進一步說明。
[0031]線性調頻體制的高頻地波雷達的工作原理及射頻干擾的特征介紹如下:
[0032]高頻地波雷達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，3為低通濾波，4為解距離變換，5為多普勒變換)。雷達采用線性調頻波形體制，在每個掃頻周期內，回波經解調、低通濾波、采樣和快時域的離散傅里葉變換得到該掃頻周期的距離譜。距離譜中的每個譜點對應于一個距離元的采樣點，在多個掃頻周期的相干積累時間內，對多個距離譜的采樣序列進行慢時域的離散傅里葉變換得到該距離元的多普勒譜。對探測范圍內的所有距離元都進行慢時域的離散傅里葉變換，則得到距離-多普勒二維譜。
[0033]線性調頻本振信號可表示為
[0034]
【權利要求】
1.一種高頻地波雷達射頻干擾抑制的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1，根據雷達波形參數和雷達的最大探測距離，設定頻率閾值fmax; 步驟2，對接收的原始信號進行經驗模態分解EMD得到兩個以上本征模態函數MF和一個趨勢函數rn(t)； 步驟3，對受射頻干擾影響最為明顯的第一個本征模態函數IMF，通過標準差判定和滑窗處理檢測出射頻干擾，標記射頻干擾的位置； 步驟4，選擇一個本征模態函數IMF，對其進行Hilbert變換，找到該本征模態函數IMF每一個時間點對應的瞬時頻率，即:
[A f] = hilbert(IMF) 步驟5，求出步驟4所述本征模態函數IMF的平均幅值Am_，當干擾位置點的幅度高于三倍平均幅值Amean時，將該干擾位置點的幅值置為零，即MF(A > 3*Amean) = O ;否則，若干擾位置點的瞬時頻率高于設定的頻率閾值fmax，也將該干擾位置點的幅值置為零，即IMF(f≥ffflax) = O ;遍歷完所有干擾位置的采樣點后，轉到步驟6 ； 步驟6，對所有本征模態函數IMF重復步驟4和步驟5，直到完成對所有本征模態函數IMF的處理，轉到步驟7 ； 步驟7，將經過處理的 所有MF和原趨勢函數相加，得到干擾抑制后的信號。
2.如權利要求1所述的一種高頻地波雷達射頻干擾抑制的方法，其特征在于:所述步驟3中，求出第一個本征模態函數MF的標準差σ，在第一個本征模態函數MF中，通過對該本征模態函數MF滑窗來判定是否高于標準差σ，以確定射頻干擾位置。
3.如權利要求1或2所述的一種高頻地波雷達射頻干擾抑制的方法，其特征在于:所述步驟3中，將窗的長度設為L，求出窗內L個點的標準差如果其中一個點的標準差?高于σ，判定此處是射頻干擾，否則，繼續進行下一滑窗，由此檢測到干擾的位置。
4.如權利要求1所述的一種高頻地波雷達射頻干擾抑制的方法，其特征在于:所述步驟2中經驗模態分解EMD的步驟如下， ①將接收的原始信號x(t)的極大值和極小值分別用三次樣條函數連接，形成上、下包絡； ②對于每一時刻，取上下包絡的平均值形成信號Hl1(t)，然后將信號X(t)減去Hl1 (t)形成另一信號hi (t)，即:
X (t) -Hl1 (t) = Il1 (t) ③對信號hi(t)重復①、②得信號h2 (t)，即: hi (t) -m2 (t) = h2 (t) 其中，m2(t)為匕⑴的上下包絡的平均值形成的信號； ④將上述步驟①、②、③重復下去，直至得到的信號hk(t)為一MFjP: hk (t) = hk_! (t) -mk (t) 如此就從信號x(t)中分解出第一模態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C1 (t)，形成新的信號ι (t)，即:
X (t)-C1U) = r^t) 再對rjt)重復步驟①、②、③、④，計算第二模態C2 (t)；⑥將ri(t)減去C2 (t)又形成新的信號r2 (t)，即:
T1 (t) -C2 (t) = r2 (t) 再對r2(t)重復步驟①、②、③、④，計算第三模態C3 (t)； ⑦如此重復步驟 ①、②、③、④，直到最后的rn(t)為一單調函數，這樣就將x(t)分解出了兩個以上的頂F和一個趨勢函數rn(t)。
【文檔編號】G01S7/36GK103954944SQ201410202920
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月14日 優先權日:2014年5月14日
【發明者】陳澤宗, 謝飛, 易盛, 趙晨, 曾耿斐 申請人:武漢大學