專(zhuān)利名稱(chēng)：高頻雷達(dá)抗射頻干擾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用對(duì)頻信號(hào)調(diào)相電離層回波信號(hào)對(duì)高頻雷達(dá)進(jìn)行陣列通道校正的方法。
背景技術(shù)：
高頻(3-30MHz)雷達(dá)因其獨(dú)特的超視距和全天候探測(cè)能力，已得到廣泛研究并成功應(yīng)用于海洋表面動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)量中，并可實(shí)時(shí)探測(cè)艦船、飛機(jī)和導(dǎo)彈等運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。高頻段內(nèi)密集的短波通訊和廣播電臺(tái)等產(chǎn)生的射頻干擾會(huì)嚴(yán)重影響雷達(dá)的探測(cè)性能，這是高頻雷達(dá)運(yùn)行中的一個(gè)主要問(wèn)題。在現(xiàn)有的高頻雷達(dá)抗干擾方法中，通常采用的自適應(yīng)波束形成抗干擾方法依賴(lài)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)；而從信號(hào)的時(shí)域或頻域特征出發(fā)的抗干擾方法，如基于干擾瞬時(shí)特征的檢測(cè)—截除—內(nèi)插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，都需要對(duì)含有射頻干擾的接收信號(hào)進(jìn)行濾波處理，因而不可避免地會(huì)對(duì)有用信號(hào)造成一定程度的損失和畸變(如信號(hào)譜主瓣展寬，旁瓣升高)，且當(dāng)存在多個(gè)于擾時(shí)，這種影響則更為嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高頻雷達(dá)抗射頻干擾方法，避免現(xiàn)有濾波處理方法的干擾抑制不完全及對(duì)信號(hào)產(chǎn)生畸變等不利影響，獲得更為準(zhǔn)確的干擾信息，完全恢復(fù)出干擾譜，使有用信號(hào)隨機(jī)化，減小干擾和有用信號(hào)的相互影響，實(shí)現(xiàn)二者的獨(dú)立分析，為高頻雷達(dá)提供一種簡(jiǎn)捷有效和廉價(jià)的抗射頻干擾方法，以提高高頻雷達(dá)尤其是便攜式高頻雷達(dá)系統(tǒng)的探測(cè)性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高頻雷達(dá)抗射頻干擾方法，其特征在于通過(guò)預(yù)設(shè)的信噪比門(mén)限在雷達(dá)采集的遠(yuǎn)距離元累積多普勒譜上檢測(cè)出干擾信號(hào)；依據(jù)高頻雷達(dá)接收的射頻干擾的分布，采用不同的掃頻脈沖相位調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)抗干擾當(dāng)干擾在頻域?yàn)槊芗头植紩r(shí)，采用隨機(jī)調(diào)相方式將干擾譜白化到一個(gè)平均的基底上；當(dāng)干擾在頻域?yàn)橄∈璺植紩r(shí)，采用線性調(diào)相方式將干擾譜搬移到感興趣的譜區(qū)之外，恢復(fù)被掩蓋的信號(hào)；當(dāng)干擾不存在或者其影響小到可以容許的程度時(shí)，采用恒定相位方式，不對(duì)信號(hào)作任何額外處理。
如上所述的方法，其特征在于對(duì)調(diào)制相位序列進(jìn)行補(bǔ)償，完全恢復(fù)出干擾譜，使有用信號(hào)隨機(jī)化，減小干擾和有用信號(hào)的相互影響，實(shí)現(xiàn)二者的獨(dú)立分析。
在高頻雷達(dá)接收的干擾距離—多普勒譜中，干擾條帶的形成實(shí)際上是由于在相干處理時(shí)間內(nèi)雷達(dá)發(fā)射的線性調(diào)頻脈沖波形完全一致，因而干擾譜的形成類(lèi)似于一種以雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率對(duì)射頻干擾信號(hào)進(jìn)行抽采的過(guò)程，干擾得到了相干積累。基于此，本發(fā)明沿另一種思路來(lái)考慮雷達(dá)抗干擾問(wèn)題，即對(duì)雷達(dá)發(fā)射的線性調(diào)頻脈沖進(jìn)行相位調(diào)制，以改變干擾的譜形式，從而實(shí)現(xiàn)抗干擾。針對(duì)高頻雷達(dá)中通常面臨的集中型射頻干擾，可采用線性調(diào)相方式，將干擾譜搬移至感興趣的頻率范圍(如海浪一階和二階譜區(qū))之外；而針對(duì)擴(kuò)展分布型射頻干擾，則可以采用隨機(jī)調(diào)相的方式，將干擾譜隨機(jī)化(白化)到一個(gè)均勻的基底電平上。由于雷達(dá)采用相干解調(diào)，本振信號(hào)與發(fā)射信號(hào)一致，因此調(diào)相對(duì)有用回波信號(hào)沒(méi)有任何影響，卻為雷達(dá)提供了便捷、低成本的抗干擾手段，尤其適用于用于海態(tài)監(jiān)測(cè)的便攜式高頻地波雷達(dá)。特別地，采用脈沖調(diào)相方法的另一個(gè)好處是，若對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償，則可以重構(gòu)原干擾譜，而將有用回波譜隨機(jī)化，從而可以得到更為精確的干擾參數(shù)估計(jì)。有用信號(hào)和干擾信號(hào)可以分開(kāi)處理，而彼此間的相互影響達(dá)到最小。而當(dāng)干擾不存在或者其強(qiáng)度低于容許電平時(shí)，又可以采用恒定初相位調(diào)頻脈沖，不對(duì)信號(hào)作額外處理。本發(fā)明可以靈活有效地應(yīng)用于高頻雷達(dá)的抗干擾處理中，從而大大提高了雷達(dá)的工作效率和探測(cè)性能。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需設(shè)置任何輔助天線，使抗干擾更為廉價(jià)；沒(méi)有復(fù)雜的信號(hào)處理過(guò)程，計(jì)算量非常小，處理方法非常便捷；在干擾數(shù)較少時(shí)，通過(guò)線形調(diào)相可以完全搬移開(kāi)干擾譜而對(duì)有用信號(hào)沒(méi)有任何損失，從而避免了現(xiàn)有濾波處理方法的干擾抑制不完全及對(duì)信號(hào)產(chǎn)生畸變等不利影響；在遠(yuǎn)距離元上的累積多普勒譜上檢測(cè)干擾，能獲得更為準(zhǔn)確的干擾信息；對(duì)調(diào)制相位序列進(jìn)行補(bǔ)償，可以完全恢復(fù)出干擾譜，而使有用信號(hào)隨機(jī)化，減小了干擾和有用信號(hào)的相互影響，實(shí)現(xiàn)二者的獨(dú)立分析，而干擾的準(zhǔn)確分析有利于進(jìn)一步優(yōu)化雷達(dá)系統(tǒng)的探測(cè)性能。


圖1，本發(fā)明實(shí)施例的高頻雷達(dá)工作原理圖。其中，1接收天線，2本振信號(hào)，3解距離變換，4多普勒變換圖2，集中分布型干擾的累積多普勒譜。
圖3，擴(kuò)展分布型干擾的累積多普勒譜。
圖4，抗干擾裝置工作原理框圖。其中，11發(fā)射信號(hào)，12本振信號(hào)，13接收信號(hào)，14目標(biāo)譜分析模塊，15干擾譜分析模塊，16調(diào)相方式選擇模塊，17后續(xù)信號(hào)處理模塊，*表示共軛。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作更加詳細(xì)的說(shuō)明。
線性調(diào)頻體制高頻雷達(dá)的工作原理和干擾譜的特征簡(jiǎn)單介紹如下高頻地波雷達(dá)的工作原理框圖如圖1所示。雷達(dá)采用線性調(diào)頻體制，在每個(gè)掃頻周期內(nèi)對(duì)解調(diào)后信號(hào)進(jìn)行低通濾波、采樣和快時(shí)域的離散傅立葉變換得到該掃頻周期的距離譜，其中每個(gè)譜點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一個(gè)距離元上的一個(gè)譜值樣本，在由多個(gè)掃頻周期組成的相干積累時(shí)間內(nèi)對(duì)多個(gè)距離譜序列進(jìn)行慢時(shí)域離散傅立葉變換得到距離一多普勒二維譜(如圖l所示，其中1為接收天線，2為本振信號(hào)，3為解距離變換，4為多普勒變換)。由多個(gè)接收天線通道上信號(hào)的距離一多普勒譜就可以提取海態(tài)信息和移動(dòng)目標(biāo)信息。
線性調(diào)頻雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)及本振信號(hào)可表示為g(t)=ej2π(f0t+12kt2),-T/2≤t<T/2---(1)]]>其中f0、k和T分別為雷達(dá)中心頻率、線性調(diào)頻斜率和掃頻周期，t是快時(shí)間變量。
下面分析高頻雷達(dá)通常面臨的調(diào)幅(AM)型通訊干擾的譜形式。在第n(n＝0，…，N-1)個(gè)掃頻周期內(nèi)，干擾可以表示為
其中Sc(t′)和Sm(t′)分別是載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)，a、fi和i分別是載波的幅度、頻率和初相。t′＝nT+t是普通時(shí)間變量。
混頻輸出干擾信號(hào)為s(t′)＝si(t′)g(f)。通過(guò)基帶低通濾波器H(f)后形成的第n個(gè)掃頻周期內(nèi)的距離譜為Sn(f)=F[s(t′)]H(f)=F[si(t′)g(t)]H(f)=F[sc(t′)g(t)+sm(t′)g(t)]H(f)]]>=F[sc(t′)g(t)]H(f)+F[sm(t′)g(t)]H(f)=defScn(f)+Smn(f),]]>(3)其中F[·]表示對(duì)快時(shí)t的傅立葉變換，上標(biāo)n表示掃頻周期序號(hào)。這里干擾譜由確定載波信號(hào)譜和隨機(jī)調(diào)制信號(hào)譜兩部分組成。
由式(2)有 因此干擾載波譜為Scn(f)=F[sc(t′)g(t)]H(f)={F[sc(t)g(t)]H(f)}ej2πfInT=Sc0(f)ej2πfInT.---(5)]]>由此可見(jiàn)干擾載波譜的特性，在慢時(shí)域(以n為變量)它是一個(gè)正弦信號(hào)，因而在多普勒域呈現(xiàn)線譜形式，且這個(gè)形式與距離無(wú)關(guān)，干擾譜將出現(xiàn)在所有的距離元上。確切地，干擾載波在距離—多普勒譜上呈現(xiàn)為平行于距離軸的亮條帶，其頻率位置為fD=mod(fI,fr),mod(fI,fr)≤fr2mod(fI,fr)-fr,mod(fI,fr)>fr2,---(6)]]>其中fr＝1/T是雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率。當(dāng)干擾相位存在波動(dòng)(如由于搭載船只運(yùn)動(dòng)或電離層變化)時(shí)，干擾譜線則有所展寬而成為條帶形式。
再看干擾的調(diào)制信號(hào)部分。通常調(diào)制信號(hào)帶寬為5-10kHz，其相關(guān)時(shí)間(約為帶寬的倒數(shù))小于1ms，而掃頻周期通常為幾百ms，于是在不同的掃頻周期調(diào)制信號(hào)可視為獨(dú)立噪聲信號(hào)。經(jīng)過(guò)多普勒處理后，載波與調(diào)制信號(hào)的功率比將提高，其增益等于掃頻脈沖數(shù)N。在這一意義下，干擾的調(diào)制成分只對(duì)回波信號(hào)的噪聲基底提高產(chǎn)生貢獻(xiàn)，而載波則成為干擾雷達(dá)探測(cè)性能的主要成分，因此，干擾載波成分的抑制通常是更為重要的工作。
由上述分析可知，干擾載波呈現(xiàn)線譜是因?yàn)樵诓煌瑨哳l周期內(nèi)得到了相干積累。如果各個(gè)掃頻脈沖參數(shù)均相同，那么對(duì)干擾載波的處理將等價(jià)于以雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率對(duì)干擾進(jìn)行抽采，干擾頻率也將折疊到在多普勒分析帶寬內(nèi)相應(yīng)的位置上。然而，如果掃頻脈沖的參數(shù)是隨時(shí)間變化的，那么就可以對(duì)干擾譜進(jìn)行某種方式的改造，避開(kāi)或降低其對(duì)感興趣回波譜區(qū)的干擾。如在海態(tài)探測(cè)中，感興趣的是海浪正負(fù)一階Bragg譜和二階譜區(qū)，且通常在提取海流和浪高信息時(shí)一般只利用信噪比較高的一側(cè)譜區(qū)，因而可以考慮將干擾譜搬移到此有用譜區(qū)之外而去除其不利影響?？疾旄蓴_譜形成過(guò)程，可知對(duì)發(fā)射脈沖進(jìn)行調(diào)相，改變各掃頻脈沖的初始相位，就可以實(shí)現(xiàn)干擾譜搬移。假設(shè)干擾譜搬移量為Δf，則相應(yīng)的相位調(diào)制序列為α(n)＝2πΔfnT，而調(diào)相后的發(fā)射脈沖為gm(t′)＝g(t)ejα(n)， (7)用gm(t′)代替g(t)代入式(3)，并利用傅立葉變換的性質(zhì)，有Smn(f)=F[si(t′)gm(t′)]H(f)=F[si(t′)g(t)ej2πΔfnT]H(f)=Sn(f-Δf).---(8)]]>通過(guò)選擇合適的搬移量，就可以有效地去除干擾的影響，這種線性調(diào)相方法可以有效地應(yīng)用于白天干擾較少呈集中分布時(shí)的情況。然而，在某些更為惡劣的情況下，如在傍晚或者晚上干擾一般呈密集擴(kuò)展型分布，干擾搬移方法的應(yīng)用則受到限制，此時(shí)可以采用隨機(jī)相位調(diào)制的方法，將干擾譜隨機(jī)化(或白化)，從而實(shí)現(xiàn)干擾的抑制。此時(shí)在式(7)中的相位調(diào)制序列α(n)選為一任意隨機(jī)序列，而在式(8)中Smn(f)也被相應(yīng)地隨機(jī)化，由于頻譜擴(kuò)展干擾載波被衰減N倍，信(號(hào))干(擾)比則相應(yīng)獲得增益N。
如果對(duì)采用隨機(jī)調(diào)相脈沖后的接收信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償，即將第n個(gè)掃頻周期的信號(hào)乘以e-jα(n)，則可以恢復(fù)原干擾譜，實(shí)現(xiàn)對(duì)有用信號(hào)和干擾信號(hào)的獨(dú)立分析。在相位補(bǔ)償后有用信號(hào)因受到隨機(jī)相位調(diào)制而被白化，干擾信號(hào)比獲得增益N，有利于更精確地提取干擾信息，而此信息可以用于后續(xù)處理以獲得更優(yōu)的系統(tǒng)探測(cè)性能。
本發(fā)明的關(guān)鍵在于在遠(yuǎn)距離元上的累積多普勒譜中檢測(cè)出干擾信號(hào)，然后依據(jù)干擾的分布特征選用合適的方式進(jìn)行調(diào)相以實(shí)現(xiàn)抗干擾。
在典型的含有射頻干擾的回波距離一多普勒譜圖中，有用信號(hào)集中分布在較近的距離元段內(nèi)，強(qiáng)度隨距離增加而降低，而射頻干擾在距離一多普勒譜中呈平行于距離軸的亮條帶狀分布，其強(qiáng)度在不同距離上較為平穩(wěn)，因此，通過(guò)合理的雷達(dá)參數(shù)設(shè)計(jì)，可以提供一個(gè)較遠(yuǎn)的距離段，使該距離段上不含有用信號(hào)而只含有干擾信號(hào)。
選擇較遠(yuǎn)距離區(qū)間進(jìn)行多普勒譜積累，得到干擾譜。典型的集中分布型干擾譜如圖2所示，其中干擾以分離的單峰形式出現(xiàn)。典型的擴(kuò)展分布型干擾譜如圖3所示，干擾則以擴(kuò)展分布的譜區(qū)形式出現(xiàn)。通過(guò)預(yù)設(shè)的信噪比門(mén)限，可以檢測(cè)出射頻干擾的存在及其頻率區(qū)間，并通過(guò)干擾頻率區(qū)間的長(zhǎng)度判斷干擾的分布類(lèi)型。
判斷出干擾分布類(lèi)型后，選擇相應(yīng)的調(diào)相方式進(jìn)行掃頻脈沖初相位設(shè)置。對(duì)于隨機(jī)調(diào)相方式，將初相α(n)(n＝0，…，N-1)設(shè)為任意的隨機(jī)序列，而對(duì)于線性調(diào)相方式則將其設(shè)為α(n)＝2πΔfnT，若沒(méi)有干擾或者干擾強(qiáng)度小于容許范圍，則設(shè)其為任意常值序列。
對(duì)調(diào)制相位序列進(jìn)行補(bǔ)償，即將第n個(gè)掃頻周期的信號(hào)乘以e-jα(n)，完全恢復(fù)出干擾譜，獲得干擾的準(zhǔn)確信息，以供后續(xù)進(jìn)一步處理。
調(diào)相抗干擾工作框圖如圖4所示。其中11是發(fā)射信號(hào)，12是本振信號(hào)，13是接收信號(hào)，14是目標(biāo)譜分析模塊，15是干擾譜分析模塊，16是調(diào)相方式選擇模塊，17是后續(xù)信號(hào)處理模塊，*表示共軛。
權(quán)利要求
1.一種高頻雷達(dá)抗射頻干擾方法，其特征在于通過(guò)預(yù)設(shè)的信噪比門(mén)限在雷達(dá)采集的遠(yuǎn)距離元累積多普勒譜上檢測(cè)出干擾信號(hào)；依據(jù)高頻雷達(dá)接收的射頻干擾的分布，采用不同的掃頻脈沖相位調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)抗干擾當(dāng)干擾在頻域?yàn)槊芗头植紩r(shí)，采用隨機(jī)調(diào)相方式將干擾譜白化到一個(gè)平均的基底上；當(dāng)干擾在頻域?yàn)橄∈璺植紩r(shí)，采用線性調(diào)相方式將干擾譜搬移到感興趣的譜區(qū)之外，恢復(fù)被掩蓋的信號(hào)；當(dāng)干擾不存在或者其影響小到可以容許的程度時(shí)，采用恒定相位方式，不對(duì)信號(hào)作任何額外處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對(duì)調(diào)制相位序列進(jìn)行補(bǔ)償，完全恢復(fù)出于擾譜，使有用信號(hào)隨機(jī)化，減小干擾和有用信號(hào)的相互影響，實(shí)現(xiàn)二者的獨(dú)立分析。
全文摘要
一種高頻雷達(dá)抗射頻干擾方法，通過(guò)預(yù)設(shè)的信噪比門(mén)限在雷達(dá)采集的遠(yuǎn)距離元累積多普勒譜上檢測(cè)出干擾信號(hào)，依據(jù)高頻雷達(dá)接收的射頻干擾的分布，采用不同的掃頻脈沖相位調(diào)制方式，降低干擾對(duì)探測(cè)結(jié)果的不利影響。本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的雷達(dá)掃頻信號(hào)初相位設(shè)置，實(shí)現(xiàn)良好的抗干擾效果，降低了干擾抑制對(duì)輔助接收天線通道的依賴(lài)性，以廉價(jià)的方式提高了小口徑雷達(dá)的實(shí)用性。
文檔編號(hào)G01S7/36GK1804655SQ20061001826
公開(kāi)日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2006年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者周浩, 文必洋, 吳世才 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)