CN102353943B - 一种抑制射频干扰的方法以及雷达式生命探测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制射频干扰RFI的方法以及雷达式生命探测仪，首先计算雷达回波信号的标准差，基于该标准差对雷达回波受到RFI干扰进行判断，对含RFI干扰的回波进行频域限幅，对不含RFI干扰的回波不做处理，采用本发明的技术方案，可以在有效抑制RFI的同时较好的保持了目标信息的完整性，具有算法简单、计算高效、效果好特点。

Description

一种抑制射频干扰的方法以及雷达式生命探测仪

技术领域

本发明涉及抑制射频干扰的技术领域，尤其涉及一种抑制射频干扰方法以及雷达式生命探测仪。

背景技术

在地震的灾后救援中，用雷达式生命探测仪对废墟下的生命体进行快速准确的探测和定位，是对幸存人员及时有效解救的重要手段。由于灾后事故现场各种通信、广播和电视等射频信号非常强，严重干扰雷达式生命探测仪的工作。所以要求雷达式生命探测仪具有良好的RFI抑制方法，在抑制RFI干扰的同时，尽量不影响对生命体信号的探测。为了节省搜救时间，RFI抑制方法应该简单有效。

在现有的雷达式生命探测仪中，一般采用波形平均或中值滤波的RFI抑制方法。波形平均对随机噪声有较好的抑制效果，但是对具有一定相关性的强RFI抑制效果不佳。中值滤波也有与波形平均类似的问题，而且计算量很大，也不适合雷达式生命探测仪的应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种抑制射频干扰的方法以及雷达式生命探测仪，可以在有效抑制RFI的同时较好的保持了目标信息的完整性，具有算法简单、计算高效、效果好特点。

为达到上述目的，本发明采用技术方案如下：

一种抑制射频干扰RFI方法，计算雷达回波信号的标准差，基于所述标准差对雷达回波受到RFI干扰进行判断，对含RFI干扰的回波进行频域限幅，对不含RFI干扰的回波不做处理。

一种抑制射频干扰RFI方法，根据回波距离向标准差对回波是否受到RFI干扰进行判别，判别表达式如下：

estd(n)＞estd_mean+3estd_std

其中estd(n)为回波e(t，n)的标准差，estd_mean为回波标准差的均值，estd_std为回波标准差的标准差，n表示回波位置。判决表达式中回波标准差estd(n)、回波标准差的均值estd_mean和回波标准差的标准差estd_std的求解如下：

$\mathrm{estd}\left(n\right)=\sqrt{\frac{1}{M-1}\underset{t=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{(e(t,n)-\mathrm{emean}\left(n\right))}^2}$

$\mathrm{emean}\left(n\right)=\frac{1}{M}\underset{t=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}e(t,n)$

${\mathrm{estd}}_{\mathrm{mean}}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{estd}\left(n\right)$

${\mathrm{estd}}_{\mathrm{std}}=\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{estd}\left(n\right)-{\mathrm{estd}}_{\mathrm{mean}})}^2}$

其中t表示快时间，M表示单个回波的采样点数，emean(n)表示单个回波的均值，N表示回波总数。

一种抑制射频干扰RFI方法，在所述频域限幅中，将超过门限的回波限幅置为均值而不是零。

一种抑制射频干扰RFI方法，将含有RFI干扰的回波频谱与频谱均值相比较，超过的置为均值，不超过的则不作任何处理，其表达式如下：

$\tilde{e}(t,n)=F_{f\→t}^{-1}\left(\tilde{E}(f,n)\right)$

$\tilde{E}(f,n)=\left\{\begin{array}{cc}E(f,n)& \left|E(f,n)\right|<\left|\stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)\right|\\ \stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)& \left|E(f,n)\right|>\left|\stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)\right|\end{array}\right.$

$\stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}E(f,n)$

其中E(f，n)为回波e(t，n)的频谱，为RFI抑制后的频谱，为RFI抑制后的时域回波，为频谱均值，t，f表示快(距离)时间和频率，n和N分别表示回波位置和总数。

一种雷达式生命探测仪包括：

计算单元：计算雷达回波信号的标准差；

判断单元：基于所述标准差对雷达回波受到RFI干扰进行判断；

处理单元：对含RFI干扰的回波进行频域限幅，对不含RFI干扰的回波不做处理。

一种雷达式生命探测仪，根据回波距离向标准差对回波是否受到RFI干扰进行判别，判别表达式如下：

estd(n)＞estd_mean+3estd_ste

其中estd(n)为回波e(t，n)的标准差，estd_mean为回波标准差的均值，estd_std为回波标准差的标准差，n表示回波位置。判决表达式中回波标准差estd(n)、回波标准差的均值estd_mean和回波标准差的标准差estd_std的求解如下：

$\mathrm{estd}\left(n\right)=\sqrt{\frac{1}{M-1}\underset{t=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(e(t,n)-\mathrm{emean}\left(n\right))}^2}$

$\mathrm{emean}\left(n\right)=\frac{1}{M}\underset{t=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}e(t,n)$

${\mathrm{estd}}_{\mathrm{mean}}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{estd}\left(n\right)$

${\mathrm{estd}}_{\mathrm{std}}=\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(\mathrm{estd}\left(n\right)-{\mathrm{estd}}_{\mathrm{mean}})}^2}$

其中t表示快时间，M表示单个回波的采样点数，emean(n)表示单个回波的均值，N表示回波总数。

一种雷达式生命探测仪，在所述频域限幅中，将超过门限的回波限幅置为均值而不是零。

一种雷达式生命探测仪，将含有RFI干扰的回波频谱与频谱均值相比较，超过的置为均值，不超过的则不作任何处理，其表达式如下：

$\tilde{e}(t,n)=F_{f\&RightArrow;t}^{-1}\left(\tilde{E}(f,n)\right)$

$\tilde{E}(f,n)=\left\{\begin{array}{cc}E(f,n)& \left|E(f,n)\right|<\left|\stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)\right|\\ \stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)& \left|E(f,n)\right|>\left|\stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)\right|\end{array}\right.$

$\stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}E(f,n)$

其中E(f，n)为回波e(t，n)的频谱，为RFI抑制后的频谱，为RFI抑制后的时域回波，为频谱均值，t，f表示快(距离)时间和频率，n和N分别表示回波位置和总数。

本发明的有益效果在于：采用本发明的用于雷达式生命探测仪的RFI抑制方法，算法简单，计算高效，通过对回波标准差的计算和比较，能够准确判断出受RFI干扰的回波，然后仅对受干扰的回波进行抑制，而对不受干扰的回波不做处理，不仅大大提高了处理效率，而且保证了不受干扰回波波形的完整性。在频域限幅中，将超过门限的回波限幅为均值而不是零，避免了常规限幅产生的幅度突变，保证了限幅回波与未限幅回波之间的平滑性。这些优点最终提高了雷达式生命探测仪的探测性能。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明一种抑制射频干扰RFI方法的算法流程图。

图2是没有经过射频干扰RFI抑制的一段回波数据波形图。

图3是图2回波的距离向标准差的示意图。

图4是回波是否受到射频干扰RFI干扰的判决结果的示意图。

图5是射频干扰RFI抑制后的波形图。

图6是雷达式生命探测仪的结构框图

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

雷达式生命探测仪是一种是借着感应人体所发出超低频电波产生之电场(由心脏产生)来找到″活人″的位置。

雷达式生命探测仪通过主动发射电磁脉冲穿过墙壁等遮挡物，根据人体呼吸时胸腔运动和心跳运动所产生的多普勒效应，通过信号处理来分析人体的各种生理特征参数，从而实现对人体的探测、识别和定位。

通过连续发射电磁信号，对一定空间进行扫描，不断接收反射信号并对返回信号进行算法处理；如果被探测者保持静止，返回信号是相同的。如果目标在动，则信号有差异；通过对不同时间段接受的信号进行比较等算法处理，就可以判断目标是否在动。

图1是本发明用于雷达式生命探测仪的RFI抑制方法的流程图。首先计算雷达回波信号的标准差，然后判断回波是否受到RFI干扰。如果受到RFI干扰，则后续处理前先进行RFI抑制，如果没有受到RFI干扰，则直接进入后续处理。

在本发明中，回波是否受到RFI干扰是通过标准差判断的。图2是没有经过RFI抑制的一段回波数据波形，横轴是时间，纵轴是距离。折线是人的运动轨迹，9～16秒之间很强的竖线是RFI干扰。可见，RFI会影响对目标的判断。

图3是图2回波的距离向标准差，可以很明显看出，RFI期间回波的标准差有非常大的起伏。因此可以依靠回波距离向标准差对回波是否受到RFI干扰进行判别，判别表达式如下：

estd(n)＞estd_mean+3estd_std

其中estd(n)为回波e(t，n)的标准差，estd_mean为回波标准差的均值，estd_std为回波标准差的标准差，n表示回波位置。判决表达式中回波标准差estd(n)、回波标准差的均值estd_mean和回波标准差的标准差estd_std的求解如下：

$\mathrm{estd}\left(n\right)=\sqrt{\frac{1}{M-1}\underset{t=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(e(t,n)-\mathrm{emean}\left(n\right))}^2}$

$\mathrm{emean}\left(n\right)=\frac{1}{M}\underset{t=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}e(t,n)$

${\mathrm{estd}}_{\mathrm{mean}}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{estd}\left(n\right)$

${\mathrm{estd}}_{\mathrm{std}}=\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(\mathrm{estd}\left(n\right)-{\mathrm{estd}}_{\mathrm{mean}})}^2}$

其中t表示快时间，M表示单个回波的采样点数，emean(n)表示单个回波的均值，N表示回波总数。图4是判决结果，1表示受RFI干扰的，0表示没有受RFI干扰。

在频域限幅中，将超过门限的回波限幅置为均值而不是零，RFI抑制算法将这些含有RFI干扰的回波频谱与频谱均值相比较，超过的置为均值，不超过的则不作任何处理。

其表达式如下：

$\tilde{e}(t,n)=F_{f\&RightArrow;t}^{-1}\left(\tilde{E}(f,n)\right)$

$\tilde{E}(f,n)=\left\{\begin{array}{cc}E(f,n)& \left|E(f,n)\right|<\left|\stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)\right|\\ \stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)& \left|E(f,n)\right|>\left|\stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)\right|\end{array}\right.$

$\stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}E(f,n)$

其中E(f，n)为回波e(t，n)的频谱，为RFI抑制后的频谱，为RFI抑制后的时域回波，为频谱均值，t，f表示快(距离)时间和频率，n和N分别表示回波位置和总数。图5是RFI抑制后的波形图，可以看到RFI的抑制效果很好，不会影响对目标的判断。

如图6所示，雷达式生命探测仪包括：计算单元：计算雷达回波信号的标准差；判断单元：基于所述标准差对雷达回波受到RFI干扰进行判断；处理单元：对含RFI干扰的回波进行频域限幅，对不含RFI干扰的回波不做处理。

采用本发明的用于雷达式生命探测仪的RFI抑制方法，算法简单，计算高效，通过对回波标准差的计算和比较，能够准确判断出受RFI干扰的回波，然后仅对受干扰的回波进行抑制，而对不受干扰的回波不做处理，不仅大大提高了处理效率，而且保证了不受干扰回波波形的完整性。在频域限幅中，将超过门限的回波限幅为均值而不是零，避免了常规限幅产生的幅度突变，保证了限幅回波与未限幅回波之间的平滑性。这些优点最终提高了雷达式生命探测仪的探测性能。

Claims (3)

1.一种抑制射频干扰RFI方法，其特征在于：计算雷达回波信号的标准差，基于所述标准差对雷达回波受到RFI干扰进行判断，判别表达式如下：

estd(n)＞estd_mean+3estd_std

其中estd(n)为回波e(t，n)的标准差，estd_mean为回波标准差的均值，estd_std为回波标准差的标准差，n表示回波位置，其中，

判决表达式中回波标准差estd(n)、回波标准差的均值estd_mean和回波标准差的标准差estd_std的求解如下：

$\mathrm{estd}\left(n\right)=\sqrt{\frac{1}{M-1}\underset{t=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(e(t,n)-\mathrm{emean}\left(n\right))}^2}$

$\mathrm{emean}\left(n\right)=\frac{1}{M}\underset{t=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}e(t,n)$

${\mathrm{estd}}_{\mathrm{mean}}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{estd}\left(n\right)$

${\mathrm{estd}}_{\mathrm{std}}=\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(\mathrm{estd}\left(n\right)-{\mathrm{estd}}_{\mathrm{mean}})}^2}$

其中t表示快时间，M表示单个回波的采样点数，emean(n)表示单个回波的均值，N表示回波总数，

对含RFI干扰的回波进行频域限幅，对不含RFI干扰的回波不做处理。

2.根据权利要求1所述的一种抑制射频干扰RFI方法，其特征在于，在所述频域限幅中，将超过门限的回波限幅置为均值而不是零。

3.根据权利要求1至2之一所述的一种抑制射频干扰RFI方法，其特征在于，将含有RFI干扰的回波频谱与频谱均值相比较，超过的置为均值，不超过的则不作任何处理，其表达式如下：

$\tilde{e}(t,n)=F_{f\&RightArrow;t}^{-1}\left(\tilde{E}(f,n)\right)$

$\tilde{E}(f,n)=\left\{\begin{array}{cc}E(f,n)& \left|E(f,n)\right|<\left|\stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)\right|\\ \stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)& \left|E(f,n)\right|>\left|\stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)\right|\end{array}\right.$

$\stackrel{\&OverBar;}{E}\left(f\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}E(f,n)$

其中E(f，n)为回波e(t，n)的频谱，为RFI抑制后的频谱，为RFI抑制后的时域回波，为频谱均值，t，f表示快时间和频率，n和N分别表示回波位置和总数。