CN102752258A - 一种多载波数字电视外辐射源雷达系统中副峰抑制算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多载波数字电视外辐射源雷达副峰抑制方法，属于雷达信号处理领域。本发明根据多载波数字电视信号的帧结构特点，首先进行帧同步，寻找帧头起始位置，然后进行功率补偿，并使用一组随机序列来改变各帧帧头部分和系统信息部分的相位信息，破坏各帧帧头部分的相关性，以抑制各帧帧头相关性引起的副峰。本发明提出的对数字电视信号帧头进行预处理的方法，不仅能够有效的抑制距离维副峰，而且能抑制频率维副峰，消除了副峰可能引起的虚警，提高了基于数字电视信号的外辐射源雷达的检测性能。

Description

一种多载波数字电视外辐射源雷达系统中副峰抑制算法

技术领域

本发明涉及一种外辐射源雷达系统中副峰抑制算法，特别涉及一种以多载波数字电视信号为照射源时外辐射源雷达系统中的副峰抑制算法，属于雷达信号处理技术领域。

背景技术

外辐射源雷达本身不发射信号，利用空间中存在的民用辐射源为机会照射源，通过接收并处理目标反射的电磁信号，实现对目标的检测。数字电视信号具有分辨率高、发射信号稳定的突出优点，是一种较为理想的照射源。

2006年8月《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》国家强制标准(简称国标)GB20600-2006正式颁布，并于2007年8月实施。我国数字电视地面广播的正式启动为数字电视外辐射源雷达系统的应用提供了条件。

能实现快速同步和高效信道估计与均衡的PN序列帧头设计是我国数字电视标准的一大亮点，体现了我国的自主创新能力，但给外辐射源雷达系统带来了严重的副峰干扰问题。外辐射源雷达在杂波和噪声中检测目标，其分辨目标的能力，以及确定目标参数(距离、速度)的能力主要决定于雷达发射信号的波形。信号的模糊函数代表其距离、多普勒分辨能力和杂波抑制能力。多载波模式的数字电视信号因为其帧头和帧体的特殊结构，当用作外辐射源雷达信号时，其互模糊函数在时延-多普勒平面出现较多副峰。副峰可能会引起虚警，需要采取有效措施抑制副峰。传统的副峰抑制方法是将帧头信号置0以抑制距离维副峰，但不能抑制频率维副峰。本发明提出一种适用于多载波模式的数字电视外辐射源雷达副峰抑制算法，该算法结构简单，易于实现。

下面分析多载波数字电视信号副峰产生的原因。

数字电视信号的基本单元为信号帧，信号帧由帧头和帧体两部分组成。为适用不同应用，定义了三种可选帧头模式以及相应的信号帧结构。其中，帧头模式2为单载波模式，帧头模式1和帧头模式3为多载波模式。本发明就是针对多载波模式下的帧头模式1提出的。图1是采用帧头模式1的信号帧结构图。

帧头模式1采用的PN序列定义为循环扩展的8阶m序列，经“0”到+1值及“1”到-1值的映射变换为非归零的二进制符号。长度为420个符号的帧头信号，由循环扩展的前同步、后同步和PN255构成，如图2所示。线性反馈移位寄存器的初始条件确定所产生的PN序列的相位。在一个超帧中共有225个信号帧。每个超帧中各信号帧采用不同的PN信号作为信号帧识别符。系统信息为每个信号帧提供必要的解调和解码信息，包括符号星座映射模式、帧体信息模式等。36个系统信息符号连续排列于帧体数据的前36个符号位置。

在一个超帧中各信号帧的帧头采用不同相位的PN序号作为信号帧识别符。不同信号帧中的PN255序列之间的规律：

${\mathrm{PN}}_l\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{PN}}_0{\left((n-l/2)\right)}_N{R}_N\left(n\right)& l=\mathrm{0,2},...,112\\ {\mathrm{PN}}_0{\left((n+(l+1)/2)\right)}_N{R}_N\left(n\right)& l=\mathrm{1,3},...,111\\ {\mathrm{PN}}_{224-l}& l=113,...,224\end{array}\right.$

其中，R_N(n)是长度为255的矩形序列，((n))_N是余数运算表达式。

以0序号PN420序列的相位为参考相位，根据不同信号帧中PN255序列的规律，列出225个PN420序列中部分序列的初始相位，如表1所示。表中+1表示序列左移一位，+2表示序列左移两位，-1表示序列右移一位，-2表示序列右移两位，依次类推。T_s(555.6μs)是一帧信号的长度，T(1/7.56μs)是基带符号周期。因为PN420序列有很好的正交性，所以只有信号帧头部分匹配才能引起能量积累，从而产生副峰。

表1 PN420序列中部分的初始相位

从表1可以看出，右移2T_s-T个符号周期的信号，有一半的信号帧帧头可以匹配原始信号，因此能够引起较高的能量积累。同理可以推导出，信号左移/右移个符号周期，都可以产生表1所示的类似的能量积累。总结得出PN420模式下，帧头间副峰为

$P_1=\left\{({\mathrm{lT}}_s\±\frac{\mathrm{lT}}{2},\frac{i}{2T_s})\right|l=\mathrm{2,4},...,112;i\∈Z\}$

帧头内PN序列的循环移位将引起帧头内副峰：

$P_2=\left\{({\mathrm{lT}}_s\±\frac{\mathrm{lT}}{2}\±255T,\frac{i}{2T_s})\right|l=\mathrm{2,4},...,112;i\∈Z\}\∪\{(255T,\frac{i}{2T_s})|i\∈Z\}$

另外，信号帧的帧体部分是由整数个TS包构成的，TS包头的重复也将引起模糊函数的副峰，其所在位置为

$P_3=\left\{({\mathrm{lT}}_s,\frac{i}{T_s})\right|l\∈N\}$

因为帧头信号的平均功率是帧体信号的平均功率的2倍，二者的功率差会造成功率差副峰，其所在位置为

$P_4=\left\{(0,\frac{i}{T_s})\right|i\≠0,i\∈Z\}$

帧头模式1的数字电视信号模糊函数副峰为以上几部分的集合，即

P=P₁∪P₂∪P₃∪P₄

发明内容

本发明的目的是有效抑制多载波模式数字电视信号帧结构引起的副峰，降低虚警概率，提高系统检测性能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明提出的一种多载波数字电视外辐射源雷达系统中副峰抑制算法，由帧同步和副峰抑制两部分构成，包括以下步骤：

1)帧同步，具体为：

数字电视外辐射源雷达系统对接收到的直达数字电视信号，从某一个采样点i开始，存储从该采样点开始的连续m1位接收序列，然后向后延迟m2个采样点取连续m1位接收序列，计算两个接收序列的相关性的大小

$f\left(i\right)=\underset{n=0}{\overset{m1-1}{\mathrm{\Σ}}}x*(i+n)x(i+n+m2)i\∈\{\mathrm{1,2},...N_{\mathrm{frame}}+N_{\mathrm{head}}\}$

其中，f(i)为两个序列的相关性；x(n)为直达数字电视信号采样序列，x*(n)为x(n)的共轭；m1＝165*f_s/R_s，m2=255*f_s/R_s；f_s表示基带信号采样率；R_s表示基带符号速率，R_s=7.56MHz；N_frame表示信号帧的采样点数；N_head表示帧头的采样点数。

在上述(N_frame+N_head)次运算中，令f(i)取得最大值的i对应帧头的第一个采样点，由于一帧信号长度为N_frame，可递推出其余帧头位置。

2)副峰抑制，具体包含如下两个步骤：

2.1为抑制帧头和帧体的功率差造成的副峰，对帧头部分进行功率补偿，即对帧头部分数据，幅度补偿为原来的

2.2对产生副峰的帧头和系统信息数据，对其相位进行随机化处理，即对经步骤1)同步处理后的信号进行时域均衡，均衡器设计为

其中rand_420和rand_36分别是本地产生的长度为420*f_s/R_s个采样点和36*f_s/R_s个采样点的随机序列。

有益效果

本发明提出的多载波模式数字电视信号副峰抑制方法，不仅抑制了距离维副峰，同时抑制了频率维副峰。该方法结构简单，易于实现，已在某数字电视外辐射源雷达系统中得到验证。

附图说明

图1为国标数字电视采用帧头模式1的信号帧结构示意图；

图2为帧头信号结构示意图；

图3为帧同步结果示意图；

图4为副峰抑制方法示意图；

图5为抑制副峰前信号模糊函数；

图6为抑制副峰后信号模糊函数。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例

本发明已应用于一种多载波模式的数字电视外辐射源雷达系统中。该系统使用某多载波模式的数字电视信号作为辐射源，该信号中心频率为666MHz，带宽为7.56MHz。外辐射源雷达通过接收直接由电视塔发射的信号(称为直达波信号)和经过目标反射的信号(称为回波信号)，对二者作互模糊函数来确定目标位置和速度等信息。直达波信号和回波信号经过A/D采样和数字下变频之后，数据率f_s为9MHz。对直达波信号按照如下步骤进行处理，回波信号不作处理。

副峰抑制算法的具体步骤包括：

1)帧同步，具体为：

对直达波信号，从某个采样点i开始，存储从该点开始的连续的196位接收序列，以及向后延迟304个采样点开始的连续196位接收序列，用下式来衡量二者相关性大小f(i)

$f\left(i\right)=\underset{n=0}{\overset{m1-1}{\mathrm{\Σ}}}x*(i+n)x(i+n+m2)i\∈\{\mathrm{1,2},...N_{\mathrm{frame}}+N_{\mathrm{head}}\}$

其中，N_frame=5000，N_head=500，m1＝196，m2=304，则对应i∈[1,5500]进行5500次运算，对变量f(i),i∈[1,5500]作峰值位置检测，最大值对应的i即为接收信号的第一个帧头的第一个采样点，如图3所示，最大值对应的i为4002。根据N_frame=5000即可递推出其余帧头位置。

2)副峰抑制，具体为：

为了抑制帧头和帧体功率差副峰、帧头副峰、系统信息副峰，需要对信号进行时域均衡，如图4所示，均衡器设计为

其中rand_420和rand_36分别是本地产生的长度为500个采样点和43个采样点的随机序列。

抑制副峰前后多载波数字电视信号模糊函数对比如图5和图6所示，不采取副峰抑制措施，多载波数字电视信号模糊函数在距离维和频率维都有明显的副峰，容易造成虚警，如图5所示；采用本发明提出的副峰抑制方法，在距离维和频率维都明显抑制了副峰，如图6所示，消除了副峰可能引起的虚警。

以上所述的具体描述，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种多载波数字电视外辐射源雷达系统中副峰抑制算法，其特征在于，由帧同步和副峰抑制两部分构成，包括以下步骤：

1)帧同步，具体为：

数字电视外辐射源雷达系统对接收到的直达数字电视信号，从某一个采样点i开始，存储从该采样点开始的连续m1位接收序列，然后向后延迟m2个采样点取连续m1位接收序列，计算两个接收序列的相关性的大小

$f\left(i\right)=\underset{n=0}{\overset{m1-1}{\mathrm{\Σ}}}x*(i+n)x(i+n+m2)i\∈\{\mathrm{1,2},...N_{\mathrm{frame}}+N_{\mathrm{head}}\}$

其中，f(i)为两个序列的相关性；x(n)为直达数字电视信号采样序列，x*(n)为x(n)的共轭；m1＝165*f_s/R_s，m2=255*f_s/R_s；f_s表示基带信号采样率；R_s表示基带符号速率且R_s=7.56MHz；N_frame表示信号帧的采样点数；N_head表示帧头的采样点数；

在上述(N_frame+N_head)次运算中，令f(i)取得最大值的i对应帧头的第一个采样点，并结合帧信号长度N_frame递推出其余帧头位置；

2)副峰抑制，具体包含如下两个步骤：

2.1为抑制帧头和帧体的功率差造成的副峰，对帧头部分进行功率补偿，即对帧头部分数据，幅度补偿为原来的

2.2对产生副峰的帧头和系统信息数据，对其相位进行随机化处理，即对经步骤1)同步处理后的信号进行时域均衡，均衡器设计为

其中rand_420和rand_36分别是本地产生的长度为420*f_s/R_s个采样点和36*f_s/R_s个采样点的随机序列。

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