CN103383454A

CN103383454A - 抑制p波段sar回波信号中模拟电视信号的方法

Info

Publication number: CN103383454A
Application number: CN2012101354659A
Authority: CN
Inventors: 向茂生; 丁斌
Original assignee: Institute of Electronics of CAS
Current assignee: Institute of Electronics of CAS
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2013-11-06

Abstract

本发明公开了一种抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法。该方法包括：将P波段SAR回波信号进行傅里叶变换，将其变换至频域，构成频域回波信号；在频域回波信号的频谱中搜索对应电视频道的亮度信号、色度信号和伴音信号的载频；使用分别对应于亮度信号载频及其谐波、色度信号载频及其谐波，和伴音信号的陷波器对频域回波信号进行滤波；将滤波后的频域回波信号进行逆傅里叶变换，将其重新变换至时域。本发明的方法仅对载频及其谐波进行滤除，而不对整个8MHz的模拟电视信号进行滤除，从而最大限度的避免了SAR回波信号的损失，保持了SAR回波信号不失真。

Description

抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法

技术领域

本发明涉及电子行业雷达技术领域，特别是一种抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)是以微波谱段的电磁波作为探测载体，借助合成孔径实现对观测对象的高精度二维成像的信息获取技术。与传统光学成像相比，SAR具有远距探测、全天时、全天候的工作优点。工作在低频段的SAR如P波段SAR，能够穿透叶簇和地表获取地表和植被下的信息。这些优势使其在农业、林业、地质、环境、水文、海洋、灾害、测绘与军事领域得到广泛的应用。然而工作在P波段的SAR却容易受到同一波段的模拟电视信号的干扰，这些干扰的存在降低了SAR图像的信干噪比，从而影响了SAR图像质量。在干扰功率较大的情况下，会在图像中出现沿距离向的亮线和图像模糊，增加了SAR目标识别和后处理的难度。现有的射频干扰抑制方法主要分为两类。

第一类是基于参数估计的抑制方法，即把射频干扰看作多个正弦信号的叠加。利用最小均方误差(LMS)准则或最大似然(ML)准则估计正弦信号的数目、频率、幅度和相位，然后将射频干扰从原始数据中对消。对于时不变的射频干扰参数化方法有较好的处理效果，而且对信号的损失较少。其缺点是基于参数模型，模型参数的估计精度关系到射频干扰的抑制效果，参数估计时间长，运算量较大。并且对于时变的射频干扰直接使用该方法抑制效果很差。由于模拟电视信号的时域波形随时间变化较快，而且具有一定的随机性，一般的建模和参数估计方法难以对其准确建模。

第二类是非参数化射频干扰抑制方法，该类方法是利用谱估计的方法对射频干扰进行识别，然后在时域或频域上进行滤波，频域陷波法就属于这类干扰抑制方法。这类方法简单、运算量小而且易于实现，但是该方法在抑制射频干扰的同时，也损失了SAR目标回波信号，特别是当射频干扰(RFI)信号带宽较大时，有用信号损失较多，会严重影响SAR的成像质量。

图1为模拟电视信号的频谱结构示意图。如图1所示，图中a1到c1为亮度信号频谱的频率范围；b1到b2为色度信号频谱的频率范围；c1到c2为伴音信号的频谱范围。图2为模拟电视信号中亮度信号和色度信号的频谱示意图。如图2所示，在多脉冲回波信号拼接后的频谱中，对于亮度信号载频和色度信号载频，其能量只集中在其载频(f_c)及其谐波(f_c+nf_h)附近很窄的范围内，随着谐波次数的升高，能量逐渐下降，谱线间有较大的空隙。

传统陷波方法在抑制模拟电视信号时，通过将单个脉冲的SAR回波信号变换至频域，在频域设计陷波器将整个8MHz的模拟电视信号陷波抑制掉，从而损失了大量的有用信号，造成SAR回波信号的失真。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法，以在P波段SAR回波信号中模拟电视信号的同时，尽可能避免SAR回波信号的损失，保持SAR回波信号不失真。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法，包括：将P波段SAR回波信号进行傅里叶变换，将其变换至频域，构成频域回波信号；在频域回波信号的频谱中搜索对应电视频道的亮度信号、色度信号和伴音信号的载频；使用分别对应于亮度信号载频及其谐波、色度信号载频及其谐波，和伴音信号的陷波器对频域回波信号进行滤波；将滤波后的频域回波信号进行逆傅里叶变换，将其重新变换至时域。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法具有以下有益效果：

(1)本发明的方法仅对载频及其谐波进行滤除，而不对整个8MHz的模拟电视信号进行滤除，从而最大限度的避免了SAR回波信号的损失，保持了SAR回波信号不失真；

(2)本发明的方法通过拼接多个脉冲的SAR回波信号，提高了频率分辨率，进而能够分辨出模拟电视信号的频谱细节，提高了分辨的准确率；

(3)本发明的方法简单、运算量小而且易于实现，能够满足实时性要求，可以适应时变的电磁环境.

附图说明

图1为模拟电视信号的频谱结构示意图；

图2为模拟电视信号中亮度信号和色度信号的频谱示意图；

图3为本发明实施例抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。且在附图中，以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种P波段SAR射频干扰抑制方法。图3为本发明实施例P波段SAR射频干扰抑制方法的流程图。如图3所示，本实施例包括：

步骤S₁：从P波段SAR原始回波信号中读取N个脉冲的回波数据，然后在时域将这N个脉冲的回波数据以首尾相接的方式进行拼接，构成回波信号组；

本步骤中，将多个脉冲的P波段SAR回波数据首尾相接的数据拼接方式，即前一个脉冲的尾接后一个脉冲的首，形成多个脉冲首尾相接的数据链，旨在形成对模拟电视信号较长的观测时间。因为增加了时宽，所以提高了频率分辨率。有助于准确识别P波段SAR回波信号中的模拟电视信号。优选地，1000≥N≥100。

步骤S₂：将拼接后的回波信号组进行傅里叶变换至频域，构成频域回波信号；

步骤S₃：根据模拟电视信号的频谱特征，在拼接后的N个脉冲的回波信号组的频谱中搜索对应电视频道的亮度信号、色度信号和伴音信号的载频位置；

由于亮度信号和伴音信号载频处的幅度较高(较容易发现)，而且亮度信号、色度信号和伴音信号的载频位置固定，因此搜索亮度信号和伴音信号的载频位置即可。具体的亮度信号和伴音信号载频位置的搜索步骤如下：

a₁、首先根据当地UHF波段模拟电视频率范围来确定N个脉冲回波信号拼接后的回波信号组频谱的搜索范围；以中国大陆为例，UHF波段电视频道的频率范围为471.25MHz-951.25MHz，则将搜索范围确定至SAR系统带宽与该频率范围的交集。

当然，本步骤并不是必须的，如果系统的搜索速度足够快的话，能够在短时间内搜索比较宽的频率范围，则完全执行完步骤S2后直接执行步骤a₂，而省略本步骤。

a₂：在搜索范围内，搜索具有固定间距(6.5MHz)的频谱尖峰对，该频谱尖峰对即为模拟电视信号的亮度信号和伴音信号的载频。而色度信号的载频则位于亮度信号和伴音信号的载频之间，与亮度信号间隔4.433618MHz。

步骤S₄：使用分别对应于亮度信号载频及其谐波、色度信号载频及其谐波，和伴音信号的陷波器对所述频域回波信号进行滤波；具体而言，本步骤包括：

步骤S401，确定亮度信号载频陷波器和至少一亮度信号谐波陷波器，该亮度信号载频陷波器的中心频率对应于搜索到的亮度信号载频，该亮度信号谐波陷波器的中心频率对应于搜索到的亮度信号载频的谐波；

步骤S402，确定色度信号载频陷波器和至少一色度信号谐波陷波器，该色度信号载频陷波器的中心频率对应于搜索到的色度信号载频，该色度信号谐波陷波器的中心频率对应于搜索到的色度信号载频的谐波；

步骤S403，确定伴音信号陷波器，该伴音信号陷波器的中心频率对应于搜索到的伴音信号载频。

步骤S404，利用所述亮度信号载频陷波器、色度信号载频陷波器、至少一亮度信号谐波陷波器、至少一色度信号谐波陷波器和伴音信号陷波器所述频域回波信号进行滤波。

其中，步骤S401、S402和S403的顺序可以相互调整，不以上述实施例做严格限定。亮度信号的离散谱线间的间距为15625Hz(f_h)，因此在亮度信号的频率范围内以亮度信号的载频位置为起点，隔f_h设置一个陷波器。同时，考虑到亮度信号载频处谱线能量较大，谱线带宽较宽，且这些离散谱线的能量和带宽随着远离亮度信号载频位置而逐渐减小。因此在设计陷波器时，亮度信号载频位置处的陷波器带宽较宽，随着远离载频位置，其它离散谱线处的陷波器带宽逐渐减小。以实际数据处理为例，亮度信号载频处的陷波器陷波宽度为23845Hz，其它离散谱线位置处的陷波器陷波宽度为476.8372Hz。

针对色度信号的频谱是以色度信号载频为中心，以行频f_h为间隔的离散谱线。通过在色度信号频率范围内设计以色度信号载频为中心，以行频f_h为间隔的陷波器来滤除这些离散谱线。以实际数据为例，离散谱线处的陷波器陷波带宽为476.8372Hz。

伴音信号是一调频信号，其频谱不是离散的谱线，而且其带宽较窄。因此直接设计陷波器将其滤除，以实际数据为例陷波器带宽为23845Hz。

需要说明的是，上述陷波器的陷波宽度只针对某P波段SAR回波数据，并无普适性。实际处理中应根据实际情况选择各陷波器的陷波宽度。

本方法与传统频域陷波方法的区别在于：传统陷波方法在抑制模拟电视信号时，通过将单个脉冲的SAR回波信号变换至频域，在频域设计陷波器将整个8MHz的模拟电视信号陷波抑制掉。而本方法首先将多个脉冲的SAR回波信号拼接起来，以提高模拟电视信号的观测时间，时宽增加了对应频谱的频率分辨率也就提高了。因此在多个脉冲的SAR回波信号拼接后的频谱中，就能够看清模拟电视信号亮度信号和色度信号的频谱细节，如图3所示。通过步骤S₄设计的滤波器组将这些离散的谱线通过多脉冲谐波滤波器滤除，而谱线间有用信号的频谱分量得以保留。

步骤S₅：将滤波后的N个脉冲的频域回波信号进行傅里叶逆变换，重新将其变换至时域。

至此，本发明实施例机载P波段SAR射频干扰抑制方法介绍完毕。

需要说明的是，上述对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如：P波段SAR系统的转载平台也可以为除飞机之外的其它飞行器，例如浮空器；电视频道也可以为多个。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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

1.一种抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法，包括：

将P波段SAR回波信号进行傅里叶变换，将其变换至频域，得到其频谱；

在所述回波信号的频谱中搜索对应电视频道的亮度信号、色度信号和伴音信号的载频；

使用分别对应于亮度信号载频及其谐波、色度信号载频及其谐波，和伴音信号的频域陷波器对所述回波信号进行滤波；

将滤波后的回波信号进行傅里叶逆变换，将其重新变换至时域。

2.根据权利要求1所述的抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法，其中，

所述将P波段SAR回波信号进行傅里叶变换的步骤之前还包括：从P波段SAR回波信号中读取N个脉冲的回波信号；在时域将该N个脉冲的回波信号以首尾相接的方式进行拼接，构成回波信号组；

所述将P波段SAR回波信号进行傅里叶变换的步骤包括：将所述回波信号组进行傅里叶变换。

3.根据权利要求2所述的抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法，其中，所述100≤N≤1000。

4.根据权利要求1所述的抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法，其中，所述使用分别对应于亮度信号载频及其谐波、色度信号载频及其谐波，和伴音信号的陷波器对所述频域回波信号进行滤波的步骤包括：

确定亮度信号载频陷波器和至少一亮度信号谐波陷波器，该亮度信号载频陷波器的中心频率对应于搜索到的亮度信号载频，该亮度信号谐波陷波器的中心频率对应于搜索到的亮度信号载频的谐波；

确定色度信号载频陷波器和至少一色度信号谐波陷波器，该色度信号载频陷波器的中心频率对应于搜索到的色度信号载频，该色度信号谐波陷波器的中心频率对应于搜索到的色度信号载频的谐波；

确定伴音信号陷波器，该伴音信号陷波器的中心频率对应于搜索到的伴音信号载频。

利用所述亮度信号载频陷波器、色度信号载频陷波器、至少一亮度信号谐波陷波器、至少一色度信号谐波陷波器和伴音信号陷波器在频域对所述回波信号进行滤波。

5.根据权利要求4所述的抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法，其中，

所述亮度信号载频陷波器的宽度为23845Hz，所述亮度信号谐波陷波器的宽度为476.8372Hz；

所述色度信号载频陷波器和色度信号谐波陷波器的宽度为476.8372Hz；

所述伴音信号陷波器的宽度为23845Hz。

6.根据权利要求1所述的抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法，其中，所述在频域回波信号的频谱中搜索对应电视频道的亮度信号、色度信号和伴音信号的载频的步骤包括：

在频域回波信号中搜索具有固定间距的频谱尖峰对，该频谱尖峰对即为模拟电视信号的亮度信号的载频和伴音信号的载频；

在亮度信号载频和伴音信号载频之间，搜索色度信号的载频。

7.根据权利要求6所述的抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法，其中，

所述待搜索的频谱尖峰对的固定间距为6.5MHz；

所述色度信号载频位于与亮度信号载频相隔4.433618MHz的位置。

8.根据权利要求6所述的抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法，其中，

所述在频域回波信号中搜索具有固定间距的频谱尖峰对的步骤之前还包括：根据当地UHF波段模拟电视频率范围确定回波信号频谱的搜索范围；

所述在频域回波信号中搜索具有固定间距的频谱尖峰对的步骤包括：在所述搜索范围内搜索具有固定间距的频谱尖峰对。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法，其中，所述电视频道为一个或多个。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的抑制P波段SAR回波信号中模拟电视信号的方法，其中，所述SAR回波信号为机载或其它载台的SAR回波信号。