CN104133195A - 一种海浪干扰抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海浪干扰抑制方法，应用于雷达目标检测系统中，所述方法包括：首先估计检测单元的背景杂波功率，获得所述检测单元的背景杂波功率估计值，然后估计参考单元采样数据s(n)的海浪杂波自相关线性特征，然后估计海浪杂波干扰强度，然后计算STC控制系数kstc(i)，最后基于所述背景杂波功率估计值、所述海浪杂波干扰强度、所述STC控制系数，所述雷达目标检测系统进行海浪干扰抑制操作，实现了能自动识别杂波、估计杂波干扰强度和自动调节海浪杂波干扰抑制程度来实现海浪干扰抑制。

Description

一种海浪干扰抑制方法
技术领域
本发明涉及导航雷达研究领域，尤其涉及一种海浪干扰抑制方法。
背景技术
导航雷达是海上船舶导航系统必须安装的设备之一，船用连续波导航雷达体积小，发射功率低，易安装，对人体危害小，可广泛应用于各类中小型船舶；具有探测载船周围的各种目标，引导船只按航道行驶，规避危险障碍物等功能。
载船在航海过程中有各种杂波干扰对雷达造成影响，包括环境与机内噪声干扰，同频干扰、雨雪杂波干扰与海浪杂波干扰等，其中海浪杂波干扰是最复杂、最严重的干扰之一。船舶遭遇风浪天气，海浪杂波干扰就会导致雷达图像出现大片杂波点，直接影响雷达对正常目标的检测，尤其在近量程的目标是完全淹没在杂波当中而难以辨认，雷达操作员只有通过手动调节增益来抑制海浪杂波。现在急需一种有效的方法来自动识别海浪杂波并抑制或去除海浪杂波干扰。目前存在的方法主要是通过杂波建模和资料统计来估计海浪杂波强度进而抑制海浪杂波干扰。但建模和统计资料运算量大，实时性低，难以满足雷达工程实践的要求。
综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
在现有技术中，目前存在的方法主要是通过杂波建模和资料统计来估计海浪杂波强度进而抑制海浪杂波干扰，但建模和统计资料运算量大，实时性低，难以满足雷达工程实践的要求，所以，现有技术中的抑制海浪杂波干扰的方法存在运算量大，实时性低，难以满足雷达工程实践的要求的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种海浪干扰抑制方法，解决了现有技术中的抑制海浪杂波干扰的方法存在运算量大，实时性低，难以满足雷达工程实践的要求的技术问题，实现了能自动识别杂波、估计杂波干扰强度和自动调节海浪杂波干扰抑制程度来实现海浪干扰抑制，且运算量小，实时性高，能够满足雷达工程实践的要求的技术效果。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种海浪干扰抑制方法，应用于雷达目标检测系统中，所述方法包括：
首先，估计检测单元的背景杂波功率，获得所述检测单元的背景杂波功率估计值；
然后，估计参考单元采样数据s(n)的海浪杂波自相关线性特征；
然后，估计海浪杂波干扰强度；
然后，计算STC控制系数kstc(i)；
最后，基于所述背景杂波功率估计值、所述海浪杂波干扰强度、所述STC控制系数，所述雷达目标检测系统进行海浪干扰抑制操作。
进一步的，所述估计检测单元的背景杂波功率具体包括：
利用雷达接收到回波信号，将所述回波信号经过前端信号处理，获得包含被海浪杂波干扰的目标信息数据x，所述x数据长度为Nx；
提取所述x中第i个检测单元x(i)及其参考单元采样s(n)，利用所述s(n)计算背景杂波功率估计值Z                                               ，其中，所述i为大于等于1且小于等于Nx的正整数。
进一步的，所述估计参考单元采样数据s(n)的海浪杂波自相关线性特征具体包括：
所述s(n)的数据均大于零且其长度为N，对s(n)做自相关处理，得到杂波自相关序列r(m)：
， (n为大于等于0且小于等于N-1的自然数，m为大于等于0且小于等于N-1的自然数),              (1)
构建高斯杂波自相关系数标准曲线c(m)：
， (m为大于等于0且小于等于N-1的自然数)             (2)
结合所述r(m)与所述c(m)定义杂波自相关序列线性度Gline(i)，其计算公式如下：
 ,(i为大于等于1且小于等于Nx的正整数，m为大于等于0且小于等于N-1的自然数)                        (3)
进一步的，所述估计海浪杂波干扰强度具体包括：
采用杂波自相关系数线性度估计海浪杂波干扰强度Eclutter(i)：
 ,(i为大于等于1且小于等于Nx的正整数）                        (4)
所述为通过显示设备发送的海浪干扰抑制强度命令按照接口控制协议解析出来的海浪抑制系数。
进一步的，所述计算STC控制系数kstc(i)的公式具体为：
, (i为大于等于1且小于等于Nx的正整数）             (5)
其中，所述R(i)是第i个检测单元对应的距离，为通过命令解析得到的海浪抑制系数，根据不同的海杂波等级具有不同的数值。
进一步的，所述雷达目标检测系统进行海浪干扰抑制操作具体为：
所述雷达目标检测系统的判决阈值为Sth(i)，计算公式如下：
 ,(i为大于等于1且小于等于Nx的正整数）                     (6)
其中，T是通过虚警概率Pfa计算得到的标称因子。
进一步的，所述雷达目标检测系统包括：雷达目标检测器、检测单元、参考单元、参数估计子系统 、判决系统。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于采用了首先估计检测单元的背景杂波功率，获得所述检测单元的背景杂波功率估计值，然后估计参考单元采样数据s(n)的海浪杂波自相关线性特征，然后估计海浪杂波干扰强度，然后计算STC控制系数kstc(i)，最后基于所述背景杂波功率估计值、所述海浪杂波干扰强度、所述STC控制系数，所述雷达目标检测系统进行海浪干扰抑制操作的技术方案，即首先获得杂波自相关线性特性并估计出杂波自相关线性度，能自动识别杂波、估计杂波干扰强度和自动调节海浪杂波干扰抑制程度的方法，所以，有效解决了现有技术中的抑制海浪杂波干扰的方法存在运算量大，实时性低，难以满足雷达工程实践的要求的技术问题，进而实现了能自动识别杂波、估计杂波干扰强度和自动调节海浪杂波干扰抑制程度来实现海浪干扰抑制，且运算量小，实时性高，能够满足雷达工程实践的要求的技术效果。
附图说明
图1是本申请实施例一中海浪干扰抑制方法的流程图；
图2是本申请实施例一中海浪干扰抑制方法的实现框图。
具体实施方式
本发明提供了一种海浪干扰抑制方法，解决了现有技术中的抑制海浪杂波干扰的方法存在运算量大，实时性低，难以满足雷达工程实践的要求的技术问题，实现了能自动识别杂波、估计杂波干扰强度和自动调节海浪杂波干扰抑制程度来实现海浪干扰抑制，且运算量小，实时性高，能够满足雷达工程实践的要求的技术效果。
本申请实施中的技术方案为解决上述技术问题。总体思路如下：
采用了首先估计检测单元的背景杂波功率，获得所述检测单元的背景杂波功率估计值，然后估计参考单元采样数据s(n)的海浪杂波自相关线性特征，然后估计海浪杂波干扰强度，然后计算STC控制系数kstc(i)，最后基于所述背景杂波功率估计值、所述海浪杂波干扰强度、所述STC控制系数，所述雷达目标检测系统进行海浪干扰抑制操作的技术方案，即首先获得杂波自相关线性特性并估计出杂波自相关线性度，能自动识别杂波、估计杂波干扰强度和自动调节海浪杂波干扰抑制程度的方法，所以，有效解决了现有技术中的抑制海浪杂波干扰的方法存在运算量大，实时性低，难以满足雷达工程实践的要求的技术问题，进而实现了能自动识别杂波、估计杂波干扰强度和自动调节海浪杂波干扰抑制程度来实现海浪干扰抑制，且运算量小，实时性高，能够满足雷达工程实践的要求的技术效果。
实施例一：
在实施例一中，提供了一种海浪干扰抑制方法，应用于雷达目标检测系统中，请参考图1-图2，所述方法包括：
S10，估计检测单元的背景杂波功率，获得所述检测单元的背景杂波功率估计值；
S20，估计参考单元采样数据s(n)的海浪杂波自相关线性特征；
S30，估计海浪杂波干扰强度；
S40，计算STC控制系数kstc(i)；
S50，基于所述背景杂波功率估计值、所述海浪杂波干扰强度、所述STC控制系数，所述雷达目标检测系统进行海浪干扰抑制操作。
其中，在本申请实施例中，所述估计检测单元的背景杂波功率具体包括：
首先，利用雷达接收到回波信号，将所述回波信号经过前端信号处理，获得包含被海浪杂波干扰的目标信息数据x，所述x数据长度为Nx；
然后，提取所述x中第i个检测单元x(i)及其参考单元采样s(n)，利用所述s(n)计算背景杂波功率估计值Z，其中，所述i为大于等于1且小于等于Nx的正整数。
其中，在本申请实施例中，所述估计参考单元采样数据s(n)的海浪杂波自相关线性特征具体包括：
所述s(n)的数据均大于零且其长度为N，对s(n)做自相关处理，得到杂波自相关序列r(m)：
， (n为大于等于0且小于等于N-1的自然数，m为大于等于0且小于等于N-1的自然数),              (1)
构建高斯杂波自相关系数标准曲线c(m)：
，(m为大于等于0且小于等于N-1的自然数)               (2)
结合所述r(m)与所述c(m)定义杂波自相关序列线性度Gline(i)，其计算公式如下：
 ,(i为大于等于1且小于等于Nx的正整数，m为大于等于0且小于等于N-1的自然数)                        (3)
其中，在本申请实施例中，所述估计海浪杂波干扰强度具体包括：
采用杂波自相关系数线性度估计海浪杂波干扰强度Eclutter(i)：
 ,(i为大于等于1且小于等于Nx的正整数）                        (4)
所述为通过显示设备发送的海浪干扰抑制强度命令按照接口控制协议解析出来的海浪抑制系数。依照命令所提供的数值将海浪干扰抑制强度分为若干等级，可针对不同的等级设置不同的海浪抑制系数。
其中，在实际应用中，杂波自相关系数线性度表示杂波自相关系数与高斯杂波标准线性曲线的接近程度。如果杂波包络服从高斯分布，高斯杂波线性度越高则海杂波干扰越强，高斯杂波线性度越低则海杂波干扰越弱。所以，不妨采用杂波自相关系数线性度估计海浪杂波干扰强度Eclutter(i)。
其中，在本申请实施例中，所述计算STC控制系数kstc(i)的公式具体为：
 , (i为大于等于1且小于等于Nx的正整数）             (5)
其中，所述R(i)是第i个检测单元对应的距离，为通过命令解析得到的海浪抑制系数，根据不同的海杂波等级具有不同的数值。
其中，在本申请实施例中，所述雷达目标检测系统进行海浪干扰抑制操作具体为：
所述雷达目标检测系统的判决阈值为Sth(i)，计算公式如下：
 ,(i为大于等于1且小于等于Nx的正整数）                     (6)
其中，T是通过虚警概率Pfa计算得到的标称因子。
其中，在实际应用中，自动海浪干扰抑制通过Eclutter(i) 控制不同海浪干扰情形下的判决阈值来实现，当海面风浪增大或减小时，杂波自相关线性度及海浪杂波干扰强度估计Eclutter(i)也相应地增大或减小，从而自我调整地调节判决阈值Sth(i)，控制海浪干扰抑制程度。另外，STC控制系数用于控制在不同距离单元上的海浪干扰抑制程度，近距离海浪干扰抑制程度大，远距离海浪干扰抑制程度小，而超过一定距离的检测单元不进行海浪干扰抑制。
其中，在本申请实施例中，所述雷达目标检测系统包括：雷达目标检测器、检测单元、参考单元、参数估计子系统 、判决系统。
其中，在实际应用中， 检测单元是指存储待检测数据样本的寄存器；参考单元是指存储参考数据样本的移位寄存器。所述参数估计子系统包括背景杂波功率估计子系统、海浪杂波干扰强度估计子系统与STC控制系数估计子系统；检测单元是指存储待检测数据样本的寄存器；参考单元是指存储参考数据样本的移位寄存器。
其中，在实际应用中，请参考图2，图2为海浪干扰抑制方法的实现框图，
如图2所示，一种海浪干扰抑制方法的实现模块，它包括检测单元及参考单元提取电路、自相关处理电路、高斯杂波自相关系数标准曲线构建模块、杂波自相关线性度估计器、海浪杂波干扰强度估计器、背景杂波功率估计器、阈值形成器、判决器、命令解析电路以及STC控制系数计算电路。 
命令解析电路的输入与外部显示控制设备输出的海浪干扰抑制强度命令信号连接，命令解析电路的一个输出端与海浪杂波干扰强度估计器的一个输入端连接, 命令解析电路的另一个输出端与STC控制系数计算电路的一个输入端连接, 当前检测单元的距离信号与STC控制系数计算电路的另一个输入端连接; 前端信号处理器的输出端与检测单元及参考单元提取电路的输入端连接, 检测单元及参考单元提取电路输出的参考单元样本信号分别与自相关处理器和背景杂波功率估计器的输入端连接, 自相关处理器输出端输出的自相关序列信号分别与高斯杂波自相关系数标准曲线构建模块和杂波自相关线性度估计器的输入端连接, 高斯杂波自相关系数标准曲线构建模块的输出端与杂波自相关线性度估计器的输入端连接, 自相关线性度估计器的输出端与海浪杂波干扰强度估计器的另一个输入端连接；阈值形成器的第一个输入端与背景杂波功率估计器的输出端连接, 阈值形成器的第二个输入端与虚警概率标称因子信号连接, 阈值形成器的第三个输入端与海浪杂波干扰强度估计器的输出端连接, 阈值形成器的第四个输入端与STC控制系数计算电路的输出端连接, 阈值形成器的输出端与判决器的一个输入端连接, 检测单元及参考单元提取电路的另一个输出端输出的检测单元样本信号与判决器的另一个输入端连接。判决器的输出端与后续信号处理单元相连。
下面举个例子对本申请实施例中的一种海浪干扰抑制方法进行介绍：
其中，在实际应用中，例如某公司于2013年7月投产了SPCR-20型船用导航雷达，该产品的信号处理机正是以本申请实施例中所述的海浪干扰抑制方法作为最终的抗海浪干扰技术方案。SPCR-20在港口、海岸和海上等各种探测环境中做了许多抗海浪干扰测试：在低海况下，仅向上微调海杂波抑制强度，即可将海浪杂波干扰抑制干净；在中高海况下，适当上调海杂波抑制强度，也能达到海浪杂波干扰抑制目的。因此，应用了本申请实施例中方法的SPCR-20雷达产品具备良好的海浪干扰抑制能力，证明了本申请实施例中所述的海浪干扰抑制方法的有效性和实用性。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
由于采用了首先估计检测单元的背景杂波功率，获得所述检测单元的背景杂波功率估计值，然后估计参考单元采样数据s(n)的海浪杂波自相关线性特征，然后估计海浪杂波干扰强度，然后计算STC控制系数kstc(i)，最后基于所述背景杂波功率估计值、所述海浪杂波干扰强度、所述STC控制系数，所述雷达目标检测系统进行海浪干扰抑制操作的技术方案，即首先获得杂波自相关线性特性并估计出杂波自相关线性度，能自动识别杂波、估计杂波干扰强度和自动调节海浪杂波干扰抑制程度的方法，所以，有效解决了现有技术中的抑制海浪杂波干扰的方法存在运算量大，实时性低，难以满足雷达工程实践的要求的技术问题，进而实现了能自动识别杂波、估计杂波干扰强度和自动调节海浪杂波干扰抑制程度来实现海浪干扰抑制，且运算量小，实时性高，能够满足雷达工程实践的要求的技术效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种海浪干扰抑制方法，应用于雷达目标检测系统中，其特征在于，所述方法包括：
估计检测单元的背景杂波功率，获得所述检测单元的背景杂波功率估计值；
估计参考单元采样数据s(n)的海浪杂波自相关线性特征；
估计海浪杂波干扰强度；
计算STC控制系数kstc(i)；
基于所述背景杂波功率估计值、所述海浪杂波干扰强度、所述STC控制系数，所述雷达目标检测系统进行海浪干扰抑制操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估计检测单元的背景杂波功率具体包括：
利用雷达接收到回波信号，将所述回波信号经过前端信号处理，获得包含被海浪杂波干扰的目标信息数据x，所述x数据长度为Nx；
提取所述x中第i个检测单元x(i)及其参考单元采样s(n)，利用所述s(n)计算背景杂波功率估计值Z                                               ，其中，所述i为大于等于1且小于等于Nx的正整数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估计参考单元采样数据s(n)的海浪杂波自相关线性特征具体包括：
所述s(n)的数据均大于零且其长度为N，对s(n)做自相关处理，得到杂波自相关序列r(m)：
，(n为大于等于0且小于等于N-1的自然数，m为大于等于0且小于等于N-1的自然数),(1)
构建高斯杂波自相关系数标准曲线c(m)：
，(m为大于等于0且小于等于N-1的自然数)             (2)
结合所述r(m)与所述c(m)定义杂波自相关序列线性度Gline(i)，其计算公式如下：
, (i为大于等于1且小于等于Nx的正整数，m为大于等于0且小于等于N-1的自然数)(3)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估计海浪杂波干扰强度具体包括：
采用杂波自相关系数线性度估计海浪杂波干扰强度Eclutter(i)：
 ,（4） (i为大于等于1且小于等于Nx的正整数）                  
所述为通过显示设备发送的海浪干扰抑制强度命令按照接口控制协议解析出来的海浪抑制系数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算STC控制系数kstc(i)的公式具体为：
 , (i为大于等于1且小于等于Nx的正整数）(5)
其中，所述R(i)是第i个检测单元对应的距离，为通过命令解析得到的海浪抑制系数，根据不同的海杂波等级具有不同的数值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述雷达目标检测系统进行海浪干扰抑制操作具体为：
所述雷达目标检测系统的判决阈值为Sth(i)，计算公式如下：
  ,(i为大于等于1且小于等于Nx的正整数） (6)
其中，T是通过虚警概率Pfa计算得到的标称因子。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述雷达目标检测系统包括：雷达目标检测器、检测单元、参考单元、参数估计子系统 、判决系统。
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