CN105005031A - 一种基于帧相关的脉压导航雷达信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于帧间相关的脉压导航雷达信号处理方法,该方法对回波噪底水平进行估计,利用杂波或噪声在两帧数据之间的相关性辨别杂波与目标,对目标回波直接输出,对杂波或噪声抑制幅度后输出,满足脉压导航雷达信号处理的基本要求,达到准确引导船只的目的。
Description
技术领域
本发明涉及脉压导航雷达信号处理领域,尤其涉及一种基于帧相关的脉压导航雷达信号处理方法。
背景技术
脉压导航雷达是导航雷达领域的一种新型体制雷达,具有发射功率低,分辨率高,探测距离远的特点,可广泛应用于各类大中型船舶,该体制雷达采用固态功率放大器放大宽脉冲的功率,通过天线发射到载船附近的空间,然后接收周围目标或者海面的反射信号,在接收机内部进行脉冲压缩获得窄脉冲。
脉压导航雷达所接收的信号中,除了来自目标本身的回波外,还有来自海面、雨雪的杂乱回波以及机器内部噪声干扰,脉压导航雷达信号处理的任务就是在抑制上述杂波和噪声的基础上,检测和突出目标回波并送达显示设备,为雷达操作员提供导航目标信息。
在现有技术中,目前脉压导航雷达信号处理主要依靠CFAR(恒虚警率)检测和STC(灵敏度时间控制)来除去无用杂波和噪声。而单纯按上述方法无法有效地在杂波和噪声中分离目标。
CFAR检测处理通过信号的幅度判别一个距离单元的信号是目标还是杂波或噪声,设定一定的阈值,低于该规定阈值的信号判定为杂波或噪声并去除;近程海浪反射很大,一般采用STC处理来解决,控制接收机增益随着时间(距离)的增大而减小,从而达到削弱海杂波,特别是雷达附近的海杂波的目的。
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:CFAR检测处理的问题是,当小目标的幅度接近噪声水平时,小目标被误判为杂波或噪声而出现漏警;而在高海情时,海杂波的幅度往往超出规定阈值被误判为目标而出现虚警;STC存在着这样的问题,STC控制曲线固定不变,当海杂波幅度随环境而变动,环境适应性和工作稳定性变差。
在现有技术中,现有的脉压导航雷达信号处理方法存在无法有效地在杂波和噪声中分离目标的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种基于帧相关的脉压导航雷达信号处理方法,解决了现有的脉压导航雷达信号处理方法存在无法有效地在杂波和噪声中分离目标的技术问题,实现了能够有效地在杂波和噪声中分离出目标,满足脉压导航雷达信号处理的基本要求,准确引导船只的技术效果。
为解决上述技术问题,本申请实施例提供了一种基于帧相关的脉压导航雷达信号处理方法,所述方法包括:
步骤1:将接收到的回波信号进行数字式脉冲压缩处理,获得脉压信号s(n);
步骤2:对脉压信号s(n)进行噪底水平估计处理,获得噪底水平估计值Anoise,并将输出噪底水平估计值Anoise到帧间相关处理模块;
步骤3:将角度编码器输出的角度编码数值输出到角度编码统计模块进行角度编码统计处理,获得雷达天线扫描圈数标志flag、帧数据存储器地址addram、雷达天线扫描一圈之内的角度总数Nangle,并将flag输出到信号选择模块、帧数据存储器及帧间相关处理模块,将addram输出到帧数据存储器和帧间相关处理模块,将Nangle输出到帧间相关处理模块;
步骤4:信号选择器基于选择准则对输入的数据进行选择输出,并将数据输出到帧数据存储器中;
步骤5:帧间相关处理模块基于输入的数据进行帧间相关处理,获得相应的输出数据,所述输出数据一方面输出到信号选择模块被选择和存储,同时另一方面输出到CFAR检测模块作进一步处理。
进一步的,所述将接收到的回波信号进行数字式脉冲压缩处理,获得脉压信号s(n),具体为:
雷达接收到回波信号后,经过前端信号处理,获得I/Q双通道数字正交信号I(n)、Q(n),其中n为大于等于0小于等于N-1的整数,N为最大采样点数,对I(n)、Q(n)进行数字式脉冲压缩,得到脉压信号s(n)。
进一步的,所述对脉压信号s(n)进行噪底水平估计处理,获得噪底水平估计值Anoise,具体包括:
对脉压信号s(n)按照幅度从小到大的次序排序,得到s'(n),则:
s'(0)≤s'(1)≤s'(2)≤…≤s'(N-1) (1)
估计噪底首先需要准确找到前段数据和后段数据的分界点,该分界点的数据幅度需满足如下准则:
其中,k为分界点数据的序号,Pfc为虚警概率,求出序号比k小的所有数据的平均值作为噪底水平估计值Anoise:
进一步的,所述信号选择器基于选择准则对输入的数据进行选择输出,具体包括:
信号选择器根据flag的指示选择s(n)和r(n)进行输出,输出数据为x(n),其选择准则如下:
当flag等于0时,即接收的数据达不到一帧数据的数据量,因此帧数据存储器的数据输入端即信号选择模块的输出端无数据信号,在该时间段帧数据存储器不工作;当flag大于等于1时,帧数据存储器的数据输入端有数据输入,并以信号addram作为存储器地址将数据写入帧数据存储器,帧数据存储器的数据输出端数据slast(n)根据flag的指示输出数据,其准则如下:
帧数据存储器的数据输出端数据slast(n)是与脉冲压缩模块输出的脉压数据s(n)处于同一方位上的上一帧的数据。
进一步的,所述帧间相关处理模块基于输入的数据进行帧间相关处理,获得相应的输出数据,具体包括:
当flag小于2时帧数据存储器的数据输出端无数据,此时帧间相关处理模块不做处理,输出数据为脉压数据s(n);
当flag等于2时,判断当前方位的帧数据存储器地址addram是否大于上一帧雷达天线扫描一圈之内的角度总数Nangle,若是,则输出数据为脉压数据s(n);若否,则一方面判断当前方位同一距离单元上的脉压数据s(n)的幅度是否大于上一帧与s(n)在同一方位和距离的脉压数据slast(n)的幅度,并且,另一方面判断该距离单元上的脉压数据s(n)的幅度是否小于噪底水平Anoise的规定倍数,若上述两个条件都满足,则认为距离单元的脉压数据s(n)是杂波或噪声,该距离单元帧间相关处理输出数据r(n)用公式6计算:
若上述两个条件不能都满足,则该距离单元帧间相关处理输出数据r(n)为当前帧的脉压数据s(n)。
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:
由于采用了将基于帧相关的脉压导航雷达信号处理方法设计为包括:步骤1:将接收到的回波信号进行数字式脉冲压缩处理,获得脉压信号s(n);步骤2:对脉压信号s(n)进行噪底水平估计处理,获得噪底水平估计值Anoise,并将输出噪底水平估计值Anoise到帧间相关处理模块;步骤3:将角度编码器输出的角度编码数值输出到角度编码统计模块进行角度编码统计处理,获得雷达天线扫描圈数标志flag、帧数据存储器地址addram、雷达天线扫描一圈之内的角度总数Nangle,并将flag输出到信号选择模块、帧数据存储器及帧间相关处理模块,将addram输出到帧数据存储器和帧间相关处理模块,将Nangle输出到帧间相关处理模块;步骤4:信号选择器基于选择准则对输入的数据进行选择输出,并将数据输出到帧数据存储器中;步骤5:帧间相关处理模块基于输入的数据进行帧间相关处理,获得相应的输出数据,所述输出数据一方面输出到信号选择模块被选择和存储,同时另一方面输出到CFAR检测模块作进一步处理的技术方案,即对回波噪底水平进行估计,利用杂波或噪声在两帧数据之间的相关性辨别杂波与目标,对目标回波直接输出,对杂波或噪声抑制幅度后输出,满足脉压导航雷达信号处理的基本要求,达到准确引导船只的目的,所以,有效解决了现有的脉压导航雷达信号处理方法存在无法有效地在杂波和噪声中分离目标的技术问题,进而实现了能够有效地在杂波和噪声中分离出目标,满足脉压导航雷达信号处理的基本要求,准确引导船只的技术效果。
附图说明
图1是本申请实施例一中基于帧相关的脉压导航雷达信号处理方法的实现框图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于帧相关的脉压导航雷达信号处理方法,解决了现有的脉压导航雷达信号处理方法存在无法有效地在杂波和噪声中分离目标的技术问题,实现了能够有效地在杂波和噪声中分离出目标,满足脉压导航雷达信号处理的基本要求,准确引导船只的技术效果。
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:
采用了将基于帧相关的脉压导航雷达信号处理方法设计为包括:步骤1:将接收到的回波信号进行数字式脉冲压缩处理,获得脉压信号s(n);步骤2:对脉压信号s(n)进行噪底水平估计处理,获得噪底水平估计值Anoise,并将输出噪底水平估计值Anoise到帧间相关处理模块;步骤3:将角度编码器输出的角度编码数值输出到角度编码统计模块进行角度编码统计处理,获得雷达天线扫描圈数标志flag、帧数据存储器地址addram、雷达天线扫描一圈之内的角度总数Nangle,并将flag输出到信号选择模块、帧数据存储器及帧间相关处理模块,将addram输出到帧数据存储器和帧间相关处理模块,将Nangle输出到帧间相关处理模块;步骤4:信号选择器基于选择准则对输入的数据进行选择输出,并将数据输出到帧数据存储器中;步骤5:帧间相关处理模块基于输入的数据进行帧间相关处理,获得相应的输出数据,所述输出数据一方面输出到信号选择模块被选择和存储,同时另一方面输出到CFAR检测模块作进一步处理的技术方案,即对回波噪底水平进行估计,利用杂波或噪声在两帧数据之间的相关性辨别杂波与目标,对目标回波直接输出,对杂波或噪声抑制幅度后输出,满足脉压导航雷达信号处理的基本要求,达到准确引导船只的目的,所以,有效解决了现有的脉压导航雷达信号处理方法存在无法有效地在杂波和噪声中分离目标的技术问题,进而实现了能够有效地在杂波和噪声中分离出目标,满足脉压导航雷达信号处理的基本要求,准确引导船只的技术效果。
为了更好的理解上述技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一:
在实施例一中,提供了一种基于帧相关的脉压导航雷达信号处理方法,请参考图1,所述方法包括:
步骤1:将接收到的回波信号进行数字式脉冲压缩处理,获得脉压信号s(n);
步骤2:对脉压信号s(n)进行噪底水平估计处理,获得噪底水平估计值Anoise,并将输出噪底水平估计值Anoise到帧间相关处理模块;
步骤3:将角度编码器输出的角度编码数值输出到角度编码统计模块进行角度编码统计处理,获得雷达天线扫描圈数标志flag、帧数据存储器地址addram、雷达天线扫描一圈之内的角度总数Nangle,并将flag输出到信号选择模块、帧数据存储器及帧间相关处理模块,将addram输出到帧数据存储器和帧间相关处理模块,将Nangle输出到帧间相关处理模块;
步骤4:信号选择器基于选择准则对输入的数据进行选择输出,并将数据输出到帧数据存储器中;
步骤5:帧间相关处理模块基于输入的数据进行帧间相关处理,获得相应的输出数据,所述输出数据一方面输出到信号选择模块被选择和存储,同时另一方面输出到CFAR检测模块作进一步处理。
其中,在本申请实施例中,所述将接收到的回波信号进行数字式脉冲压缩处理,获得脉压信号s(n),具体为:
雷达接收到回波信号后,经过前端信号处理,包括AD采样和数字下变频,AD采样的作用把模拟回波中频信号转换为数字回波中频信号以便后续数字信号处理,数字下变频的作用是将实数的数字中频回波信号转换为复数的数字基带回波信号,该信号可分为两个通道的数字正交信号I(n)、Q(n),其中n为大于等于0小于等于N-1的整数,N是最大采样点数且N为大于等于2的整数,对I(n)、Q(n)进行数字式脉冲压缩,数字式脉冲压缩的作用是将宽脉冲的数字回波信号通过匹配滤波器获得窄脉冲的数字回波信号,以提高距离分辨力,得到的窄脉冲的数字回波信号就是脉压信号s(n)。
其中,在本申请实施例中,所述对脉压信号s(n)进行噪底水平估计处理,获得噪底水平估计值Anoise,具体包括:
对脉压信号s(n)按照幅度从小到大的次序排序,得到s'(n),则:
s'(0)≤s'(1)≤s'(2)≤…≤s'(N-1) (1)
一般地,s'(n)中序号较小的前段数据包含噪声,序号较大的后段数据可能包含目标,估计噪底首先需要准确找到前段数据和后段数据的分界点,该分界点的数据幅度需满足如下准则:
其中,k为分界点数据的序号,Pfc为虚警概率,求出序号比k小的所有数据的平均值作为噪底水平估计值Anoise:
最后把噪底水平估计模块的的输出即噪底水平估计值Anoise输出到帧间相关处理模块。
其中,在本申请实施例中,脉压导航雷达的天线在边旋转边发射脉冲信号过程中,把角度编码器的输出即角度编码数值输出到角度编码统计模块,角度编码统计模块需要输出三个数据,第一个是雷达天线扫描圈数标志flag,第二个是帧数据存储器地址addram,第三个是雷达天线扫描一圈之内的角度总数Nangle。
雷达开机后,flag及addram均初始化为0,角度编码器输出的第一个角度码寄存在深度为2的移位寄存器的地址1中;接着当天线扫描到第二个角度时,移位寄存器的地址1的角度码下移到地址2中,同时把第二个角度码寄存在地址1中,计算移位寄存器中两个角度码的差Adiff;比较Adiff与0的大小关系,如果Adiff比0大表示扫描线没有到达雷达艏向,帧数据存储器地址addram加1;如果Adiff比0小表示扫描线到达雷达艏向,圈数标志flag加1,且累加到2便保持而不再累加,帧数据存储器地址addram已达到最大值,记为Nangle,并把addram清零,Nangle为雷达天线扫描一圈之内的角度总数,也是该帧数据存储器的深度。当天线扫描到后面任意一个角度时都实施与上述天线扫描到第二个角度时相同的操作。
角度编码统计模块统计的圈数标志flag输出到信号选择模块、帧数据存储器及帧间相关处理模块;flag等于0表示雷达天线扫描线处于第一圈,接收的数据是第一圈的数据,一般情况下,雷达开机后雷达天线扫描线会从非艏向的任意方位开始扫描,所以第一圈的数据很可能达不到一帧数据的数据量;flag等于1表示雷达天线扫描线处于第二圈,接收的数据是第二帧的数据;flag等于2表示雷达天线扫描线处于第三圈及以上圈,接收的数据是第三帧及以上帧的数据。
角度编码统计模块输出的帧数据存储器地址addram输出到帧数据存储器和帧间相关处理模块。
雷达天线扫描一圈之内的角度总数Nangle输出到帧间相关处理模块。
其中,在本申请实施例中,所述信号选择器基于选择准则对输入的数据进行选择输出,具体包括:
信号选择器的输入数据有脉冲压缩模块输出的脉压数据s(n)、帧间相关处理模块输出的帧间相关处理数据r(n)、角度编码统计模块输出的圈数标志flag,信号选择器根据flag的指示选择s(n)和r(n)进行输出,输出数据为x(n),其选择准则如下:
当flag等于0时,即接收的数据达不到一帧数据的数据量,因此帧数据存储器的数据输入端即信号选择模块的输出端无数据信号,在该时间段帧数据存储器不工作;当flag大于等于1时,帧数据存储器的数据输入端有数据输入,并以信号addram作为存储器地址将数据写入帧数据存储器,帧数据存储器的数据输出端数据slast(n)根据flag的指示输出数据,其准则如下:
N为大于等于0且小于等于N-1的整数,帧数据存储器的数据输出端数据slast(n)是与脉冲压缩模块输出的脉压数据s(n)处于同一方位上的上一帧的数据。
其中,在本申请实施例中,所述帧间相关处理模块基于输入的数据进行帧间相关处理,获得相应的输出数据,具体包括:
帧间相关处理的输入数据有脉冲压缩模块的输出数据s(n)、帧数据存储器的输出数据slast(n)、噪底统计模块输出的噪底水平估计值Anoise及角度编码统计模块输出的圈数标志flag、帧数据存储器地址addram和雷达天线扫描一圈之内的角度总数Nangle。
当flag小于2时帧数据存储器的数据输出端无数据,此时帧间相关处理模块不做处理,输出数据为脉压数据s(n);
当flag等于2时,由于风力等不可预测因素对天线转速造成影响,各帧数据深度会出现不一致的情况,判断当前方位的帧数据存储器地址addram是否大于上一帧雷达天线扫描一圈之内的角度总数Nangle,若是,则输出数据为脉压数据s(n);若否,则一方面判断当前方位同一距离单元上的脉压数据s(n)的幅度是否大于上一帧与s(n)在同一方位和距离的脉压数据slast(n)的幅度,并且,另一方面判断该距离单元上的脉压数据s(n)的幅度是否小于噪底水平Anoise的规定倍数,若上述两个条件都满足,则认为距离单元的脉压数据s(n)是杂波或噪声,该距离单元帧间相关处理输出数据r(n)用公式6计算:
若上述两个条件不能都满足,则该距离单元帧间相关处理输出数据r(n)为当前帧的脉压数据s(n)。
全部距离单元帧间相关处理输出数据r(n)输出到两个模块,一是输出到信号选择模块被选择和存储,以备天线扫描到下一圈时帧间相关处理使用,一是输出到CFAR检测模块作进一步处理,最后把检测结果输出至显控设备进行显示。
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:
由于采用了将基于帧相关的脉压导航雷达信号处理方法设计为包括:步骤1:将接收到的回波信号进行数字式脉冲压缩处理,获得脉压信号s(n);步骤2:对脉压信号s(n)进行噪底水平估计处理,获得噪底水平估计值Anoise,并将输出噪底水平估计值Anoise到帧间相关处理模块;步骤3:将角度编码器输出的角度编码数值输出到角度编码统计模块进行角度编码统计处理,获得雷达天线扫描圈数标志flag、帧数据存储器地址addram、雷达天线扫描一圈之内的角度总数Nangle,并将flag输出到信号选择模块、帧数据存储器及帧间相关处理模块,将addram输出到帧数据存储器和帧间相关处理模块,将Nangle输出到帧间相关处理模块;步骤4:信号选择器基于选择准则对输入的数据进行选择输出,并将数据输出到帧数据存储器中;步骤5:帧间相关处理模块基于输入的数据进行帧间相关处理,获得相应的输出数据,所述输出数据一方面输出到信号选择模块被选择和存储,同时另一方面输出到CFAR检测模块作进一步处理的技术方案,即对回波噪底水平进行估计,利用杂波或噪声在两帧数据之间的相关性辨别杂波与目标,对目标回波直接输出,对杂波或噪声抑制幅度后输出,满足脉压导航雷达信号处理的基本要求,达到准确引导船只的目的,所以,有效解决了现有的脉压导航雷达信号处理方法存在无法有效地在杂波和噪声中分离目标的技术问题,进而实现了能够有效地在杂波和噪声中分离出目标,满足脉压导航雷达信号处理的基本要求,准确引导船只的技术效果。
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 (5)
1.一种基于帧相关的脉压导航雷达信号处理方法,其特征在于,所述方法包括:
步骤1:将接收到的回波信号进行数字式脉冲压缩处理,获得脉压信号s(n);
步骤2:对脉压信号s(n)进行噪底水平估计处理,获得噪底水平估计值Anoise,并将输出噪底水平估计值Anoise到帧间相关处理模块;
步骤3:将角度编码器输出的角度编码数值输出到角度编码统计模块进行角度编码统计处理,获得雷达天线扫描圈数标志flag、帧数据存储器地址addram、雷达天线扫描一圈之内的角度总数Nangle,并将flag输出到信号选择模块、帧数据存储器及帧间相关处理模块,将addram输出到帧数据存储器和帧间相关处理模块,将Nangle输出到帧间相关处理模块;
步骤4:信号选择器基于选择准则对输入的数据进行选择输出,并将数据输出到帧数据存储器中;
步骤5:帧间相关处理模块基于输入的数据进行帧间相关处理,获得相应的输出数据,所述输出数据一方面输出到信号选择模块被选择和存储,同时另一方面输出到CFAR检测模块作进一步处理。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述将接收到的回波信号进行数字式脉冲压缩处理,获得脉压信号s(n),具体为:
雷达接收到回波信号后,经过前端信号处理,获得I/Q双通道数字正交信号I(n)、Q(n),其中n为大于等于0小于等于N-1的整数,N为最大采样点数,对I(n)、Q(n)进行数字式脉冲压缩,得到脉压信号s(n)。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对脉压信号s(n)进行噪底水平估计处理,获得噪底水平估计值Anoise,具体包括:
对脉压信号s(n)按照幅度从小到大的次序排序,得到s'(n),则:
s'(0)≤s'(1)≤s'(2)≤…≤s'(N-1) (1)
估计噪底首先需要准确找到前段数据和后段数据的分界点,该分界点的数据幅度需满足如下准则:
其中,k为分界点数据的序号,Pfc为虚警概率,求出序号比k小的所有数据的平均值作为噪底水平估计值Anoise:
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述信号选择器基于选择准则对输入的数据进行选择输出,具体包括:
信号选择器根据flag的指示选择s(n)和r(n)进行输出,输出数据为x(n),其选择准则如下:
当flag等于0时,即接收的数据达不到一帧数据的数据量,因此帧数据存储器的数据输入端即信号选择模块的输出端无数据信号,在该时间段帧数据存储器不工作;当flag大于等于1时,帧数据存储器的数据输入端有数据输入,并以信号addram作为存储器地址将数据写入帧数据存储器,帧数据存储器的数据输出端数据slast(n)根据flag的指示输出数据,其准则如下:
帧数据存储器的数据输出端数据slast(n)是与脉冲压缩模块输出的脉压数据s(n)处于同一方位上的上一帧的数据。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述帧间相关处理模块基于输入的数据进行帧间相关处理,获得相应的输出数据,具体包括:
当flag小于2时帧数据存储器的数据输出端无数据,此时帧间相关处理模块不做处理,输出数据为脉压数据s(n);
当flag等于2时,判断当前方位的帧数据存储器地址addram是否大于上一帧雷达天线扫描一圈之内的角度总数Nangle,若是,则输出数据为脉压数据s(n);若否,则一方面判断当前方位同一距离单元上的脉压数据s(n)的幅度是否大于上一帧与s(n)在同一方位和距离的脉压数据slast(n)的幅度,并且,另一方面判断该距离单元上的脉压数据s(n)的幅度是否小于噪底水平Anoise的规定倍数,若上述两个条件都满足,则认为距离单元的脉压数据s(n)是杂波或噪声,该距离单元帧间相关处理输出数据r(n)用公式6计算:
若上述两个条件不能都满足,则该距离单元帧间相关处理输出数据r(n)为当前帧的脉压数据s(n)。
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