CN106249207A - 一种估算噪声功率的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的一种估算噪声功率的方法及装置，接收回波信号，计算每个距离库的第一回波功率，第二回波功率，回波功率标准差，SQI；根据每个距离库的第二回波功率，回波功率标准差以及SQI，去除受外部环境影响的第二回波功率，获得不受外部环境影响的第二回波功率计算所述回波信号的噪声功率。从所接收的回波信号中，去除受外部环境影响的数据，只保留不受外部环境影响的数据，根据不受外部环境影响的数据计算噪声功率，提高了所探测的回波信号的噪声功率的精度。

Description

一种估算噪声功率的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种估算噪声功率的方法及装置。

背景技术

雷达系统在工作时会产生系统噪声，该系统噪声包括内部系统噪声和外部系统噪声。内部系统噪声主要包括两部分，一部分是由接收机电阻，馈线，以及谐振回路等有损耗元件所产生的热噪声，另外一部分是由电子管，晶体管等有源器件所产生的噪声。外部噪声包括天线的热噪声，以及相邻雷达，电台，天电，宇宙射线等干扰所产生的噪声。为了提高雷达系统的探测精度，需要从所探测的回波信号的功率中去除系统的噪声功率所产生的影响。

目前，现有技术中，采用如下方法探测雷达系统中的系统放入噪声功率：在雷达系统每次体扫进行高仰角扫描结束后，雷达系统的天线下降之前，雷达系统不发射信号，只接收信号，将此时探测到的回波信号的功率的均值作为下一次体扫的系统的噪声功率。采用上述方法，所探测到系统的噪声功率是一个固定值，雷达系统的外部环境的瞬时变化，使得所探测到的系统的噪声功率误差大。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种估算噪声功率的方法及装置，从而能够去除外部环境的瞬时变化所影响的数据，降低所探测到的系统的噪声功率的误差。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：

一种估算噪声功率的方法，所述方法包括：

接收回波信号，按照预设的采样数对所述回波信号中的脉冲信号进行采样，获得多个距离库，每个所述距离库中包括多个脉冲信号的数据；

根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率；

采用线性滑动平均方法对所有距离库的第一回波功率进行滤波，获得每个距离库的第二回波功率；

根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差；

根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的质量控制因子SQI；

根据所述每个距离库的第二回波功率，所述每个距离库的回波功率标准差以及所述每个距离库的SQI，去除受外部环境影响的第二回波功率，获得不受外部环境影响的第二回波功率计算所述回波信号的噪声功率。

可选的，所述根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的SQI包括：

根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的零阶自相关；

根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的一阶自相关；

计算每个距离库的一阶自相关与该距离库的零阶自相关的商作为该距离库的SQI。

可选的，所述采用线性滑动平均方法对所有距离库的第一回波功率进行滤波，获得每个距离库的第二回波功率包括：

获取窗口长度中每个距离库的第一回波功率，所述窗口长度包括连续的预设个数的距离库，所述预设个数为奇数；

计算所述窗口长度中所有距离库的第一回波功率的平均值作为第一均值；

计算所述第一均值与所述窗口长度中位于中心位置的距离库的第一回波功率的差的绝对值；

当所述差的绝对值大于第一阈值时，计算所述窗口长度中除了位于中心位置的距离库以外，其他所有距离库的第一回波函数的均值作为第二均值，所述第二均值为所述窗口长度中位于中心位置的距离库的第二回波函数；当所述差的绝对值小于等于第一阈值时，所述位于中心位置的距离库的第二回波功率是所述位于中心位置的距离库的第一回波功率。

可选的，所述根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率包括：

采用下述公式根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率：

$P\left(k\right)=\frac{1}{M}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Σ}}|x{\left(m\right)}_k{|}^2;$

其中，P(k)为第k个距离库的第一回波功率，M为距离库中脉冲信号的采样数，x(m)_k为距离库中第m个脉冲信号的数据，m的取值范围为0至M-1的正整数。

可选的，所述根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差包括：

采用下述公式根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差：

$P_{sm}std\left(k\right)={\[\frac{1}{N-1}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{\left(P_{sm}\right(k)-{\stackrel{\‾}{P}}_{sm}(N\left)\right)}^2\]}^{0.5};$

其中，P_smstd(k)为k个距离库的回波功率标准差，N为所述回波信号中距离库的个数，P_sm(k)为第k个距离库的第二回波功率，为N个距离库的第二回波功率的平均值。

可选的，所述去除受外部环境影响的第二回波功率，获得不受外部环境影响的第二回波功率计算所述回波信号的噪声功率包括：

从所有距离库的第二回波功率中提取所有的第一数据段，每个所述第一数据段中所有距离库的第二回波功率小于第二阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第一长度，所述第二阈值大于所有距离库的第二回波功率中最小的第二回波功率，并且所述第二阈值不大于10倍的所述最小的第二回波功率，所述第一长度不小于2公里；

从所有的第一数据段中提取所有的第二数据段，每个所述第二数据段中所有距离库的SQI小于第三阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于所述第一长度，所述第三阈值不小于0.4，并且所述第三阈值不大于0.6；

从所有的第二数据段中提取所有的第三数据段，每个所述第三数据段中的所有距离库的回波功率标准差小于所述第四阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第二长度，所述第二长度不小于4公里；

计算每个第三数据段的第三均值，将最小的第三均值作为第一近似噪声功率，每个第三数据段的第三均值为该第三数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值；

根据所述第一近似噪声功率计算第五阈值；

从所有第三数据段中提取所有第四数据段，每个所述第四数据段中所有距离库的第二回波功率小于所述第五阈值，获取所有第四数据段中所有距离库的第二回波功率的中值作为中值回波功率；

从所有第四数据段中提取所有第五数据段，每个所述第五数据段中所有距离库的第二回波功率不大于所述中值回波功率，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第三长度，所述第三长度不小于1.5公里；

计算所有第五数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值作为第二近似噪声功率；

根据所述第二近似噪声功率计算第六阈值；

从所有第五数据段中提取所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率，当所有小于所述第六阈值的距离库中的脉冲信号长度的和大于第七阈值时，计算所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率的平均值作为噪声功率。

一种估算噪声功率的装置，所述装置包括：

接收单元，用于接收回波信号，按照预设的采样数对所述回波信号中的脉冲信号进行采样，获得多个距离库，每个所述距离库中包括多个脉冲信号的数据；

第一计算单元，用于根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率；

滤波单元，用于采用线性滑动平均方法对所有距离库的第一回波功率进行滤波，获得每个距离库的第二回波功率；

第二计算单元，用于根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差；

第三计算单元，用于根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的质量控制因子SQI；

第四计算单元，用于根据所述每个距离库的第二回波功率，所述每个距离库的回波功率标准差以及所述每个距离库的SQI，去除受外部环境影响的第二回波功率，获得不受外部环境影响的第二回波功率计算所述回波信号的噪声功率。

可选的，所述第三计算单元包括：

第一计算子单元，用于根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的零阶自相关；

第二计算子单元，用于根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的一阶自相关；

第三计算子单元，用于计算每个距离库的一阶自相关与该距离库的零阶自相关的商作为该距离库的SQI。

可选的，所述滤波单元包括：

获取子单元，用于获取窗口长度中每个距离库的第一回波功率，所述窗口长度包括连续的预设个数的距离库，所述预设个数为奇数；

第四计算子单元，用于计算所述窗口长度中所有距离库的第一回波功率的均值作为第一均值；

第五计算子单元，用于计算所述第一均值与所述窗口长度中位于中心位置的距离库的第一回波功率的差的绝对值；

第六计算子单元，用于当所述差的绝对值大于第一阈值时，计算所述窗口长度中除了位于中心位置的距离库以外，其他所有距离库的第一回波函数的均值作为第二均值，所述第二均值为所述窗口长度中位于中心位置的距离库的第二回波函数；当所述差的绝对值小于等于第一阈值时，所述位于中心位置的距离库的第二回波功率是所述位于中心位置的距离库的第一回波功率。

可选的，

所述第一计算单元，用于采用下述公式根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率：

$P\left(k\right)=\frac{1}{M}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Σ}}|x{\left(m\right)}_k{|}^2;$

其中，P(k)为第k个距离库的第一回波功率，M为距离库中脉冲信号的采样数，x(m)_k为距离库中第m个脉冲信号的数据，m的取值范围为0至M-1的正整数。

可选的，

所述第二计算单元，用于采用下述公式根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差：

$P_{sm}std\left(k\right)={\[\frac{1}{N-1}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{\left(P_{sm}\right(k)-{\stackrel{\‾}{P}}_{sm}(N\left)\right)}^2\]}^{0.5};$

其中，P_smstd(k)为k个距离库的回波功率标准差，N为所述回波信号中距离库的个数，P_sm(k)为第k个距离库的第二回波功率，为N个距离库的第二回波功率的平均值。

可选的，所述第四计算单元包括：

第一提取子单元，用于从所有距离库的第二回波功率中提取所有的第一数据段，每个所述第一数据段中所有距离库的第二回波功率小于第二阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第一长度，所述第二阈值大于所有距离库的第二回波功率中最小的第二回波功率，并且所述第二阈值不大于10倍的所述最小的第二回波功率，所述第一长度不小于2公里；

第二提取子单元，用于从所有的第一数据段中提取所有的第二数据段，每个所述第二数据段中所有距离库的SQI小于第三阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于所述第一长度，所述第三阈值不小于0.4，并且所述第三阈值不大于0.6；

第三提取子单元，用于从所有的第二数据段中提取所有的第三数据段，每个所述第三数据段中的所有距离库的回波功率标准差小于所述第四阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第二长度，所述第二长度不小于4公里；

第七计算子单元，用于计算每个第三数据段的第三均值，将最小的第三均值作为第一近似噪声功率，每个第三数据段的第三均值为该第三数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值；

第八计算子单元，用于根据所述第一近似噪声功率计算第五阈值；

第四提取子单元，用于从所有第三数据段中提取所有第四数据段，每个所述第四数据段中所有距离库的第二回波功率小于所述第五阈值，获取所有第四数据段中所有距离库的第二回波功率的中值作为中值回波功率；

第五提取子单元，用于从所有第四数据段中提取所有第五数据段，每个所述第五数据段中所有距离库的第二回波功率不大于所述中值回波功率，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第三长度，所述第三长度不小于1.5公里；

第九计算子单元，用于计算所有第五数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值作为第二近似噪声功率；

第十计算子单元，用于根据所述第二近似噪声功率计算第六阈值；

第六提取子单元，用于从所有第五数据段中提取所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率，当所有小于所述第六阈值的距离库中的脉冲信号长度和大于第七阈值时，计算所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率的平均值作为噪声功率。

通过上述技术方案可知，本发明有如下有益效果：

本发明实施例提供的一种估算噪声功率的方法及装置，接收回波信号，按照预设的采样数对所述回波信号中的脉冲信号进行采样，获得多个距离库，每个所述距离库中包括多个脉冲信号的数据；根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率；采用线性滑动平均方法对所有距离库的第一回波功率进行滤波，获得每个距离库的第二回波功率；根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差；根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的质量控制因子SQI；根据所述每个距离库的第二回波功率，所述每个距离库的回波功率标准差以及所述每个距离库的SQI，去除受外部环境影响的第二回波功率，获得不受外部环境影响的第二回波功率计算所述回波信号的噪声功率。从所接收的回波信号中，去除受外部环境影响的数据，只保留不受外部环境影响的数据，根据不受外部环境影响的数据计算噪声功率，提高了所探测的回波信号的噪声功率的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种估算噪声功率的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的窗口长度中距离库的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种估算噪声功率的装置结构示意图。

具体实施方式

为了给出避免外部环境影响所探测的系统的噪声功率的实现方案，本发明实施例提供了一种估算噪声功率的方法及装置，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明。

图1为本发明实施例提供的一种估算噪声功率的方法流程图，包括：

101：接收回波信号，按照预设的采样数对所述回波信号中的脉冲信号进行采样，获得多个距离库，每个所述距离库中包括多个脉冲信号的数据。

雷达系统接收的回波信号是连续的脉冲信号，对回波信号按照预设的采样数进行采样，假设采样数为M，则对回波信号中每隔M个连续的脉冲信号进行一次采样，每次采样所得的M个连续的脉冲信号即为一个距离库，则一个距离库中有M个脉冲信号的数据。

假设对一个回波信号采样后，获得的距离库的个数为N，则雷达系统所接收的该回波信号中有M×N个脉冲信号。由于回波信号中的脉冲信号是连续的，则每个距离库中的脉冲信号也是连续的，按照采样的先后顺序所获得距离库，相邻的距离库中的脉冲信号也是连续的。

举例说明：对回波信号按照采样数进行采样，第1个距离库中的脉冲信号与第2个距离库中的脉冲信号是连续的，即第1个距离库中最后一个采样的脉冲信号与第2个距离库中第一个采样的脉冲信号，在回波信号中是连续的；第2个距离库中的脉冲信号与第3个距离库中的脉冲信号是连续的，即第2个距离库中最后一个采样的脉冲信号与第3个距离库中第一个采样的脉冲信号，在回波信号中是连续的；第3个距离库中的脉冲信号与第4个距离库中的脉冲信号是连续的，即第3个距离库中最后一个采样的脉冲信号与第4个距离库中第一个采样的脉冲信号，在回波信号中是连续的，以此类推，第N-1个距离库中的脉冲信号与第N个距离库中的脉冲信号是连续的，即第N-1个距离库中最后一个采样的脉冲信号与第N个距离库中第一个采样的脉冲信号，在回波信号中是连续的。

102：根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率。

雷达系统对所接收的回波功率进行采样，获得多个距离库，每个距离库中包括多个脉冲信号的数。假设有N个距离库，每个距离库中有M个脉冲信号，则第k个距离库中第m个脉冲信号的数据记为：

x(m)_k,k＝1,2,…,N。

每个距离库的第一回波功率采用公式(1)计算：

$P\left(k\right)=\frac{1}{M}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Σ}}|x{\left(m\right)}_k{|}^2---\left(1\right);$

其中，P(k)为第k个距离库的第一回波功率，M为距离库中脉冲信号的采样数，x(m)_k为距离库中第m个脉冲信号的数据，m的取值范围为0至M-1的正整数。

103：采用线性滑动平均方法对所有距离库的第一回波功率进行滤波，获得每个距离库的第二回波功率。

采用线性滑动平均方法对所有距离库的第一回波功率进行滤波，主要是为了去除回波信号中的奇异值点。

在一个例子中，采用线性滑动平均方法对所有距离库的第一回波功率进行滤波，获得每个距离库的第二回波功率包括：

获取窗口长度中每个距离库的第一回波功率，所述窗口长度包括连续的预设个数的距离库，所述预设个数为奇数；

计算所述窗口长度中所有距离库的第一回波功率的均值作为第一均值；

计算所述第一均值与所述窗口长度中位于中心位置的距离库的第一回波功率的差的绝对值；

当所述差的绝对值大于第一阈值时，计算所述窗口长度中除了位于中心位置的距离库以外，其他所有距离库的第一回波函数的均值作为第二均值，所述第二均值为所述窗口长度中位于中心位置的距离库的第二回波函数；当所述差的绝对值小于等于第一阈值时，所述位于中心位置的距离库的第二回波功率是所述位于中心位置的距离库的第一回波功率。

窗口长度是根据实际需要预先设定的所关注的距离库的个数，根据窗口长度内的距离库的第一回波功率，获得窗口长度内位于中心位置的距离库的第二回波函数。

窗口长度中包括连续的预设个数的距离库，距离库的个数为奇数，这是为了保证窗口长度内位于中心位置的距离库唯一。计算窗口长度内所有距离库的第一回波功率的平均值作为第一均值。例如：若窗口长度内包括5个距离库，则计算窗口长度内5个距离库的第一回波功率的平均值作为第一均值。若窗口长度内包括7个距离库，则计算窗口长度内7个距离库的第一回波功率的平均值作为第一均值。

采用公式(2)计算第一均值：

$\stackrel{\‾}{P}\left(k\right)=\frac{1}{L}\underset{i=1}{\overset{L}{\Σ}}{P}_i\left(k\right)---\left(2\right);$

其中，为第一均值，L为窗口长度内包含的距离库的个数，P_i(k)为窗口长度内每个距离库的第一回波功率，i＝1,2,…,L。

采用公式(3)计算窗口长度中位于中心位置的距离库的第二回波功率：

其中，P_sm(k)为第k个距离库的第二回波功率(窗口长度中位于中心位置的距离库的第二回波功率)，L为窗口长度内包含的距离库的个数，为窗口长度内L个距离库的第一回波功率的和，P(k)为第第k个距离库的第一回波功率(窗口长度中位于中心位置的距离库的第一回波功率)，为第一均值。

采用公式(2)和公式(3)计算每个距离库的第二回波功率，计算每个距离库的第二回波功率时，该距离库都是窗口长度中位于中心位置的距离库。

举例说明，如图2所示，窗口长度内包括C，D，E，F，G，一共5个距离库。计算C，D，E，F，G，5个距离库的第一回波功率的平均值作为第一均值。E距离库为窗口长度中位于中心位置的距离库，当第一均值与E距离库的第一回波功率的差的绝对值大于第一阈值时，E距离库的第二回波功率为当第一均值与E距离库的第一回波功率的差不小于第一阈值时，E距离库的第二回波功率为E距离库的第一回波功率。类似的，以其他距离库作为窗口长度中位于中心位置的距离库，计算其他距离库的第二回波功率，这里不再一一赘述。

104：根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差。

雷达系统所接收的回波信号，按照预设的采样数进行采样后，获得N个距离库，则根据N个距离库的的第二回波功率，计算每个距离库的回波功率的标准差。

采用公式(4)计算每个距离库的回波功率标准差：

$P_{sm}std\left(k\right)={\[\frac{1}{N-1}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{\left(P_{sm}\right(k)-{\stackrel{\‾}{P}}_{sm}(N\left)\right)}^2\]}^{0.5}---\left(4\right);$

其中，P_smstd(k)为k个距离库的回波功率标准差，N为所述回波信号中距离库的个数，P_sm(k)为第k个距离库的第二回波功率，为N个距离库的第二回波功率的平均值。

105：根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的质量控制因子SQI。

根据每个距离库中所有脉冲信号的数据，计算每个距离库的零阶自相关，计算每个距离库的一阶自相关，一个距离库的一阶自相关与零阶自相关的商为该距离库的质量控制因子(Signal Quality Index，SQI)。

采用公式(5)计算每个距离库的零阶自相关：

$R_{0mag}\left(k\right)=|\frac{1}{M}\underset{j=0}{\overset{M-1}{\Σ}}{x}^{*}{\left(j\right)}_k\·x{\left(j\right)}_k|---\left(5\right);$

其中，R_0mag(k)为第k个距离库的零阶自相关，M为距离库中脉冲信号的采样数，x(j)_k为第k个距离库中第j个脉冲信号的数据，x^*(j)_k为x(j)_k的共轭，j＝0，1,2,…,M-1。

采用公式(6)计算每个距离库的一阶自相关：

$R_{1mag}\left(k\right)=|\frac{1}{M}\underset{j=0}{\overset{M-1}{\Σ}}{x}^{*}{\left(j\right)}_k\·x{(j-1)}_k|---\left(6\right);$

其中，R_1mag(k)为第k个距离库的一阶自相关，M为距离库中脉冲信号的采样数，x(j-1)_k为第k个距离库中第j-1个脉冲信号的数据，x^*(j)_k为x(j)_k的共轭，j＝0，1,2,…,M-1。

106：根据所述每个距离库的第二回波功率，所述每个距离库的回波功率标准差以及所述每个距离库的SQI，去除受外部环境影响的第二回波功率，获得不受外部环境影响的第二回波功率计算所述回波信号的噪声功率。

当外部环境发生很大变化，例如：出现明显的天气变化时，会对距离库的第二回波功率，SQI以及回波功率标准差的值产生影响。这里可以理解的是，去除受外部环境影响的第二回波功率，主要是去除受天气影响的第二回波功率，即去除天气回波信号。

在一个例子中，去除受外部环境影响的第二回波功率，获得不受外部环境影响的第二回波功率计算所述回波信号的噪声功率包括：

从所有距离库的第二回波功率中提取所有的第一数据段，每个所述第一数据段中所有距离库的第二回波功率小于第二阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第一长度，所述第二阈值大于所有距离库的第二回波功率中最小的第二回波功率，并且所述第二阈值不大于10倍的所述最小的第二回波功率，所述第一长度不小于2公里；

从所有的第一数据段中提取所有的第二数据段，每个所述第二数据段中所有距离库的SQI小于第三阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于所述第一长度，所述第三阈值不小于0.4，并且所述第三阈值不大于0.6；

从所有的第二数据段中提取所有的第三数据段，每个所述第三数据段中的所有距离库的回波功率标准差小于所述第四阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第二长度，所述第二长度不小于4公里；

计算每个第三数据段的第三均值，将最小的第三均值作为第一近似噪声功率，每个第三数据段的第三均值为该第三数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值；

根据所述第一近似噪声功率计算第五阈值；

从所有第三数据段中提取所有第四数据段，每个所述第四数据段中所有距离库的第二回波功率小于所述第五阈值，获取所有第四数据段中所有距离库的第二回波功率的中值作为中值回波功率；

从所有第四数据段中提取所有第五数据段，每个所述第五数据段中所有距离库的第二回波功率不大于所述中值回波功率，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第三长度，所述第三长度不小于1.5公里；

计算所有第五数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值作为第二近似噪声功率；

根据所述第二近似噪声功率计算第六阈值；

从所有第五数据段中提取所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率，当所有小于所述第六阈值的距离库中的脉冲信号长度和大于第七阈值时，计算所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率的平均值作为噪声功率。

每个距离库中包括M个脉冲信号，每个距离库中的脉冲信号是连续的，按照采样的先后顺序所获得距离库，相邻的距离库中的脉冲信号也是连续的。先提取第一数据段，第一数据段中包括多个距离库，所有距离库中脉冲信号是连续的，即所有距离库也是连续的，所有距离库中的脉冲信号连续长度不小于2公里，即所有距离库的脉冲信号连起来是不小于2公里的脉冲信号。并且，第一数据段中每个距离库的第二回波功率都小于第二阈值。所述第二阈值大于所有距离库的第二回波功率中最小的第二回波功率，并且所述第二阈值不大于10倍的所述最小的第二回波功率。

这里需要说明的是，当没有强天气信号时，所有距离库的第二回波功率都小于第二阈值，则第一数据段只有一个；当有强天气信号时，第一数据段有多个。

这里可以理解的是，当出现强天气信号时，噪声会变大，则距离库的第二回波信号会大于第二阈值。由于强天气信号可能会时断时续，为了避免在两个强天气信号之间所接收的回波信号对噪声功率的影响，即使一个数据段中所有的距离库的第二回波功率都小于第二阈值，但是若该数据段中所有距离库的脉冲信号的长度小于第一长度，即该数据段中所有距离库的脉冲信号的长度小于2公里，可以将该数据段看作是强天气信号下的回波信号，舍弃该数据段。

举例说明：若距离库a的第二回波功率大于第二阈值，距离库b的第二回波功率大于第二阈值，距离库a和距离库b之间的距离库的第二回波功率都小于第二阈值。距离库a和距离库b之间是所接收的连续的脉冲信号，当距离库a和距离库b之间的连续的脉冲信号是小于2公里所采集的脉冲信号时，去除距离库a和距离库b之间的数据段；当距离库a和距离库b之间的连续的脉冲信号是不小于2公里所采集的脉冲信号时，将距离库a和距离库b之间的数据段作为一个第一数据段。

再从所有的第一数据段中提取第二数据段。与提取第一数据段类似，第二数据段中包括多个距离库，第二数据段中所有的距离库的SQI小于第三阈值，并且第二数据段中所有距离库中脉冲信号是连续的，所有距离库中的脉冲信号连续长度不小于第一长度，即所有距离库的脉冲信号连起来是不小于2公里的脉冲信号，第三阈值不小于0.4，并且第三阈值不大于0.6。

再从所有的第二数据段中提取第三数据段。与提取第一数据段类似，第三数据段中包括多个距离库，第三数据段中所有的距离库的回波功率标准差小于第四阈值，并且第三数据段中所有距离库中脉冲信号是连续的，所有距离库中的脉冲信号连续长度不小于第二长度，即所有距离库的脉冲信号连起来是不小于4公里的脉冲信号。并且，所述第四阈值能够通过80％的噪声，即第四阈值满足公式(7)：

$\underset{\mathrm{var}\_th}{\overset{\mathrm{\∞}}{\∫}}f\left(x\right)dx=0.2---\left(7\right);$

其中，var_th为第四阈值。

每个第三数据段的第三均值，为该第三数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值。将最小的第三数据段的第三均值作为第一近似噪声功率。采用公式(8)根据所述第一噪声功率计算第五阈值：

${\mathrm{\Γ}}_{inc}(NE\_THR1\frac{M}{N\mathrm{int}},M)={10}^{-3}---\left(8\right);$

其中，Γ_inc为不完全的伽马分布，NE_THR1为第五阈值，Nint为第一近似噪声功率，M为一个距离库中脉冲信号的采样数。

再从所有第三数据段中提取所有第四数据段，每个所述第四数据段中所有距离库的第二回波功率小于所述第五阈值。获取所有第四数据段中的所有距离库的第二回波功率的中值，作为中值回波功率P_sm(median)。

获取所有第四数据段中的所有距离库的第二回波功率的中值，将所有第四数据段中所有距离库的第二回波功率按照大小顺序排列，获取排列在最中间的第二回波功率作为该第四数据段的中值回波功率P_sm(median)。

从所有第四数据段中提取第五数据段，与提取第一数据段类似，第五数据段中包括多个距离库，第五数据段中所有的距离库的第二回波功率不大于中值回波功率P_sm(median)，即去除所有第四数据段中距离库的第二回波功率大于中值回波功率P_sm(median)的数据。并且第五数据段中所有距离库中脉冲信号是连续的，所有距离库中的脉冲信号连续长度不小于第三长度，即所有距离库的脉冲信号连起来是不小于1.5公里的脉冲信号，去除所有距离库中的脉冲信号长度小于第三长度的数据段。计算所有第五数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值作为第二近似噪声功率P_sm(mean)。即对所有第五数据段中所有距离库的第二回波功率求和，再除以所有第五数据段中所有距离库的个数，获得第二近似噪声功率P_sm(mean)。

采用公式(9)根据所述第二噪声功率计算第六阈值：

${\mathrm{\Γ}}_{inc}(NE\_THR2\frac{M}{P_{sm}\left(mean\right)},M)={10}^{-3}---\left(8\right);$

其中，Γ_inc为不完全的伽马分布，NE_THR2为第六阈值，P_sm(mean)为第一近似噪声功率，M为一个距离库中脉冲信号的采样数。

从所有第五数据段中提取所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率，提取的所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率是去除受外部环境影响的第二回波功率，计算所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率的平均值。当所有小于所述第六阈值的距离库中的脉冲信号长度的和大于第七阈值时(第七阈值可以根据实际情况具体设置)，所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率的平均值即为噪声功率。

由上述内容可知，本发明有如下有益效果：

从所接收的回波信号中，去除受外部环境影响的数据，只保留不受外部环境影响的数据，根据不受外部环境影响的数据计算噪声功率，提高了所探测的回波信号的噪声功率的精度。

图3为本发明实施例提供的一种估算噪声功率的装置结构示意图，包括：

接收单元301，用于接收回波信号，按照预设的采样数对所述回波信号中的脉冲信号进行采样，获得多个距离库，每个所述距离库中包括多个脉冲信号的数据。

第一计算单元302，用于根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率。

滤波单元303，用于采用线性滑动平均方法对所有距离库的第一回波功率进行滤波，获得每个距离库的第二回波功率。

第二计算单元304，用于根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差。

第三计算单元305，用于根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的质量控制因子SQI。

第四计算单元306，用于根据所述每个距离库的第二回波功率，所述每个距离库的回波功率标准差以及所述每个距离库的SQI，去除受外部环境影响的第二回波功率，获得不受外部环境影响的第二回波功率计算所述回波信号的噪声功率。

在一个例子中，所述第三计算单元包括：

第一计算子单元，用于根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的零阶自相关；

第二计算子单元，用于根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的一阶自相关；

第三计算子单元，用于计算每个距离库的一阶自相关与该距离库的零阶自相关的商作为该距离库的SQI。

在一个例子中，所述滤波单元包括：

获取子单元，用于获取窗口长度中每个距离库的第一回波功率，所述窗口长度包括连续的预设个数的距离库，所述预设个数为奇数；

第四计算子单元，用于计算所述窗口长度中所有距离库的第一回波功率的均值作为第一均值；

第五计算子单元，用于计算所述第一均值与所述窗口长度中位于中心位置的距离库的第一回波功率的差的绝对值；

第六计算子单元，用于当所述差的绝对值大于第一阈值时，计算所述窗口长度中除了位于中心位置的距离库以外，其他所有距离库的第一回波函数的均值作为第二均值，所述第二均值为所述窗口长度中位于中心位置的距离库的第二回波函数；当所述差的绝对值小于等于第一阈值时，所述位于中心位置的距离库的第二回波功率是所述位于中心位置的距离库的第一回波功率。

在一个例子中，所述第一计算单元，用于采用下述公式根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率：

$P\left(k\right)=\frac{1}{M}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Σ}}|x{\left(m\right)}_k{|}^2;$

其中，P(k)为第k个距离库的第一回波功率，M为距离库中脉冲信号的采样数，x(m)_k为距离库中第m个脉冲信号的数据，m的取值范围为0至M-1的正整数。

在一个例子中，所述第二计算单元，用于采用下述公式根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差：

$P_{sm}std\left(k\right)={\[\frac{1}{N-1}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{\left(P_{sm}\right(k)-{\stackrel{\‾}{P}}_{sm}(N\left)\right)}^2\]}^{0.5};$

其中，P_smstd(k)为k个距离库的回波功率标准差，N为所述回波信号中距离库的个数，P_sm(k)为第k个距离库的第二回波功率，为N个距离库的第二回波功率的平均值。

在一个例子中，所述第四计算单元包括：

第一提取子单元，用于从所有距离库的第二回波功率中提取所有的第一数据段，每个所述第一数据段中所有距离库的第二回波功率小于第二阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第一长度，所述第二阈值大于所有距离库的第二回波功率中最小的第二回波功率，并且所述第二阈值不大于10倍的所述最小的第二回波功率，所述第一长度不小于2公里；

第二提取子单元，用于从所有的第一数据段中提取所有的第二数据段，每个所述第二数据段中所有距离库的SQI小于第三阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于所述第一长度，所述第三阈值不小于0.4，并且所述第三阈值不大于0.6；

第三提取子单元，用于从所有的第二数据段中提取所有的第三数据段，每个所述第三数据段中的所有距离库的回波功率标准差小于所述第四阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第二长度，所述第二长度不小于4公里；

第七计算子单元，用于计算每个第三数据段的第三均值，将最小的第三均值作为第一近似噪声功率，每个第三数据段的第三均值为该第三数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值；

第八计算子单元，用于根据所述第一近似噪声功率计算第五阈值；

第四提取子单元，用于从所有第三数据段中提取所有第四数据段，每个所述第四数据段中所有距离库的第二回波功率小于所述第五阈值，获取所有第四数据段中所有距离库的第二回波功率的中值作为中值回波功率；

第五提取子单元，用于从所有第四数据段中提取所有第五数据段，每个所述第五数据段中所有距离库的第二回波功率不大于所述中值回波功率，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第三长度，所述第三长度不小于1.5公里；

第九计算子单元，用于计算所有第五数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值作为第二近似噪声功率；

第十计算子单元，用于根据所述第二近似噪声功率计算第六阈值；

第六提取子单元，用于从所有第五数据段中提取所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率，当所有小于所述第六阈值的距离库中的脉冲信号长度和大于第七阈值时，计算所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率的平均值作为噪声功率。

图3所示的装置是与图1所示的方法所对应的装置，具体实现方法与图1所示的方法类似，参考图1所示的方法中的描述，这里不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种估算噪声功率的方法，其特征在于，所述方法包括：

接收回波信号，按照预设的采样数对所述回波信号中的脉冲信号进行采样，获得多个距离库，每个所述距离库中包括多个脉冲信号的数据；

根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率；

采用线性滑动平均方法对所有距离库的第一回波功率进行滤波，获得每个距离库的第二回波功率；

根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差；

根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的质量控制因子SQI；

根据所述每个距离库的第二回波功率，所述每个距离库的回波功率标准差以及所述每个距离库的SQI，去除受外部环境影响的第二回波功率，获得不受外部环境影响的第二回波功率计算所述回波信号的噪声功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的SQI包括：

根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的零阶自相关；

根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的一阶自相关；

计算每个距离库的一阶自相关与该距离库的零阶自相关的商作为该距离库的SQI。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用线性滑动平均方法对所有距离库的第一回波功率进行滤波，获得每个距离库的第二回波功率包括：

获取窗口长度中每个距离库的第一回波功率，所述窗口长度包括连续的预设个数的距离库，所述预设个数为奇数；

计算所述窗口长度中所有距离库的第一回波功率的平均值作为第一均值；

计算所述第一均值与所述窗口长度中位于中心位置的距离库的第一回波功率的差的绝对值；

当所述差的绝对值大于第一阈值时，计算所述窗口长度中除了位于中心位置的距离库以外，其他所有距离库的第一回波函数的均值作为第二均值，所述第二均值为所述窗口长度中位于中心位置的距离库的第二回波函数；当所述差的绝对值小于等于第一阈值时，所述位于中心位置的距离库的第二回波功率是所述位于中心位置的距离库的第一回波功率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率包括：

采用下述公式根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率：

$P\left(k\right)=\frac{1}{M}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Σ}}|x{\left(m\right)}_k{|}^2;$

其中，P(k)为第k个距离库的第一回波功率，M为距离库中脉冲信号的采样数，x(m)_k为距离库中第m个脉冲信号的数据，m的取值范围为0至M-1的正整数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差包括：

采用下述公式根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差：

$P_{sm}std\left(k\right)={\[\frac{1}{N-1}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{\left(P_{sm}\right(k)-{\stackrel{\‾}{P}}_{sm}(N\left)\right)}^2\]}^{0.5};$

其中，P_smstd(k)为k个距离库的回波功率标准差，N为所述回波信号中距离库的个数，P_sm(k)为第k个距离库的第二回波功率，为N个距离库的第二回波功率的平均值。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述去除受外部环境影响的第二回波功率，获得不受外部环境影响的第二回波功率计算所述回波信号的噪声功率包括：

从所有距离库的第二回波功率中提取所有的第一数据段，每个所述第一数据段中所有距离库的第二回波功率小于第二阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第一长度，所述第二阈值大于所有距离库的第二回波功率中最小的第二回波功率，并且所述第二阈值不大于10倍的所述最小的第二回波功率，所述第一长度不小于2公里；

从所有的第一数据段中提取所有的第二数据段，每个所述第二数据段中所有距离库的SQI小于第三阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于所述第一长度，所述第三阈值不小于0.4，并且所述第三阈值不大于0.6；

从所有的第二数据段中提取所有的第三数据段，每个所述第三数据段中的所有距离库的回波功率标准差小于所述第四阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第二长度，所述第二长度不小于4公里；

计算每个第三数据段的第三均值，将最小的第三均值作为第一近似噪声功率，每个第三数据段的第三均值为该第三数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值；

根据所述第一近似噪声功率计算第五阈值；

从所有第三数据段中提取所有第四数据段，每个所述第四数据段中所有距离库的第二回波功率小于所述第五阈值，获取所有第四数据段中所有距离库的第二回波功率的中值作为中值回波功率；

从所有第四数据段中提取所有第五数据段，每个所述第五数据段中所有距离库的第二回波功率不大于所述中值回波功率，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第三长度，所述第三长度不小于1.5公里；

计算所有第五数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值作为第二近似噪声功率；

根据所述第二近似噪声功率计算第六阈值；

从所有第五数据段中提取所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率，当所有小于所述第六阈值的距离库中的脉冲信号长度的和大于第七阈值时，计算所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率的平均值作为噪声功率。

7.一种估算噪声功率的装置，其特征在于，所述装置包括：

接收单元，用于接收回波信号，按照预设的采样数对所述回波信号中的脉冲信号进行采样，获得多个距离库，每个所述距离库中包括多个脉冲信号的数据；

第一计算单元，用于根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率；

滤波单元，用于采用线性滑动平均方法对所有距离库的第一回波功率进行滤波，获得每个距离库的第二回波功率；

第二计算单元，用于根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差；

第三计算单元，用于根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的质量控制因子SQI；

第四计算单元，用于根据所述每个距离库的第二回波功率，所述每个距离库的回波功率标准差以及所述每个距离库的SQI，去除受外部环境影响的第二回波功率，获得不受外部环境影响的第二回波功率计算所述回波信号的噪声功率。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三计算单元包括：

第一计算子单元，用于根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的零阶自相关；

第二计算子单元，用于根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的一阶自相关；

第三计算子单元，用于计算每个距离库的一阶自相关与该距离库的零阶自相关的商作为该距离库的SQI。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述滤波单元包括：

获取子单元，用于获取窗口长度中每个距离库的第一回波功率，所述窗口长度包括连续的预设个数的距离库，所述预设个数为奇数；

第四计算子单元，用于计算所述窗口长度中所有距离库的第一回波功率的均值作为第一均值；

第五计算子单元，用于计算所述第一均值与所述窗口长度中位于中心位置的距离库的第一回波功率的差的绝对值；

第六计算子单元，用于当所述差的绝对值大于第一阈值时，计算所述窗口长度中除了位于中心位置的距离库以外，其他所有距离库的第一回波函数的均值作为第二均值，所述第二均值为所述窗口长度中位于中心位置的距离库的第二回波函数；当所述差的绝对值小于等于第一阈值时，所述位于中心位置的距离库的第二回波功率是所述位于中心位置的距离库的第一回波功率。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述第一计算单元，用于采用下述公式根据每个距离库中所有脉冲信号的数据计算该距离库的第一回波功率：

$P\left(k\right)=\frac{1}{M}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Σ}}|x{\left(m\right)}_k{|}^2;$

其中，P(k)为第k个距离库的第一回波功率，M为距离库中脉冲信号的采样数，x(m)_k为距离库中第m个脉冲信号的数据，m的取值范围为0至M-1的正整数。

11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述第二计算单元，用于采用下述公式根据所有距离库的第二回波功率计算每个距离库的回波功率标准差：

$P_{sm}std\left(k\right)={\[\frac{1}{N-1}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{\left(P_{sm}\right(k)-{\stackrel{\‾}{P}}_{sm}(N\left)\right)}^2\]}^{0.5};$

其中，P_smstd(k)为k个距离库的回波功率标准差，N为所述回波信号中距离库的个数，P_sm(k)为第k个距离库的第二回波功率，为N个距离库的第二回波功率的平均值。

12.根据权利要求7-11任意一项所述的装置，其特征在于，所述第四计算单元包括：

第一提取子单元，用于从所有距离库的第二回波功率中提取所有的第一数据段，每个所述第一数据段中所有距离库的第二回波功率小于第二阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第一长度，所述第二阈值大于所有距离库的第二回波功率中最小的第二回波功率，并且所述第二阈值不大于10倍的所述最小的第二回波功率，所述第一长度不小于2公里；

第二提取子单元，用于从所有的第一数据段中提取所有的第二数据段，每个所述第二数据段中所有距离库的SQI小于第三阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于所述第一长度，所述第三阈值不小于0.4，并且所述第三阈值不大于0.6；

第三提取子单元，用于从所有的第二数据段中提取所有的第三数据段，每个所述第三数据段中的所有距离库的回波功率标准差小于所述第四阈值，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第二长度，所述第二长度不小于4公里；

第七计算子单元，用于计算每个第三数据段的第三均值，将最小的第三均值作为第一近似噪声功率，每个第三数据段的第三均值为该第三数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值；

第八计算子单元，用于根据所述第一近似噪声功率计算第五阈值；

第四提取子单元，用于从所有第三数据段中提取所有第四数据段，每个所述第四数据段中所有距离库的第二回波功率小于所述第五阈值，获取所有第四数据段中所有距离库的第二回波功率的中值作为中值回波功率；

第五提取子单元，用于从所有第四数据段中提取所有第五数据段，每个所述第五数据段中所有距离库的第二回波功率不大于所述中值回波功率，所有距离库中的脉冲信号连续并且不小于第三长度，所述第三长度不小于1.5公里；

第九计算子单元，用于计算所有第五数据段中所有距离库的第二回波功率的平均值作为第二近似噪声功率；

第十计算子单元，用于根据所述第二近似噪声功率计算第六阈值；

第六提取子单元，用于从所有第五数据段中提取所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率，当所有小于所述第六阈值的距离库中的脉冲信号长度和大于第七阈值时，计算所有小于所述第六阈值的距离库的第二回波功率的平均值作为噪声功率。