CN106597390A - 一种海杂波抑制方法 - Google Patents

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Abstract

一种海杂波抑制方法，利用前期目标信息，通过动态调整AGC时域窗，直接在回波数据端进行海杂波抑制，提高了检测信噪比及杂波对抗能力，应用于雷达海杂波对抗，能使反舰雷达导引头在近距跟踪中不受海杂波的影响进而实施稳定跟踪，本发明设计简单，计算量小，通用性好，易于工程实现，是一种适合于反舰导引头使用的海杂波抑制技术。

Description

一种海杂波抑制方法
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种基于目标信息AGC控制的海杂波抑制方法。
背景技术
反舰雷达导引头回波信号经过天线、高频收发组件、中频接收组件，到达信号处理组件经数模转换得到回波数据。通过对回波数据的检测、识别获取目标的距离角度等信息。通常要求回波信号幅度与目标的远近、反射面积的大小等因素无关。中频接收组件中包含AGC(自动增益控制)电路，是一种在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化的自动控制电路。对于入射角较小的雷达系统来说，远距的海杂波回波能量较弱，对目标检测的影响较小。但距离雷达较近的海杂波，由于回波能量强，极易干扰雷达检测，可以通过实时调整AGC控制时域窗，进行海杂波抑制。目前海杂波的抑制方法主要集中在后续信号处理端进行海杂波抑制及目标检测识别，通常需要对海杂波训练建模，计算量大，工程实现难度大。
研究表明，海杂波的特性极为复杂，它同雷达的工作方式、工作频率、天线视角及海况等多种因素有关，很难单一从信号处理端采用杂波建模和强杂波背景下目标检测对杂波抑制，并且在强杂波的影响下很容易对真实目标信号幅度造成很大衰减。
发明内容
本发明提供一种海杂波抑制方法，利用前期目标信息，通过动态调整AGC时域窗，直接在回波数据端进行海杂波抑制，提高了检测信噪比及杂波对抗能力，应用于雷达海杂波对抗，能使反舰雷达导引头在近距跟踪中不受海杂波的影响进而实施稳定跟踪，本发明设计简单，计算量小，通用性好，易于工程实现，是一种适合于反舰导引头使用的海杂波抑制技术。
为了达到上述目的，本发明提供一种海杂波抑制方法，包含以下步骤：
步骤S1、信号处理机将中频接收机调理后的雷达回波信号转换为基带信号；
步骤S2、信号处理机对基带信号进行匹配滤波；
步骤S3、信号处理机估计回波信号功率并统计结果，并获得估计信号在波门中的相对位置；
步骤S4、信号处理机根据信号在波门中相对位置和目标先息计算得到AGC时域控制窗位置；
步骤S5、信号处理机对回波信号功率估计值进行均衡滤波；
步骤S6、信号处理机利用回波信号功率估计值和输出归一化门限计算每一个雷达脉冲重复周期T内误差信号的统计平均值；
步骤S7、信号处理机根据误差信号的统计平均值迭代计算增益；
步骤S8、信号处理机根据中频接收机的增益-电压曲线，获得与增益对应的AGC控制电压；
步骤S9、AGC控制电压驱动AGC增益控制电路，在AGC时域控制窗位置每隔周期T对中频回波信号进行增益控制，对AGC时域控制窗外的回波信号进行抑制，完成信号幅度调整及海杂波滤除。
所述的步骤S1中，获得调理后的雷达回波信号的方法包含：
步骤S1.1、高频收发组件将天线接收到的射频信号转变为中频信号；
步骤S1.2、中频接收机将中频信号进行放大、滤波和通道增益控制；
步骤S1.3、信号处理机对放大滤波后的中频信号进行ADC采样量化为数字信号得到处理后的雷达回波信号。
所述的步骤S2中，对基带信号进行匹配滤波的方法包含：将基带信号经FFT傅里叶变换后与发射脉冲参考信号进行复乘，再经过iFFT傅里叶逆变换取模后得到匹配滤波输出结果。
所述的步骤S3中，估计回波信号功率的方法包含：
步骤S3.1、信号处理机建立功率估计表，将信号幅度按照从0到1V，每100mV划分一档，分别对每一档的信号幅度取平方后得到信号功率表；
步骤S3.2、统计波门内回波信号各采样点落入信号功率表中各档的数量，取统计数量最多的档，将该档内各信号功率的平均值作为回波能量的信号功率估计值，并记录估计信号在波门中的相对位置.
所述的步骤S4中，计算AGC时域控制窗位置的方法包含：
步骤S4.1、根据目标先息中前期未受到海杂波干扰时测得的目标距离和目标速度外推计算得到目标位置；
步骤S4.2、将目标位置和估计信号在波门中的相对位置做加权平均得到AGC时域控制窗位置。
如权利要求1所述的海杂波抑制方法，其特征在于，所述的步骤S6中，计算误差信号的统计平均值的方法包含：
设第k个中频回波信号功率估计值为输出归一化门限为Pth，则功率差为：
误差信号的统计平均值为：
其中，i＝1,2……N，N为统计时间常数，取值为8或10；ΔP_avg(k)对应第k段采样数据误差信号的统计平均。
所述的步骤S7中，迭代计算增益的方法包含：
增益迭代计算如下：Gk+1＝Gk+ΔGk+1；
其中，
对每次输出的增益进行α-β滤波。
将AGC控制电压利用数模转换为AGC增益控制电路所需的模拟电压。
本发明具有如下优点：
1、通过信号处理机采集雷达回波，利用信号处理算法统计计算得到AGC控制电压，实现了AGC增益控制数字化，避免了传统模拟AGC在窄脉冲、高重频、高中频条件下输出归一化电平难以控制、快速响应和稳定性不能兼顾且印制板体积大的问题；
2、利用匹配滤波后目标信息进行时域窗位置计算及回波信号幅度/功率估计，可以充分利用目标信息对海杂波进行抑制并提高信号检测信噪比；
3、在回波信号端对海杂波进行抑制，大大降低对海杂波特性、海杂波建模的依赖性。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是原始回波数据。
图3是进行增益控制后的中频输出回波。
图4是进行增益控制后的输出脉冲。
图5是原始回波数据的匹配滤波输出结果。
图6是进行增益控制后的回波滤波输出结果。
具体实施方式
以下根据图1～图6，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种海杂波抑制方法，包含以下步骤：
步骤S1、信号处理机将中频接收机调理后的雷达回波信号转换为基带信号；
其中，获得调理后的雷达回波信号的步骤包含：
步骤S1.1、高频收发组件将天线接收到的射频信号转变为中频信号；
步骤S1.2、中频接收机将中频信号进行放大、滤波和通道增益控制；
步骤S1.3、信号处理机对放大滤波后的中频信号进行ADC采样量化为数字信号得到处理后的雷达回波信号；
步骤S2、信号处理机对基带信号进行匹配滤波；
将基带信号经FFT傅里叶变换后与发射脉冲参考信号进行复乘，再经过iFFT傅里叶逆变换取模后得到匹配滤波输出结果；
步骤S3、信号处理机估计回波信号功率并统计结果，并获得估计信号在波门中的相对位置；
步骤S3.1、信号处理机建立功率估计表，将信号幅度按照从0到1V，每100mV划分一档，分别对每一档的信号幅度取平方后得到信号功率表；
步骤S3.2、统计波门内回波信号各采样点落入信号功率表中各档的数量，取统计数量最多的档，将该档内各信号功率的平均值作为回波能量的信号功率估计值，并记录估计信号在波门中的相对位置；
步骤S4、信号处理机根据信号在波门中相对位置和目标先息计算得到AGC时域控制窗位置；
所述的目标先息包含：前期未受到海杂波干扰时测得的目标距离和目标速度；
步骤S4.1、根据目标先息中的目标距离和目标速度外推计算得到目标位置；
步骤S4.2、将目标位置和估计信号在波门中的相对位置做加权平均得到AGC时域控制窗位置；
步骤S5、信号处理机对回波信号功率估计值进行均衡滤波；
步骤S6、信号处理机利用回波信号功率估计值和输出归一化门限计算每一个雷达脉冲重复周期T内误差信号的统计平均值；
误差信号用于估计当前信号与归一化门限的功率差，从而确定增益控制电压的值；
设第k个中频回波信号功率估计值为输出归一化门限为Pth，则功率差为：
误差信号的统计平均值为：
其中，i＝1,2……N，N为统计时间常数，取值为8或10；ΔP_avg(k)对应第k段采样数据误差信号的统计平均；
步骤S7、信号处理机根据误差信号的统计平均值迭代计算增益；
增益迭代计算如下：Gk+1＝Gk+ΔGk+1；
其中，
同时为有效控制AGC带宽(表征增益控制响应快慢)，需要对每次输出的增益进行α-β滤波；
步骤S8、信号处理机根据中频接收机的增益-电压曲线，获得与增益对应的AGC控制电压，将AGC控制电压利用数模转换为AGC增益控制电路所需的模拟电压；
步骤S9、AGC控制电压驱动AGC增益控制电路，在AGC时域控制窗位置每隔周期T对中频回波信号进行增益控制，对AGC时域控制窗外的回波信号进行抑制，完成信号幅度调整及海杂波滤除。
如图2所示为某型号反舰导引头采集的近距海杂波原始回波，可以看出，与弱小的回波目标信号相比，近距海杂波的强度强许多，若增益控制按照时域信号幅度大值来进行，则将导致目标回波能量进一步降低，影响后续检测。
如图3所示，使用本发明方法对海杂波进行抑制后，输出的中频回波的强度显著增强，海杂波被滤除。
如图4所示，是使用本发明方法进行增益控制后多个脉冲的中频回波输出，若直接对回波信号进行功率估计，则近距海杂波的幅度较大，会对目标信号回波进行抑制，根据目标先息(前期受到海杂波干扰时测得的目标距离、速度信息)调整增益控制时域窗，滤除杂波后对回波幅度进行准确估计。
如图5所示，是对原始回波数据的匹配滤波输出结果，可以看出，经过匹配滤波后，弱目标信号获得处理增益后易于进行后续信号检测，但海杂波由于信号能量强，仍可以形成伪峰，影响目标检测识别。
如图6所示，是使用本发明方法进行增益控制后回波数据的海杂波滤波输出结果，海杂波被滤除。
本发明具有如下优点：
1、通过信号处理机采集雷达回波，利用信号处理算法统计计算得到AGC控制电压，实现了AGC增益控制数字化，避免了传统模拟AGC在窄脉冲、高重频、高中频条件下输出归一化电平难以控制、快速响应和稳定性不能兼顾且印制板体积大的问题；
2、利用匹配滤波后目标信息进行时域窗位置计算及回波信号幅度/功率估计，可以充分利用目标信息对海杂波进行抑制并提高信号检测信噪比；
3、在回波信号端对海杂波进行抑制，大大降低对海杂波特性、海杂波建模的依赖性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种海杂波抑制方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1、信号处理机将中频接收机调理后的雷达回波信号转换为基带信号；
步骤S2、信号处理机对基带信号进行匹配滤波；
步骤S3、信号处理机估计回波信号功率并统计结果，并获得估计信号在波门中的相对位置；
步骤S4、信号处理机根据信号在波门中相对位置和目标先息计算得到AGC时域控制窗位置；
步骤S5、信号处理机对回波信号功率估计值进行均衡滤波；
步骤S6、信号处理机利用回波信号功率估计值和输出归一化门限计算每一个雷达脉冲重复周期T内误差信号的统计平均值；
步骤S7、信号处理机根据误差信号的统计平均值迭代计算增益；
步骤S8、信号处理机根据中频接收机的增益-电压曲线，获得与增益对应的AGC控制电压；
步骤S9、AGC控制电压驱动AGC增益控制电路，在AGC时域控制窗位置每隔周期T对中频回波信号进行增益控制，对AGC时域控制窗外的回波信号进行抑制，完成信号幅度调整及海杂波滤除。
2.如权利要求1所述的海杂波抑制方法，其特征在于，所述的步骤S1中，获得调理后的雷达回波信号的方法包含：
步骤S1.1、高频收发组件将天线接收到的射频信号转变为中频信号；
步骤S1.2、中频接收机将中频信号进行放大、滤波和通道增益控制；
步骤S1.3、信号处理机对放大滤波后的中频信号进行ADC采样量化为数字信号得到处理后的雷达回波信号。
3.如权利要求1所述的海杂波抑制方法，其特征在于，所述的步骤S2中，对基带信号进行匹配滤波的方法包含：将基带信号经FFT傅里叶变换后与发射脉冲参考信号进行复乘，再经过iFFT傅里叶逆变换取模后得到匹配滤波输出结果。
4.如权利要求1所述的海杂波抑制方法，其特征在于，所述的步骤S3中，估计回波信号功率的方法包含：
步骤S3.1、信号处理机建立功率估计表，将信号幅度按照从0到1V，每100mV划分一档，分别对每一档的信号幅度取平方后得到信号功率表；
步骤S3.2、统计波门内回波信号各采样点落入信号功率表中各档的数量，取统计数量最多的档，将该档内各信号功率的平均值作为回波能量的信号功率估计值，并记录估计信号在波门中的相对位置。
5.如权利要求1所述的海杂波抑制方法，其特征在于，所述的步骤S4中，计算AGC时域控制窗位置的方法包含：
步骤S4.1、根据目标先息中前期未受到海杂波干扰时测得的目标距离和目标速度外推计算得到目标位置；
步骤S4.2、将目标位置和估计信号在波门中的相对位置做加权平均得到AGC时域控制窗位置。
6.如权利要求1所述的海杂波抑制方法，其特征在于，所述的步骤S6中，计算误差信号的统计平均值的方法包含：
设第k个中频回波信号功率估计值为输出归一化门限为Pth，则功率差为：
误差信号的统计平均值为：
其中，i＝1,2……N，N为统计时间常数，取值为8或10；ΔP_avg(k)对应第k段采样数据误差信号的统计平均。
7.如权利要求1所述的海杂波抑制方法，其特征在于，所述的步骤S7中，迭代计算增益的方法包含：
增益迭代计算如下：Gk+1＝Gk+ΔGk+1；
其中，
8.如权利要求7所述的海杂波抑制方法，其特征在于，对每次输出的增益进行α-β滤波。
9.如权利要求1所述的海杂波抑制方法，其特征在于，所述的步骤S8中，
将AGC控制电压利用数模转换为AGC增益控制电路所需的模拟电压。
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