CN106772277A - 基于信号重构的bds直达波干扰抑制方法 - Google Patents

基于信号重构的bds直达波干扰抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于信号重构的BDS直达波干扰抑制方法，包括以下步骤：在直达波接收通道中采用BDS接收机接收并解调得到直达波基带信号，目标信号接收通道接收并解调得到目标基带信号；利用本地码发生器通过基于FFT的双通道并行法捕获直达波基带信号的时延和多普勒频移；利用该时延和多普勒频移调制本地码以构造出无噪声的直达波信号；利用重构出的直达波信号作为参考信号通过RLS算法对目标信号接收通道内的目标基带信号进行直达波干扰抑制。本发明能够利用直达波接收通道内信噪比较差的直达波作为参考信号对目标信号通道内的直达波干扰进行抑制。

Description

基于信号重构的BDS直达波干扰抑制方法
技术领域
本发明涉及一种无源雷达信号处理方法，尤其涉及一种基于信号重构的BDS直达波干扰抑制方法。
背景技术
基于外辐射源的无源雷达是指一种自身不发射电磁波而依靠接收目标反射第三方非合作信号的电磁波以达到对目标检测的雷达，这类无源雷达与有源雷达相比具有以下优势：(1)由于外辐射源大多数为空中已存在的民用信号，分布普遍，故敌方难以分析判断加以摧毁，具有很强的战场生存能力；另一方面，民用信号种类繁多，且大多工作于低频段，具有全天时、全天候的特点，故无源雷达系统可以根据不同情况选用不同的外辐射源，极大的减小了被干扰的可能性；(2)由于目前隐身武器所使用的隐身材料一般是针对某些特定的军用雷达频率才有效，而大多数外辐射源的信号频率较低，属于民用频段，用它来进行目标探测还有利于发现隐身飞机和巡航导弹之类的目标；(3)基于外辐射源的无源雷达系统实质是属于双/多基地雷达系统，一般是利用目标的前向散射信息，能获得更大的目标雷达横截面积(RCS)；(4)由于利用外辐射源，对于完全保持无线电寂静的目标也能进行探测。
基于上述优点，自上世纪七十年代以来，基于外辐射源的无源雷达技术得到迅速发展，并且在国外已有成熟系统投入军事应用中。例如捷克台斯拉公司在1979年推出的“RAMOHA KATR-81 Soft ball”系统，1987年推出的改进版“TAMARA KATR-86 Transh bin”系统，上世纪九十年代以色列埃尔塔公司研发出的EL/L-8300低级防空预警电子情报系统，改进的EL/L-8388系统，以及美国洛克希德·马丁公司于1998年推出的目前最为典型的代表“沉默哨兵”，经过数次升级后，目前第三代产品已存储全球5.5万个商用电台、电视台的位置与频率信息，对于RCS为10平方米的目标跟踪距离可达220千米，能同时跟踪200个以上目标，并能区分出间隔15米的两个目标。进入二十一世纪后，国内外对基于外辐射源的无源雷达研究进入爆炸式发展阶段。目前基本大部分地面地基民用信号均曾被用作外辐射源进行过研究，相对而言，卫星信号被选作外辐射源的研究较少，而全球导航定位卫星就是其中一种。目前，我国自主研发的中国北斗卫星导航系统(BDS)正处于大力发展的阶段，至今已有23颗北斗卫星成功发射并在轨正常运行，预计在2020年BDS实现全球导航功能。BDS信号全球覆盖，具有全天时全天候的特点，因此研究基于BDS的无源雷达对于我国而言具有很重要的军事意义。
基于外辐射源的无源雷达接收系统一般采用双接收通道：一路用于接收直达波信号，称为直达波信号通道；另一路用于接收目标信号，称为目标信号通道。将直达波信号作为参考信号分析目标信号的能量，估计出目标信号的到达方向、到达时间和多普勒频移等参数，从而实现对目标的探测和跟踪。由于目标信号十分微弱，到达接收机的直达波信号强度远大于目标信号，因此在目标信号通道中存在严重的直达波干扰。为了能成功的将目标检测出，必须对目标信号通道内的直达波干扰进行消除抑制。
自适应滤波是一种在时域上较为简单又有效的杂波干扰抑制方法，递归最小二乘法(RLS)即是其中一种。RLS算法具有收敛速度快且不受输入相关矩阵的特征值影响的特点，被大家广泛应用。但在基于外辐射源的无源雷达系统中，由于目标信号接收通道内的信干比低至负数十分贝，因此使用RLS算法进行直达波干扰抑制时，要求参考信号的信噪比要高达十几分贝才有效。在基于BDS的无源雷达系统中直达波接收通道内的直达波信噪比一般仅有0dB左右，远不能达到作为参考信号的要求，因此急需寻求一种能解决在直达波信号信噪比较差的情况下依然能将目标信号接收通道内的直达波干扰信号成功抑制的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于信号重构的BDS直达波干扰抑制方法，在直达波信号信噪比较差的情况下依然能将目标信号接收通道内的直达波干扰信号成功抑制。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于信号重构的BDS直达波干扰抑制方法，包括以下步骤：
步骤1，在直达波接收通道中采用BDS接收机接收并解调得到直达波基带信号，目标信号接收通道接收并解调得到目标基带信号；
步骤2，利用本地码发生器通过基于FFT的双通道并行法捕获直达波基带信号的时延和多普勒频移；
步骤3，利用该时延和多普勒频移调制本地码以构造出无噪声的直达波信号；
步骤4，利用重构出的直达波信号作为参考信号通过RLS算法对目标信号接收通道内的目标基带信号进行直达波干扰抑制。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
基于BDS的无源雷达系统中，在直达波信号通道内的直达波信噪比较差的情况下，利用本发明的方法处理后依然可以将目标信号通道内的直达波干扰信号成功抑制。
附图说明
图1是基于BDS的无源雷达系统探测模型图。
图2是基于BDS的无源雷达中目标信号信干比为-50dB时进行相关检测的结果图。
图3是基于BDS的无源雷达接收机系统信号处理流程图。
图4是基于FFT的双通道并行法捕获直达波信号参数流程图。
图5是基于BDS的无源雷达中使用本发明提供的直达波干扰抑制方法对直达波干扰进行抑制后的效果图。
图6是基于BDS的无源雷达中直接采用RLS算法对直达波干扰进行抑制后的效果图。
具体实施方式
结合图3，本发明的一种基于信号重构的BDS直达波干扰抑制方法，包括以下步骤：
步骤1，在直达波接收通道中采用BDS接收机接收并解调得到直达波基带信号，目标信号接收通道接收并解调得到目标基带信号；
步骤2，利用本地码发生器通过基于FFT的双通道并行法捕获直达波基带信号的时延和多普勒频移；
步骤3，利用该时延和多普勒频移调制本地码以构造出无噪声的直达波信号；
步骤4，利用重构出的直达波信号作为参考信号通过RLS算法对目标信号接收通道内的目标基带信号进行直达波干扰抑制。
进一步的，步骤2中利用本地码发生器通过基于FFT的双通道并行法捕获直达波信号的具体过程为：
步骤2-1，使用具有频率步进控制功能的本地振荡器锁定初始频率f0，产生两路同频的正交信号分别与长度为N的待检测信号Sref混频得到I、Q两路信号，分别表示为R[x(t)]、I[x(t)]，并将R[x(t)]、I[x(t)]作为实部和虚部进行FFT运算，得到频谱序列X[k]；
步骤2-2，利用本地码发生器产生两路分别与调制同相和正交相支路上的码信号相对应的两路本地码cc(n)、cp(n)，经过FFT运算再取共轭得到频谱序列k＝0,1,...,N-1；
步骤2-3，将X[k]分别与相乘，得到频谱积Zc[k]、Zp[k]后，再相加得到合成谱序列Z[k]；
步骤2-4，将Z[k]进行IFFT运算，再取模平方，最后输出结果，结果为一长度为N的一维数组Fjudge(n)；
步骤2-5，对结果Fjudge(n)进行判定：求取Fjudge(n)最大值若超过预设门限则代表直达波信号捕获成功，此时本地振荡器频率即为直达波多普勒频移f′d，最大值点在数组中对应的位置n0经过换算即为直达波信号时延τ'd＝n0×Ts，Ts为采样间隔时间，若低于预设门限则代表直达波信号捕获失败，将信息反馈给本地振荡器，控制本振频率步进一步，重复上述所有步骤，直至成功捕获为止。
下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步阐述。
实施例
如图1所示，基于BDS的弹载无源雷达系统实质是属于双基地雷达系统，BDS卫星网构成外辐射源，无源雷达通过接收目标反射的BDS信号来对目标进行探测定位。无源雷达接收机由两个支路组成：一路用于接收BDS卫星的直达波信号，称为直达波接收通道；另一路用于接收经由目标反射的BDS信号，称为目标信号接收通道；通过对两路信号进行信号处理，获得目标的波到达方向、到达时间、到达时间差和多普勒频移等参数，最终实现对目标的探测。
由于BDS信号具有全向性，因此无源雷达接收机的目标信号接收通道内也存在很强的直达波信号，该通道内的信干比一般为负几十分贝，当对两路信号进行互模糊相关时，直达波干扰严重影响了目标信号的检测，如图2所示为目标信号信干比为-50dB时的检测结果。为了将该直达波干扰进行抑制，结合图3说明，本发明提供的一种基于信号重构的BDS直达波干扰抑制方法步骤如下：
步骤1，在直达波信号通道中采用BDS接收机接收并解调得到直达波基带信号Sref，目标信号接收通道接收并解调得到目标基带信号Smain；
步骤2，利用本地码发生器通过基于FFT的双通道并行法捕获直达波基带信号Sref的时延τ'和多普勒频移fd'；
步骤3，利用该时延τ'和多普勒频移fd'调制本地码以构造出纯净直达波信号S'ref；
步骤4，利用重构出的直达波信号S'ref作为参考信号通过RLS算法对目标信号接收通道内的信号Smain进行直达波干扰抑制得到最终结果y(t)。
结合图4，对本发明的具体实施方法进行进一步阐述：
第一步，在直达波信号通道中采用标准BDS接收机接收并解调得到直达波基带信号Sref(t)，Sref(t)为一长度为N的一维数组序列；目标信号接收通道接收并解调得到目标基带信号Smain(t)，Smain(t)为一长度为N的一维数组序列。
第二步，利用本地码发生器通过基于FFT的双通道并行法捕获直达波信号Sref的时延τ'和多普勒频移fd'。其具体实施方式为：
(1)设定本地振荡器初始频率为f0，产生两路同频的正交信号分别与长度为N的待检测信号Sref(t)混频得到I、Q两路信号，分别表示为R[x(t)]、I[x(t)]，将R[x(t)]、I[x(t)]分别作为实部和虚部合成信号x(t)，如式(1)所示，再将x(t)进行FFT运算，得到X[k]，如式(2)所示，
x(t)＝Sref(t)·exp(j·2πf0t) (1)
式中x(n)是x(t)的离散化结果；
(2)利用本地码发生器产生两路分别与调制同相和正交相支路上的码信号想对应的两路本地码cc(n)、cp(n)，经过FFT运算再取共轭得到如式(3)所示；
(3)将X[k]分别与相乘，得到zc[k]、zp[k]后，再相加得到z[k]，如式(4)、式(5)所示；
Z[k]＝Zc[k]+Zp[k] (5)
(4)将Z[k]进行IFFT运算，如式(6)所示，再取模平方，如式(7)所示，最后输出结果，结果为一长度为N的一维数组Fjudge(n)；
式中z(n)是Z(k)进行IFFT的结果，Iconv(n)、Qconv(n)分别为z(n)的实部和虚部；
(5)对结果进行判定：求取Fjudge(n)最大值若超过预设门限则代表直达波信号捕获成功，此时本地振荡器频率即为直达波多普勒频移f′d，Fjudge(n)最大值点在数组中对应的位置经过换算即为直达波信号时延τ'd；若低于预设门限则代表直达波信号捕获失败，将信息反馈给本地振荡器，控制本振频率步进一步，重复上述所有步骤，直至成功捕获为止。
第三步，利用捕获的时延τ'和多普勒频移fd'调制本地码c(t)以构造出无噪声的直达波信号S'ref(t)，即
S'ref(t)＝c(t-τ')·exp(j·2πf′dt) (8)
第四步，最后利用重构出的直达波信号S'ref(t)作为参考信号通过RLS算法对目标信号接收通道内的信号Smain(t)进行直达波干扰抑制获得最终信号y(t)。
依图3中所示，将经过本发明提供的直达波干扰抑制方法所得的最终结果y(t)与直达波接收通道内的信号Sref(t)进行互相关处理即可。如图5、图6是在直达波信号Sref(t)信噪比为0dB、目标信号Smain(t)信干比为-50dB条件下，分别利用本发明提供的基于信号重构的BDS直达波干扰抑制方法进行直达波干扰抑制和仅通过RLS算法对直达波干扰进行抑制所得的结果。将图2、图5、图6进行对比可知，经过本发明提供的一种基于信号重构的BDS直达波干扰抑制方法在直达波接收通道内的信号信噪比很低的情况下依然能将目标信号接收通道内的直达波干扰成功抑制。

Claims (2)

1.一种基于信号重构的BDS直达波干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在直达波接收通道中采用BDS接收机接收并解调得到直达波基带信号，目标信号接收通道接收并解调得到目标基带信号；
步骤2，利用本地码发生器通过基于FFT的双通道并行法捕获直达波基带信号的时延和多普勒频移；
步骤3，利用该时延和多普勒频移调制本地码以构造出无噪声的直达波信号；
步骤4，利用重构出的直达波信号作为参考信号通过RLS算法对目标信号接收通道内的目标基带信号进行直达波干扰抑制。
2.根据权利要求1中所述基于信号重构的BDS直达波干扰抑制方法，其特征在于，步骤2中利用本地码发生器通过基于FFT的双通道并行法捕获直达波信号的具体过程为：
步骤2-1，使用具有频率步进控制功能的本地振荡器锁定初始频率f0，产生两路同频的正交信号分别与长度为N的待检测信号Sref混频得到I、Q两路信号，分别表示为R[x(t)]、I[x(t)]，并将R[x(t)]、I[x(t)]作为实部和虚部进行FFT运算，得到频谱序列X[k]；
步骤2-2，利用本地码发生器产生两路分别与调制同相和正交相支路上的码信号相对应的两路本地码cc(n)、cp(n)，经过FFT运算再取共轭得到频谱序列k＝0,1,...,N-1；
步骤2-3，将X[k]分别与相乘，得到频谱积Zc[k]、Zp[k]后，再相加得到合成谱序列Z[k]；
步骤2-4，将Z[k]进行IFFT运算，再取模平方，最后输出结果，结果为一长度为N的一维数组Fjudge(n)；
步骤2-5，对结果Fjudge(n)进行判定：求取Fjudge(n)最大值若超过预设门限则代表直达波信号捕获成功，此时本地振荡器频率即为直达波多普勒频移fd'，Fjudge(n)最大值点在数组中对应的位置n0经过换算即为直达波信号时延τ'd＝n0×Ts，Ts为采样间隔时间，若低于预设门限则代表直达波信号捕获失败，将信息反馈给本地振荡器，控制本振频率步进一步，重复上述所有步骤，直至成功捕获为止。
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