CN107367719A - 一种基于drm信号外辐射源雷达的杂波抑制方法 - Google Patents

一种基于drm信号外辐射源雷达的杂波抑制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于DRM信号外辐射源雷达的杂波抑制方法。在参考通道中采用信号接收机接收到参考信号，首先进行下变频处理，然后去除循环前缀得到纯净的直达波；信号接收机在监测通道接收到监测信号，对监测信号先进行下变频得到基带信号，接着去除循环前缀得到待处理的监测信号，随后利用RLS‑C杂波抑制方法进行直达波和多径杂波抑制，对抑制后的监测通道信号与参考通道信号进行匹配滤波，相干积累，实现检测目标的功能。本发明可以有效地抑制直达波和多径杂波，同时，可以降低抑制杂波过程的算法总计算量和内存需求量。

Description

一种基于DRM信号外辐射源雷达的杂波抑制方法
技术领域
本发明属于外辐射源雷达目标检测技术领域，涉及一种利用正交频分复用(OFDM)调制技术的数字调幅广播(DRM)信号作为外辐射源的雷达领域内杂波抑制方法。
背景技术
外辐射源雷达指雷达本身不发射电磁信号，而是利用地面广播电台、电视台、通信台站、直播电视卫星、导航与定位卫星、各种平台上的有源雷达等非合作式的第三方辐射信号经目标散射后的回波来获取目标信息。相比于传统的有源雷达，外辐射源雷达具有以下主要优势：(1)生存能力强、隐蔽性好；(2)辐射源分布广泛，较小地受到敌方的影响，抗干扰能力强；(3)雷达系统简单、尺寸小、方便部署；(4)不需要频率分配，可以部署在其它雷达不能部署的地方。
随着通信技术的不断发展，传统的模拟调幅广播将逐渐被数字广播所替代，DRM广播是近几年发展起来主要针对30MHz以下长波、中波、短波频段的新一代数字广播，它在继承传统模拟调幅广播的优点的同时，有效地改善了传统模拟调幅广播的传输质量，并为用户提供文本、图像、数据等增值信息服务。DRM广播信号的传输以超帧为单位，每个超帧由多个传输帧组成，每个传输帧又包含多个OFDM符号。DRM广播信号在调制上采用OFDM技术，OFDM是一种多载波调制方式，通过减小和消除码间串扰的影响来克服信道的频率选择性衰落。OFDM调制先将串行传输的数据系列分割成多个符号，再将每段符号内的数据分别调制到对应的载波上，一般使用逆傅里叶变换(IDFT)算法实现，当子载波数不是2的幂次方时采取补零做IDFT，以DRM-信号B模式为例，进行IDFT变换时点数设置为256(即总载波数是256)，而实际有效子载波个数仅为207。在调制好的OFDM符号之间插入循环前缀(CP)作为保护间隔，可以有效地消除由于多径带来的符号间干扰。除了运用OFDM技术，DRM广播信号还使用单元交织、信道编码、差错保护等技术，最大限度地保证传输的质量。
外辐射源雷达处理方式通常采用相干处理技术，在接收系统中要设置两个通道：参考通道和监测通道，分别用来接收参考信号和目标回波信号，参考通道信号用来提取纯净的参考信号，监测通道信号要先进行直达波和多径杂波抑制，将处理后的参考通道信号和监测通道信号进行匹配滤波获取距离多普勒谱，使得目标回波能够凸显出来而不是被直达波和多径杂波掩盖掉，从而实现对目标的检测和跟踪。杂波抑制是外辐射源雷达在信号处理中面临的重要技术问题，目前常用的杂波抑制算法有：(1)空域自适应波束形成方法，如MVDR自适应波束形成方法；(2)时域自适应滤波方法，根据不同的准则可以分为最小均方误差(LMS)、归一化最小均方误差(NLMS)、递归最小二乘(RLS)算法等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于DRM信号外辐射源雷达的杂波抑制方法，能够有效抑制监测通道信号中直达波和多径杂波保留目标回波信号。
本发明是通过以下技术方案实现的。
采用信号接收机接收参考信号和监测信号，先对参考信号和监测信号进行下变频和去除循环前缀处理，然后对其进行分载波的处理，对于载波域监测信号，同一载频下直达波和多径杂波合并成一项，然后运用一阶的RLS自适应滤波器分别对每个有效载波的数据进行杂波抑制，提纯淹没在杂波中的目标回波信号，最后将处理后的监测信号与参考信号进行匹配滤波，实现对目标的检测和跟踪。
本发明所述的一种基于DRM信号外辐射源雷达的杂波抑制方法，包括以下步骤：
(1)将参考通道采样得到的数据Sref(n)进行下变频得到基带信号；
(2)去除循环前缀按照一个符号内的数据放在一列的原则组成载波-符号矩阵Sref，并对矩阵Sref的每列分别进行离散傅里叶变换(DFT)，进而得到载波域参考信号矩阵Sref_fre；
(3)去除Sref_fre中无效载波对应的数据，得到Sref_fre1；
(4)将监测通道采样得到的数据Ssurv(n)进行下变频得到基带信号；
(5)去除循环前缀按照一个符号内的数据放在一列的原则组成载波-符号矩阵Ssurv，并对矩阵Ssurv的每列分别进行DFT，进而得到载波域监测信号矩阵Ssurv_fre；
(6)去除Ssurv_fre中无效载波对应的数据，并记录相应的位置，得到Ssurv_fre1；
(7)以Sref_fre1为参考信号，对Ssurv_fre1中每个有效载波分别进行时域RLS自适应滤波，得到滤除直达波和多径杂波的监测信号矩阵Ssurv_fre2；
(8)将去除无效载波的数据插入Ssurv_fre2相应的位置上得到矩阵Ssurv_fre3，对Ssurv_fre3进行IDFT得到滤除杂波后时域的监测通道信号Ssurv1；
(9)将最后得到的监测通道信号Ssurv1和参考通道信号Sref进行匹配滤波得到距离多普勒谱，实现后续对于目标的检测和跟踪。
本发明利用RLS-C算法进行杂波抑制具有以下技术优点：(1)可以有效地抑制直达波和多径杂波；(2)由于直达波和多径杂波在同一载波下的相关性，减少了RLS自适应滤波器的阶数；(3)减少了迭代的次数，抑制杂波过程的算法总计算量和内存需求量降低了。
附图说明
图1是基于DRM信号外辐射源雷达系统示意图。
图2是基于DRM信号外辐射源雷达信号处理过程。
图3是RLS-C杂波抑制算法流程图。
图4是RLS-C杂波抑制算法对实测数据进行处理后得到的目标距离元截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步阐述。
如图1所示，基于DRM信号的外辐射源雷达系统属于双基地无源雷达探测系统，在无源雷达接收机端接收第三方照射源发射的射频信号，接收阵列包含参考通道和监测通道，分别用来接收直达波信号和经目标反射的回波信号。
如图2所示，采用信号接收机接收到参考通道信号，首先进行下变频处理，然后去除循环前缀，对参考信号进行提纯并重构；信号接收机同样能接收到监测通道信号，对监测通道信号先进行下变频得到基带信号，接着去除循环前缀得到待处理的监测信号，随后利用RLS-C杂波抑制方法进行直达波和多径杂波抑制，对抑制后的监测通道信号与参考通道信号进行匹配滤波，相干积累，实现检测目标的功能。
结合图3，本发明利用RLS-C杂波抑制方法进行目标检测的过程如下：
(1)将参考通道采样得到的数据Sref(n)进行下变频得到基带信号；
(2)去除循环前缀按照一个符号内的数据放在一列的原则组成载波-符号矩阵Sref，并对矩阵Sref的每列分别进行DFT，进而得到载波域参考信号矩阵Sref_fre；
(3)去除Sref_fre中无效载波对应的数据，得到Sref_fre1；
(4)将监测通道采样得到的数据Ssurv(n)进行下变频得到基带信号；
(5)去除循环前缀按照一个符号内的数据放在一列的原则组成载波-符号矩阵Ssurv，并对矩阵Ssurv的每列分别进行DFT，进而得到载波域监测信号矩阵Ssurv_fre；
(6)去除Ssurv_fre中无效载波对应的数据，并记录相应的位置，得到Ssurv_fre1；
(7)以Sref_fre1为参考信号，对Ssurv_fre1中每个有效载波分别进行时域RLS自适应滤波，得到滤除直达波和多径杂波的监测信号矩阵Ssurv_fre2；
(8)将去除无效载波的数据插入Ssurv_fre2相应的位置上得到矩阵Ssurv_fre3，对Ssurv_fre3进行IDFT得到滤除杂波后时域的监测通道信号Ssurv1；
(9)将最后得到的监测通道信号Ssurv1和参考通道信号Sref进行匹配滤波得到距离多普勒谱，实现后续对于目标的检测和跟踪。
在基于DRM信号的外辐射源雷达系统中，将参考通道天线对准DRM信号发射基站，得到DRM信号直达波，作为参考通道信号，通过合适的采样频率对参考通道信号进行采样得到N点的参考信号序列Sref(n)，将Sref(n)序列进行去循环前缀处理和矩阵变换，得到矩阵Sref(Sref为K×L的矩阵，K表示总载波个数，L表示符号个数)，对Sref矩阵的每列分别进行DFT，解调出每个载波在该符号上所携带的符号数据，得到载波域的参考信号矩阵Sref_fre，根据OFDM的调制特性，保留有效载波所对应的符号序列，矩阵变成Sref_fre1(Sref_fre1为K1×L，K1为有效载波个数，L为符号个数)，矩阵的每一行表示载波k在L个符号上的复调制数据。
监测通道天线对准要探测目标的区域，在一定的时间延时范围内采样得到N点的监测信号序列Ssurv(n)，将Ssurv(n)序列变换成矩阵和进行去循环前缀处理，得到矩阵Ssurv(Ssurv为K×L的矩阵)，对Ssurv矩阵的每列分别进行DFT，得到载波域的监测信号矩阵Ssurv_fre，保留有效载波所对应的符号序列，矩阵变成Ssurv_fre1，Ssurv_fre1可以表示为(T表示矩阵的转置)，向量Yk可以表示为：
式中：Yk为载波k对应的频域信号向量；Ck,l为载波k第l个符号所对应的复调制码元归一化值；Hk,l为载波k第l个符号对应的信道响应值；符号表示两个相同大小向量对应位置相乘；Nk表示载波k对应的频域噪声向量。
设信道传输函数为H(ω)，由于直达波和多径杂波是非时变的，其对于同一载频下的L个符号的信道相应是相同的；而目标信号由于具有多普勒频移fdm，其对于同一载波下的信道响应值是变化的，同一载波下相邻符号的响应值之间存在ej2πfdmTs的相位差。结合单个阵元信号模型可得到Yk中Hk,l是由三个部分组成的，Yk可以进一步表示为：
式中：Atx，ci，Tm分别为直达波、第i条多径和第m个目标的复包络幅度；Nc和NT分别为多径条数及目标个数；τci和τm分别为第i条多径和第m个目标的时间延迟；fdm为目标的多普勒频移；Nk为监测通道内载波k的噪声向量；ωk＝2π(f0+k/Tu)，f0是工作频率；Qk＝[Ck,1…Ck,l…Ck,L]；
根据上式可知，同一载频下直达波和多径载波在所有符号上的信道响应值为别为H(ωk)和后者相对于前者只相差一个系数，将这两项合并，Yk可以表示为：
式中：
根据上述Yk的表达式，可以利用RLS自适应滤波的方法，用一阶的RLS自适应滤波器对K1个载波的L个符号分别进行滤波，去掉直达波和干扰信号，得到期望的目标信号。
RLS迭代算法的步骤如下：
步骤1初始化：令W(0)＝0，P(0)＝δ-1I，其中δ是一个很小的值。
步骤2更新：n＝1,2,…
e(n)＝Yk(n)-WH(n-1)Qk(n)
W(n)＝W(n-1)+k(n)e*(n)
其中I是单位矩阵，k(n)是增益因子。
对于杂波抑制处理完的监测通道信号矩阵Ssurv_fre2，把无效的载波对应的符号序列插入矩阵Ssurv_fre2相应的位置中，得到矩阵Ssurv_fre3，将Ssurv_fre3进行IDFT得到滤波后时域的监测通道信号Ssurv1，最后将得到的时域监测信号矩阵与参考通道矩阵进行匹配滤波，得到距离多普勒谱便于后续的目标检测和跟踪。
结合图4，对于实测数据，DRM发射站位于青岛沿海，外辐射源雷达接收站位于海阳沿海，收发站间的距离约为50km。发射端DRM广播基本工作参数符合DRM标准B模式，有效带宽为9.7KHz，保护间隔为5.33ms，工作频率为8.2MHz，接收天线为16元线阵，监测通道波束指向-25°方位。载波个数为K＝256，符号个数为L＝238，图中显示了用RLS-C自适应方法进行杂波抑制前后距离多普勒谱中目标距离元截面对比图，在没有抑制杂波的情况下完全无法辨认目标，在应用该方法后目标能够较为清楚地辨认，目标信杂比提高了15dB左右。

Claims (2)

1.一种基于DRM信号外辐射源雷达的杂波抑制方法，其特征是：采用信号接收机接收参考信号和监测信号，先对参考信号和监测信号进行下变频和去除循环前缀处理，然后对其进行分载波的处理，对于载波域监测信号，同一载频下直达波和多径杂波合并成一项，然后运用一阶的RLS自适应滤波器分别对每个有效载波的数据进行杂波抑制，提纯淹没在杂波中的目标回波信号，最后将处理后的监测信号与参考信号进行匹配滤波，实现对目标的检测和跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种基于DRM信号外辐射源雷达的杂波抑制方法，其特征是包括以下步骤：
(1)将参考通道采样得到的数据Sref(n)进行下变频得到基带信号；
(2)去除循环前缀按照一个符号内的数据放在一列的原则组成载波-符号矩阵Sref，并对矩阵Sref的每列分别进行离散傅里叶变换(DFT)，进而得到载波域参考信号矩阵Sref_fre；
(3)去除Sref_fre中无效载波对应的数据，得到Sref_fre1；
(4)将监测通道采样得到的数据Ssurv(n)进行下变频得到基带信号；
(5)去除循环前缀按照一个符号内的数据放在一列的原则组成载波-符号矩阵Ssurv，并对矩阵Ssurv的每列分别进行DFT，进而得到载波域监测信号矩阵Ssurv_fre；
(6)去除Ssurv_fre中无效载波对应的数据，并记录相应的位置，得到Ssurv_fre1；
(7)以Sref_fre1为参考信号，对Ssurv_fre1中每个有效载波分别进行时域RLS自适应滤波，得到滤除直达波和多径杂波的监测信号矩阵Ssurv_fre2；
(8)将去除无效载波的数据插入Ssurv_fre2相应的位置上得到矩阵Ssurv_fre3，对Ssurv_fre3进行IDFT得到滤除杂波后时域的监测通道信号Ssurv1；
(9)将最后得到的监测通道信号Ssurv1和参考通道信号Sref进行匹配滤波得到距离多普勒谱，实现后续对于目标的检测和跟踪。
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Application publication date: 20171121