CN109164427B - 一种雷达接收机噪声功率的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达接收机噪声功率的检测方法，主要解决雷达接收机在线噪声功率检测难、精度低等问题，包括：确定参考信号及其绝对功率和相对功率；获取雷达接收机输出的雷达回波信号，对所述雷达回波信号进行所述等间隔A/D采样，得到采样后的雷达回波信号，在所述采样后的雷达回波信号中去除杂波信号和动目标信号，得到雷达接收机噪声；计算所述雷达接收机噪声的相对功率，进而计算得到雷达接收机噪声的绝对功率；根据所述雷达接收机噪声的绝对功率确定雷达接收机噪声功率为正常或者异常，并将其作为雷达接收机噪声功率的检测结果。本发明具有检测精度高、实时性好、适用范围广等优点。

Description

一种雷达接收机噪声功率的检测方法

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，特别涉及一种雷达接收机噪声功率的检测方法，可用于雷达接收机在线噪声绝对功率的检测与分析。

背景技术

雷达接收机是雷达系统中的重要组成部分，它的主要功能是对雷达天线接收到的微弱信号进行放大、变频、滤波及数字化处理，同时抑制来自外部的干扰、杂波以及机内的噪声，使信号保持尽可能多的目标信息，用来进行进一步的信号处理和数据处理。

噪声是限制接收机灵敏度的主要因素。接收机的噪声主要来源于电阻噪声、天线的热噪声和接收机噪声，接收机在放大信号的同时，也放大了噪声。当目标信号太弱时，它将淹没在噪声之中不能辨别；噪声太强时，目标信号也会被淹没在其中不能辨别。因此控制接收机噪声强度成了雷达接收机设计的一个重要指标。

传统的测量接收机噪声的方法往往都是离线的，此时接收机并无输入信号，接收机只输出噪声，此时可以用噪声分析仪等仪器测量噪声功率。雷达实际工作中，由于回波信号的引入，传统方法往往无法精确、实时地测量噪声功率。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种雷达接收机噪声功率的检测方法，能在线监控接收机的工作状态。

本发明的主要思路是：对参考信号和接收机在线工作状态下的输出进行A/D采样，对采样值利用数字信号处理方法计算各自的相对功率，再与参考信号绝对功率比较，得出接收机在线噪声功率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

步骤1，确定参考信号为连续正弦波信号，将所述连续正弦波信号的功率作为参考信号的绝对功率；对所述连续正弦波信号进行等间隔A/D采样得到采样后的参考信号，将所述采样后的参考信号的功率作为参考信号的相对功率；

步骤2，获取雷达接收机输出的雷达回波信号，对所述雷达回波信号进行所述等间隔A/D采样，得到采样后的雷达回波信号，所述采样后的雷达回波信号中包含动目标信号、杂波信号和雷达接收机噪声；

步骤3，在所述采样后的雷达回波信号中去除杂波信号和动目标信号，得到雷达接收机噪声；

步骤4，计算所述雷达接收机噪声的相对功率，进而计算得到雷达接收机噪声的绝对功率；

步骤5，根据所述雷达接收机噪声的绝对功率确定雷达接收机噪声功率为正常或者异常，并将其作为雷达接收机噪声功率的检测结果。

本发明能够对混有回波信号的雷达接收机输出进行噪声监测，实时监控接收机工作情况，具有检测精度高、实时性好、适用范围广等优点。

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是本发明的步骤框图；

图2是参考信号A/D采样后的时域波形图；

图3是接收机离线状态下噪声的时域波形图；

图4是接收机在线状态下输出信号的时域波形图；

图5是接收机在线状态下输出信号在慢时间域积累的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种雷达接收机噪声功率的检测方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤1，确定参考信号为连续正弦波信号，将所述连续正弦波信号的功率作为参考信号的绝对功率；对所述连续正弦波信号进行等间隔A/D采样得到采样后的参考信号，将所述采样后的参考信号的功率作为参考信号的相对功率；

步骤1具体包括如下子步骤：

(1a)确定参考信号为连续正弦波信号s(t)，所述连续正弦波信号的功率P₁为参考信号的绝对功率；

(1b)对所述连续正弦波信号进行等间隔A/D采样得到采样后的参考信号s(n)，所述采样后的参考信号的功率作为参考信号的相对功率P₂：

其中，n＝1，2，...，N，n表示第n个采样点，N表示总的采样点个数，lg(·)表示以10为底的对数运算。

具体的，选择能发射连续正弦波且发射功率稳定的信号源，发射绝对功率为P₁的连续正弦波s(t)作为参考信号，其中P₁要小于A/D芯片最大输入功率，并对该参考信号进行A/D等间隔采样，得到s(n)；

进一步，对采样值s(n)运用数字信号处理技术，得到参考信号采样后相对功率P₂：

/>

步骤2，获取雷达接收机输出的雷达回波信号，对所述雷达回波信号进行所述等间隔A/D采样，得到采样后的雷达回波信号，所述采样后的雷达回波信号中包含动目标信号、杂波信号和雷达接收机噪声；

具体的，雷达正常工作时，信号通过功放放大再通过发射天线发出，经空间衰减、反射、延迟而得到的回波信号经接收天线接收后进入接收机，经过接收机放大、变频、滤波处理后输出雷达回波信号，对所述雷达回波信号进行等间隔A/D采样，得到s_k(n)。

步骤3，在所述采样后的雷达回波信号中去除杂波信号和动目标信号，得到雷达接收机噪声；

步骤3具体包括如下子步骤：

(3a)从所述采样后的雷达回波信号中提取前M个脉冲重复周期的数据S进行慢时间域积累，得到慢时间域积累后的信号Y；

其中S＝[s₁(n)，...，s_m(n)，...，s_M(n)]^T，m＝1，2，...，M，n＝1，2，...，N，s_m(n)为第m个脉冲重复周期的第n个采样点的采样值，[·]^T表示矩阵的转置；Y＝[y₁(n)，...，y_m(n)，...，y_M(n)]^T，m＝1，2，...，M，n＝1，2，...，N，其中y_m(n)为第m个多普勒通道的第n个采样点的采样值，n表示第n个采样点，N表示总的采样点个数，m表示第m个脉冲重复周期，M表示提取的总的脉冲重复周期个数，所述提取的总的脉冲重复周期个数与所述所述多普勒通道总个数都为M；

(3b)对M个脉冲重复周期的数据S进行动目标检测和恒虚警检测，得到动目标信号和杂波信号所在的多普勒通道序号的集合Q＝{q_b|b＝1，2，…B，B＜M}；其中，q_b表示第b个动目标所在的多普勒通道序号，B表示动目标的总个数，杂波信号所在的多普勒通道序号为1；

(3c)设置保护单元个数L，在所述慢时间域积累后的信号Y中去除动目标信号和杂波信号所在的多普勒通道，以及动目标信号和杂波信号对应的保护单元，从而确定在所述慢时间域积累后的信号Y去掉的多普勒通道序号的集合表示为Q_∑，Q_∑＝{1，2，…，L+1}∪{q_b-L，…，q_b，…，q_b+L|b＝1，2，…B，B＜M}，其中∪表示求并集；

需要补充的是，本发明实施例中L＝1，Q_∑＝{1，2}∪{q_b-1，q_b，q_b+1|b＝1，2，…B，B＜M}。

(3d)在所述慢时间域积累后的信号Y中保留下来的数据按多普勒通道序号从小到大的顺序排列得到雷达接收机噪声Y₁，

步骤4，计算所述雷达接收机噪声的相对功率，进而计算得到雷达接收机噪声的绝对功率；

步骤4具体包括如下子步骤：

(4a)计算所述雷达接收机噪声Y₁的相对功率P₃：

其中，M_Δ表示雷达接收机噪声Y₁中多普勒通道的总个数，|·|表示复数的取模运算，

表示噪声积累增益；

(4b)计算得到雷达接收机噪声的绝对功率P＝P₁-P₂+P₃。

步骤5，根据所述雷达接收机噪声的绝对功率确定雷达接收机噪声功率为正常或者异常，并将其作为雷达接收机噪声功率的检测结果。

步骤5具体包括：

获取雷达接收机噪声的理论功率P₀以及雷达接收机噪声的绝对功率P，

若P≤P₀，则确定雷达接收机噪声功率正常；

若P＞P₀，则给定检测门限K，K＞0，并构造检测因子

若α≤K，则确定雷达接收机噪声功率正常；若α＞K，则确定雷达接收机噪声功率异常。

通过以下计算机仿真对本发明结果做进一步说明：

一，仿真条件

本发明仿真实验中软件仿真平台为MATLAB R2017a，选用Agilent Technologies公司生产的能发射连续正弦波且发射功率稳定的信号源产生参考信号，传输线损已抵消掉；信号波形采用连续波，A/D采样频率为10MHZ。

二，仿真内容

仿真1，直接把信号源产生的10dbm点频信号输入A/D采样板中直接采样，经计算机处理后得到信号时域波形如图2所示。

由图2及相关参数计算得参考信号A/D采样后的相对功率值为79.8dB。

仿真2，只开接收机，不开发射组件，接收机噪声用A/D采样，经计算机处理后得到一个脉冲重复周期的信号时域波形如图3所示。

由图3及相关参数计算得接收机噪声相对功率为56.7dB，进而得出接收机噪声绝对功率为-13.1dbm。

仿真3，同时开接收机和发射组件，接收机输出信号进行A/D采样，经计算机处理后得到一个脉冲重复周期的信号时域波形如图4所示，取连续128周期的信号进行相参积累，积累结果如图5所示。

由图4可以看出，接收机输出信号的时域波形出现了明显的“sin函数”型的周期性，噪声夹杂在信号中，无法直接分辨，其相对功率达到60.9db；

由图5可见杂波全都积累到1多普勒通道上，相对功率约58.5db(小于60.9db)，而噪声仍然各个通道都有，因此去掉1多普勒通道附近的积累后的信号，取中间10到109共100个多普勒通道的噪声功率均值来衡量杂波中的噪声功率，其相对功率约为57.2dB，进而计算出用数字信号处理的方法得到的噪声绝对功率为-12.6dbm，与仿真2的结果对比可以验证方法的正确性。

结论：利用积累的方法可以有效地把噪声从信号中提取出来，进而计算噪声功率判断接收机是否正常工作，用此方法可以在线监测接收机工作状态，确保接收机正常工作。实际工作中的雷达，按此方法积累后还会出现动目标和干扰，只需要加以检测并去除对应的多普勒通道数值再进行处理即可。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种雷达接收机噪声功率的检测方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，确定参考信号为连续正弦波信号，将所述连续正弦波信号的功率作为参考信号的绝对功率；对所述连续正弦波信号进行等间隔A/D采样得到采样后的参考信号，将所述采样后的参考信号的功率作为参考信号的相对功率；

步骤2，获取雷达接收机输出的雷达回波信号，对所述雷达回波信号进行所述等间隔A/D采样，得到采样后的雷达回波信号，所述采样后的雷达回波信号中包含动目标信号、杂波信号和雷达接收机噪声；

步骤3，在所述采样后的雷达回波信号中去除杂波信号和动目标信号，得到雷达接收机噪声；

步骤4，计算所述雷达接收机噪声的相对功率，进而计算得到雷达接收机噪声的绝对功率；

步骤5，根据所述雷达接收机噪声的绝对功率确定雷达接收机噪声功率为正常或者异常，并将其作为雷达接收机噪声功率的检测结果。

2.根据权利要求1所述的一种雷达接收机噪声功率的检测方法，其特征在于，步骤1具体包括如下子步骤：

(1a)确定参考信号为连续正弦波信号s(t)，所述连续正弦波信号的功率P₁为参考信号的绝对功率；

(1b)对所述连续正弦波信号进行等间隔A/D采样得到采样后的参考信号s(n)，所述采样后的参考信号的功率作为参考信号的相对功率P₂：

其中，n＝1，2，...，N，n表示第n个采样点，N表示总的采样点个数，lg(·)表示以10为底的对数运算。

3.根据权利要求1所述的一种雷达接收机噪声功率的检测方法，其特征在于，步骤3具体包括如下子步骤：

(3a)从所述采样后的雷达回波信号中提取前M个脉冲重复周期的数据S进行慢时间域积累，得到慢时间域积累后的信号Y；

其中S＝[s₁(n)，...，s_m(n)，...，s_M(n)]^T，m＝1，2，...，M，n＝1，2，...，N，s_m(n)为第m个脉冲重复周期的第n个采样点的采样值，[·]^T表示矩阵的转置；Y＝[y₁(n)，...，y_m(n)，...，y_M(n)]^T，m＝1，2，...，M，n＝1，2，...，N，其中y_m(n)为第m个多普勒通道的第n个采样点的采样值，n表示第n个采样点，N表示总的采样点个数，m表示第m个脉冲重复周期，M表示提取的总的脉冲重复周期个数，所述提取的总的脉冲重复周期个数与所述多普勒通道总个数都为M；

(3b)对M个脉冲重复周期的数据S进行动目标检测和恒虚警检测，得到动目标信号和杂波信号所在的多普勒通道序号的集合Q＝{q_b|b＝1，2，…B，B＜M}；其中，q_b表示第b个动目标所在的多普勒通道序号，B表示动目标的总个数，杂波信号所在的多普勒通道序号为1；

(3c)设置保护单元个数L，在所述慢时间域积累后的信号Y中去除动目标信号和杂波信号所在的多普勒通道，以及动目标信号和杂波信号对应的保护单元，从而确定在所述慢时间域积累后的信号Y去掉的多普勒通道序号的集合表示为Q_∑，Q_∑＝{1，2，…，L+1}∪{q_b-L，…，q_b，…，q_b+L|b＝1，2，…B，B＜M}，其中∪表示求并集；

(3d)在所述慢时间域积累后的信号Y中保留下来的数据按多普勒通道序号从小到大的顺序排列得到雷达接收机噪声Y₁，

4.根据权利要求2和3所述的一种雷达接收机噪声功率的检测方法，其特征在于，步骤4具体包括如下子步骤：

(4a)计算所述雷达接收机噪声Y₁的相对功率P₃：

其中，M_Δ表示雷达接收机噪声Y₁中多普勒通道的总个数，|·|表示复数的取模运算；

(4b)计算得到雷达接收机噪声的绝对功率P＝P₁-P₂+P₃。

5.根据权利要求4所述的一种雷达接收机噪声功率的检测方法，其特征在于，步骤5具体包括：

获取雷达接收机噪声的理论功率P₀以及雷达接收机噪声的绝对功率P，

若P≤P₀，则确定雷达接收机噪声功率正常；

若P＞P₀，则给定检测门限K，K＞0，并构造检测因子

若α≤K，则确定雷达接收机噪声功率正常；若α＞K，则确定雷达接收机噪声功率异常。

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