CN109613505A - 一种抑制双重杂波的装置及其抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抑制双重杂波的装置及其抑制方法，属雷达信号处理技术领域。其装置包括双凹口式MTI滤波器、滤波器权系数库等；通过本发明五个步骤，可发射特定时间间距雷达脉冲信号，接收信号经运动杂波谱中心估计，通过双凹口式MTI滤波器提高信杂比，获得清晰准确目标信号；根据回波信号杂波谱处理回波数据，双凹口式MTI滤波器分别与两种杂波谱中心相对应，方便过滤双重杂波，增强滤波器对消杂波能力，实现了数据处理过程对抑制杂波的简化，增强了数据处理的能力。解决了现有单凹口式MTI滤波器只能抑制一种杂波，滤波不完全效果差，易丢失目标信号、目标信号不能准确输出；及占用大量逻辑资源，且无法对消双重杂波的问题。

Description

一种抑制双重杂波的装置及其抑制方法

技术领域

本发明涉及一种抑制双重杂波的装置及其抑制方法，属雷达信号处理技术领域。

背景技术

雷达区分运动目标和杂波的基础在于两者速度上的差异，利用目标回波和杂波相对于雷达运动速度的不同引起的多普勒频率差异，使得滤波器的频率响应在杂波谱的位置形成凹口，就能通过滤波抑制掉杂波信号。对杂波测速，通常采用脉冲多普勒方法。但脉冲多普勒雷达体系处理多普勒频域差异时，要求回波信号在相同采样单元内不能出现距离移动现象，否则就会引起速度模糊而不能准确测量杂波速度。杂波分为固定杂波和运动杂波两类，固定杂波主要为地杂波，运动杂波包括气象杂波和箔条杂波；以往的动目标检测雷达MTI利用杂波和动目标回波的多普勒频移不同，通过MTI滤波器滤除杂波，但采用单凹口式的MTI滤波器只能抑制一种杂波，工程实现中不仅占用大量逻辑资源，而且无法同时对消固定杂波和运动杂波。因此，非常有必要研发一种基于动目标检测技术，针对双凹口式滤波器与测量杂波速度难点设计、制作，建立相应滤波器权系数库，实现同时对消固定杂波和运动杂波功能，使目标信号传输准确率高，滤波效果显著，信号处理效果好的抑制双重杂波的装置及其抑制方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于动目标检测技术，针对双凹口式MTI滤波器与测量杂波速度难点设计、制作，建立相应滤波器权系数库，实现同时对消固定杂波和运动杂波功能，提高滤波效果，有效抑制杂波干扰，极大降低杂波功率，提高了信噪比，抑制方法简单，确保数据传输及目标信号传输准确，信号处理效果好的抑制双重杂波的装置及其抑制方法。解决现有单凹口式MTI滤波器只能抑制一种杂波，滤波不完全、效果差，易丢失目标信号，导致目标信号不能准确输出，及工程实现中不仅占用大量逻辑资源，而且无法同时对消固定杂波和运动杂波的问题。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种可抑制双重杂波的装置及其方法，其特征在于：可抑制双重杂波的装置包括波形产生器、发射机、接收机、模数转换器、脉冲压缩器、双凹口式MTI滤波器、滤波器权系数库，由双凹口式MTI滤波器、滤波器权系数库组成自适应运动杂波抑制AMTI机构；双凹口式MTI滤波器由多个单延迟线对消器级联构成；双凹口式MTI滤波器的一个凹口位于零频，可过滤掉零多普勒频率点的杂波；双凹口式MTI滤波器的另一个凹口位于运动杂波谱中心，对零频处已过滤的杂波信号再次滤波，得到输出信号；滤波器权系数库由凹口位于运动杂波谱中心的双凹口式MTI滤波器系数组成，并覆盖运动杂波谱中心在频率轴上的所有可能分布区域。

所述的波形产生器包括AD芯片、FPGA芯片。

所述的脉冲压缩器包括FPGA芯片、FLASH芯片。

所述的发射机包括频综器、校准板、激励放大器、T/R组件。

所述的接收机包括T/R组件、信号分配器和射频处理组件。

所述的模数转换器包括AD芯片、FPGA芯片。

一种抑制双重杂波的装置的抑制方法，其特征在于：它包括如下步骤：

步骤一、通过特征矢量法计算凹口位于杂波谱中心频率的双凹口式MTI滤波器权系数，建立一个滤波器权系数库，双凹口式MTI滤波器权系数应覆盖运动杂波谱中心在频率轴上的所有可能分布区域；

步骤二、通过雷达发射机发射18个脉冲信号，前四个脉冲为周期T的周期信号，之后的脉冲为重复周期T1，T2，T3的重复周期信号，通过接收机接收到18个脉冲的雷达回波数据；

步骤三、接收机获取第1,2,3个脉冲和第2,3,4个脉冲在同距离门的回波信号，通过双凹口式MTI滤波器过滤掉零多普勒频率点的杂波；

步骤四、根据雷达接收运动杂波的频谱较窄和脉冲的重复周期，对运动杂波的频谱中心频率f_d进行估计，对杂波和噪声的复包络函数和延迟一个脉冲重复周期后的函数进行相关，因两个函数杂波幅值近似，可以得到杂波频谱中心的多普勒频率估计值；

步骤五、根据运动杂波频谱中心估计值，在滤波器权系数库中找到对应的双凹口式MTI滤波器权系数，输入零频处已过滤的杂波信号，通过凹口位于运动杂波频谱中心的双凹口式MTI滤波器，经AMTI滤波器过滤，得到输出信号。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

一种抑制双重杂波的装置及其抑制方法，其中，抑制双重杂波的装置针对双凹口式MTI滤波器与测量杂波速度的难点设计并制作出双凹口式MTI滤波器，建立相应滤波器权系数库，由双凹口式MTI滤波器、滤波器权系数库组成自适应运动杂波抑制AMTI机构；可发射特定时间间距的雷达脉冲信号，通过双凹口式MTI滤波器提高雷达信号的信杂比，获得清晰准确的目标信号；通过运动杂波频谱中心准确估计接收信号，遵循本发明方法步骤处理雷达回波数据，并通过双凹口式MTI滤波器过滤双重杂波，增强滤波器对消双重杂波的能力，极大降低杂波功率，有效抑制杂波干扰，提高了信噪比，确保目标信号准确传输，信号处理效果好，抑制方法简单。完善解决了现有技术的单凹口式MTI滤波器只能抑制一种杂波，滤波不完全、效果差，易丢失目标信号，导致目标信号不能准确输出；及工程实现中不仅占用大量逻辑资源，而且无法同时对消固定杂波和运动杂波的问题。

附图说明

图1为一种抑制双重杂波的装置及其抑制方法的工作原理结构示意图；

图2为发射机发射的脉冲信号波形示意图；

图3为杂波测速示意图；

图4为双凹口式MTI滤波器的工作原理示意图；

图5-1为双凹口式MTI滤波器位于零频处、位于动杂波处的两个凹口滤波后的频谱示意图；

图5-2为双凹口式MTI滤波器滤波前，目标和双杂波信号同时存在的频谱示意图；

图5-3为双凹口式MTI滤波器滤波后，滤除双杂波只剩目标信号的频谱示意图；

图6为基于权系数库的杂波抑制示意图。

具体实施方式

下面结合附图对该抑制双重杂波的装置及其抑制方法的实施方式作进一步详细说明：

一种可抑制双重杂波的装置及其方法，其特征在于：可抑制双重杂波的装置包括波形产生器、发射机、接收机、模数转换器、脉冲压缩器、双凹口式MTI滤波器、滤波器权系数库；由双凹口式MTI滤波器、滤波器权系数库组成自适应运动杂波抑制AMTI机构；双凹口式MTI滤波器由多个单延迟线对消器级联构成；双凹口式MTI滤波器的一个凹口位于零频，可过滤掉零多普勒频率点的杂波；双凹口式MTI滤波器的另一个凹口位于运动杂波谱中心，对零频处已过滤的杂波信号再次滤波，得到输出信号；滤波器权系数库由凹口位于运动杂波谱中心的双凹口式MTI滤波器系数组成，并覆盖运动杂波谱中心在频率轴上的所有可能分布区域。

所述的波形产生器包括AD芯片、FPGA芯片。

所述的脉冲压缩器包括FPGA芯片、FLASH芯片。

所述的发射机包括频综器、校准板、激励放大器、T/R组件。

所述的接收机包括T/R组件、信号分配器、射频处理组件。

所述的模数转换器包括AD芯片、FPGA芯片。

一种抑制双重杂波的装置的抑制方法，其特征在于：它包括如下步骤：

步骤一、通过特征矢量法计算凹口位于杂波谱中心频率的双凹口式MTI滤波器权系数，建立一个滤波器权系数库，双凹口式MTI滤波器权系数应覆盖运动杂波谱中心在频率轴上的

所有可能分布区域；

步骤二、通过雷达发射机发射18个脉冲信号，前四个脉冲为周期T的周期信号，之后的脉冲为重复周期T1，T2，T3的重复周期信号，通过接收机接收到18个脉冲的雷达回波数据；

步骤三、接收机获取第1,2,3个脉冲和第2,3,4个脉冲在同距离门的回波信号，通过凹口位于零频的双凹口式MTI滤波器过滤掉，零多普勒频率点的杂波；

步骤四、根据雷达接收运动杂波的频谱较窄和脉冲的重复周期，对运动杂波的频谱中心频率f_d进行估计，对杂波和噪声的复包络函数和延迟一个脉冲重复周期后的函数进行相关，因两个函数杂波幅值近似，可以得到杂波频谱中心的多普勒频率估计值；步骤五、根据运动杂波频谱中心估计值，在滤波器权系数库中找到对应的双凹口式MTI滤波器权系数，输入零频处已过滤的杂波信号，通过凹口位于运动杂波频谱中心的双凹口式MTI滤波器，经AMTI滤波器过滤，得到输出信号。（参见图1～6）。

以下是一种抑制双重杂波的装置及其抑制方法的具体实施例：

第一步：建立双凹口式MTI滤波器权系数库，设计双凹口式MTI滤波器。

第二步：（参见图2、图3）

雷达发射18个脉冲信号，前四个脉冲为周期T的周期信号，4T之后的脉冲为重复周期为T1，T2，T3的重复周期信号，脉冲信号经由介质传播到雷达接收机处，接收机收到含有目标信号和杂波的雷达脉冲回波数据；为避免盲速输入非周期信号，这是因为，当发射重复频率相同的脉冲时会产生盲速，而利用参差重复频率，就能大大的提高第一盲速，使其对目标不产生影响。

第三步：

区分运动目标和固定杂波的基础在于它们在速度上的差异，是利用目标回波和杂波相对雷达运动速度不同而引起的多普勒差异，通过滤波即可抑制掉杂波信号。设计一个凹口位于零频的双凹口MTI式滤波器，通过此双凹口式MTI滤波器可将零多普勒频率点的杂波过滤掉，得到已过滤掉零频处杂波的信号；首先通过滑窗形式获取第1,2,3个脉冲和第2,3,4个脉冲在同距离门的回波数据频谱图，双凹口式MIT滤波器的响应频率是在零频处有凹口，通过双凹口式MTI滤波器可将零多普勒频率点即地杂波过滤掉。（参见图4～6）。

用以下算法估计杂波谱中心：

雷达接受的窄带杂波和噪声的复包络可以表示为：

其中，为幅值，为杂波的多普勒频率，为初相，为加性噪声。噪声与杂波不想关，不同PRI之间的噪声互不相关。

延迟一个PRI后的信号为

式中，为脉冲重复周期。

和的相关函数为

因为为窄带信号，即，那么为一实数。因此

用时间平均来代替统计平均后，得到以下估计值

式中，表示杂波在不同脉冲上的独立采样序列号。

因此，得到杂波谱中心频率估计值为

第四步：

以地杂波为例，固定杂波的杂波谱一般集中于直流，也就是多普勒频率为0时，而脉冲雷达中MTI滤波器就是利用杂波与运动目标的多普勒频率的差异，使得滤波器的响应频率在杂波谱的位置形成凹口，以抑制杂波，而动目标回波可无损通过。如果存在两种或两种以上的杂波，如地杂波（固定杂波）和气象杂波（运动杂波），而运动杂波的多普勒频率不在零频，两种杂波的谱中心可能分别位于频率轴上不同位置，这样先判别动目标和运动杂波，测得杂波，再通过运动杂波谱中心位置处滤波器响应频率为凹口的MTI滤波器，同时在两种杂波谱中心形成两个不同的凹口，即可同时滤掉两种杂波，得到在双凹口式MTI滤波器的频率响应之内的回波（包括杂波和目标回波）频谱，此时的双凹口式MTI滤波器输出的信号已清晰准确，便于观察分析。（参见图5-1～图5-3）。

本发明申请人的发明思路是：杂波抑制处理是雷达数据处理的重要部分，对得到的雷达接收信号的目标清晰度、准确率以及后续分析判断具有重要的意义。通常，区分运动目标和固定杂波的基础在于它们速度上的差异，换言之，利用目标回波和杂波相对雷达运动速度不同而引起的多普勒差异，就可以通过滤波来抑制掉杂波信号。对于杂波测速，一般情况下多采用脉冲多普勒方法来测量杂波速度，根据多普勒原理，通过检测杂波信号的多普勒频率从而根据多普勒公式估计出杂波速度。但PD脉冲多普勒雷达体系在处理多普勒域问题时，要求回波信号在相同采样单元内不能出现距离走动现象，这会引起速度模糊，不能准确测量杂波速度，本发明申请人考虑提出用估计运动杂波谱中心来替代，实践证明效果不错。同时，设计双凹口式MTI滤波器与测量杂波速度是难点，本发明申请人通过建立相应的滤波器权系数库，最终使得双凹口式MTI滤波器的两个凹口分别对应两种杂波谱中心，实现分别对消固定杂波和运动杂波。

该抑制双重杂波的装置及其抑制方法，可准确估计运动杂波谱中心，通过设计和制作双凹口式MTI滤波器，实现有针对性的对消双重杂波，有效抑制双重杂波干扰，大大降低杂波的功率，提高了信噪比，确保目标信号准确传输，信号处理效果好，在实际工程应用中取得很好效果。

以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案

的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (7)

1.一种抑制双重杂波的装置，其特征在于：它包括波形产生器、发射机、接收机、模数转换器、脉冲压缩器、双凹口式MTI滤波器、滤波器权系数库，由双凹口式MTI滤波器、滤波器权系数库组成自适应运动杂波抑制AMTI机构；双凹口式MTI滤波器由多个单延迟线对消器级联构成；双凹口式MTI滤波器的一个凹口位于零频，可过滤掉零多普勒频率点的杂波；双凹口式MTI滤波器的另一个凹口位于运动杂波谱中心，对零频处已过滤的杂波信号再次滤波，得到输出信号；滤波器权系数库由凹口位于运动杂波谱中心的双凹口式MTI滤波器系数组成，并覆盖运动杂波谱中心在频率轴上的所有可能分布区域。

2.根据权利要求1所述的一种抑制双重杂波的装置，其特征在于：所述的波形产生器包括AD芯片、FPGA芯片。

3.根据权利要求1所述的一种抑制双重杂波的装置，其特征在于：所述的脉冲压缩器包括FPGA芯片、FLASH芯片。

4.根据权利要求1所述的一种抑制双重杂波的装置，其特征在于：所述的发射机包括频综器、校准板、激励放大器、T/R组件。

5.根据权利要求1所述的一种抑制双重杂波的装置，其特征在于：所述的接收机包括T/R组件、信号分配器、射频处理组件。

6.根据权利要求1所述的一种抑制双重杂波的装置，其特征在于：所述的模数转换器包括AD芯片、FPGA芯片。

7.一种抑制双重杂波的装置的抑制方法，其特征在于：它包括如下步骤：

步骤一、通过特征矢量法计算凹口位于杂波谱中心频率的双凹口式MTI滤波器权系数，建立一个滤波器权系数库，双凹口式MTI滤波器权系数应覆盖运动杂波谱中心在频率轴上的所有可能分布区域；

步骤二、通过雷达发射机发射18个脉冲信号，前四个脉冲为周期T的周期信号，之后的脉冲为重复周期T1，T2，T3的重复周期信号，通过接收机接收到18个脉冲的雷达回波数据；

步骤三、接收机获取第1,2,3个脉冲和第2,3,4个脉冲在同距离门的回波信号，通过凹口位于零频的双凹口式MTI滤波器过滤掉零多普勒频率点的杂波；

步骤四、根据雷达接收运动杂波的频谱较窄和脉冲的重复周期，对运动杂波的频谱中心频率f_d进行估计，对杂波和噪声的复包络函数和延迟一个脉冲重复周期后的函数进行相关，因两个函数杂波幅值近似，可以得到杂波频谱中心的多普勒频率估计值；

步骤五、根据运动杂波频谱中心估计值，在滤波器权系数库中找到对应的双凹口式MTI滤波器权系数，输入零频处已过滤的杂波信号，通过凹口位于运动杂波频谱中心的双凹口式MTI滤波器，经AMTI滤波器过滤，得到输出信号。