CN110646098A - 一种跳频星载微波辐射计射频干扰抑制方法 - Google Patents

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Abstract

一种跳频星载微波辐射计射频干扰抑制方法，包括步骤如下：步骤1、辐射计接收机选择频带进行正常工作，初始本振频率为fL0；步骤2、将开关切至匹配负载，计算得到辐射计接收机多次观测匹配负载输出的电压的方差
Figure DDA0002179722610000012
步骤3、将开关切至天线输出端口，观测得到辐射计接收机第m次观测天线时的输出电压值VA(m)；步骤4、根据获得的天线输出电压值VA(m)和观测匹配负载输出的电压的方差
Figure DDA0002179722610000013
进行RFI检测，判断是否存在RFI；步骤5、如果不存在RFI干扰，则本振不进行跳频，辐射计接收机保持工作频段；如果存在RFI干扰，则本振进行跳频。本发明的方法有效地进行射频干扰抑制，同时方法简单，处理复杂度低，对整星资源需求较低。

Description

一种跳频星载微波辐射计射频干扰抑制方法
技术领域
本发明涉及一种计射频干扰抑制方法。
背景技术
微波辐射计(Microwave Radiometer)是用于测量目标自身微波辐射能量的被动遥感仪器，它通过接收目标自身的微波噪声辐射获取目标的特征信息，将输出数据进行反演，就可获得特定目标参数(主要是亮温值)，从而了解探测目标的物理特性。本质上，微波辐射计是一个高灵敏度的噪声接收机。微波辐射计通过接收来目标的亮温，经过接收机将天线输出信号放大到一定功率，再进行检波后，就能够得到辐射计输出的电压值，该电压值对应的就是辐射计接收功率，通过定标就能够获取天线口面接收的亮温。
虽然星载微波辐射计一般都工作在射电天文的保护频段之内，但是，随着人类通信活动的增强以及不法发射的增多，导致星载微波辐射计在低频段，特别是L、C、X波段易于受到来自与地面的人为射频干扰，导致辐射计观测数据不可用，同时造成了大量区域数据空白，导致星载微波辐射计观测能力的下降，对数值预报造成了一定的影响。并且，随着5G通信的发展，导致K、Ka、V波段星载被动辐射遥感面临极大的挑战，急需发展星载RFI射频干扰抑制方法解决该问题。
现有射频抑制方法的缺点在于：第一，仅能够满足窄带干扰的抑制，无法对宽带干扰进行抑制；第二，处理复杂，需要较高的数字信号处理资源；第三，增加了辐射系统的数据率，增加了对整星资源的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种跳频星载微波辐射计射频干扰抑制方法，克服了现有射频干扰抑制方法的局限性，能够针宽带、窄带干扰信号，有效地进行射频干扰抑制，同时方法简单，处理复杂度低，对整星资源需求较低。
本发明所采用的技术方案是：一种跳频星载微波辐射计射频干扰抑制方法，包括步骤如下：
步骤1、辐射计接收机选择
Figure BDA0002179722590000021
频带进行正常工作，初始本振频率为fL0；
其中，f0为辐射计接收机工作中心频率，B为辐射计接收机工作带宽；
步骤2、将开关切至匹配负载，连续观测N个积分时间，计算得到辐射计接收机多次观测匹配负载输出的电压的方差N为正整数；
步骤3、将开关切至天线输出端口，连续观测天线输出，观测得到辐射计接收机第m次观测天线时的输出电压值VA(m)；m为正整数；
步骤4、根据获得的天线输出电压值VA(m)和观测匹配负载输出的电压的方差
Figure BDA0002179722590000023
进行RFI检测，判断是否存在RFI；
步骤5、如果不存在RFI干扰，则本振不进行跳频，辐射计接收机保持工作频段；如果存在RFI干扰，则本振进行跳频，本振频率变换至fL1，辐射计接收机选择
Figure BDA0002179722590000024
频带进行正常工作。
辐射计接收机多次观测匹配负载输出的电压的方差：
Figure BDA0002179722590000025
其中，VU(i)为第i个积分时间下观测匹配负载的输出电压值；i＝1，2，…,N；N为正整数。
步骤4中，是否存在RFI的判决准则为：
如果则存在RFI，如果
Figure BDA0002179722590000027
则不存在RFI；
其中，X为门限因子。
门限因子X取：
Figure BDA0002179722590000028
其中，TS为观测场景的亮温，TR为辐射计接收机噪声温度，TP为匹配负载物理温度。
跳频后的频率fL1选择范围为fL0±4B。
N≥100。
一种跳频星载辐射计接收机，包括开关、低噪声放大器、带通滤波器、混频器、可调本振源、中频滤波器、中频放大器、AD采集器以及FPGA；
开关周期性选择接收天线输出的信号或负载输出的信号，低噪声放大器接收来自天线输出的射频微波辐射信号，通过带通滤波器获取整个跳频辐射计工作范围的带宽信号；可调本振源可以提供任意频率的本振信号，通过混频器将信号混频至中频，通过中频滤波器进行卡带，再通过中频放大器将中频信号放大至AD采集器的工作范围内，通过AD采集将中频信号进行模数变化，通过FPGA对数字信号进行信号处理；FPGA进行功率检波并进行RFI检测，如果存在RFI，则将信息反馈给可调本振源，控制可调本振源调整本振输出频率，改变系统工作频带。
是否存在RFI的判决准则为：
如果
Figure BDA0002179722590000031
则存在RFI，如果
Figure BDA0002179722590000032
则不存在RFI；
其中，X为门限因子，VA(m)为辐射计接收机第m次观测天线时的输出电压值，
Figure BDA0002179722590000033
为辐射计接收机多次观测匹配负载输出的电压的方差，m为正整数。
门限因子X取：
Figure BDA0002179722590000034
其中，TS为观测场景的亮温，TR为辐射计接收机噪声温度，TP为匹配负载物理温度。
辐射计接收机多次观测匹配负载输出的电压的方差：
其中，VU(i)为第i个积分时间下观测匹配负载的输出电压值；i＝1，2，…,N；N为正整数。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明采用基于跳频辐射计接收机的方式，完成星载微波辐射计在轨实时RFI检测与抑制。通过采用可调本振能够灵活改变辐射计工作带宽，避开RFI干扰频带，无论是窄带干扰还是宽带干扰都能够进行很好的检测和抑制；整个RFI检测算法处理简单，数字信号处理资源耗费较少，能够在星上直接进行干扰的自动检测与抑制，无需下传数据至地面进行处理，提升了检测性能和实效性；检测后输出信号数据率与传统辐射计输出数据率相当，不额外增加数据量，对卫星平台的要求低。
附图说明
图1为跳频辐射计接收机的结构图。
图2为本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
本发明采用基于跳频辐射计接收机的方式，完成星载微波辐射计在轨实时RFI检测与抑制。如图1所示，跳频星载微波辐射计接收机由开关、低噪声放大器、带通滤波器、混频器、可调本振源、中频滤波器、中频放大器、AD采集器以及FPGA组成。
辐射计接收机工作过程中，开关能够周期性选择接收天线输出的信号或是负载输出的信号，低噪声放大器接收来自天线输出的射频微波辐射信号，通过带通滤波器获取整个跳频辐射计工作范围的带宽信号；可调本振源可以提供任意频率的本振信号，通过混频器将信号混频至中频，通过中频滤波器进行卡带，再通过中频放大器将中频信号放大至AD采集器的工作范围内，通过AD采集将中频信号进行模数变化，通过FPGA对数字信号进行信号处理；在FPGA中，能够进行功率检波以及RFI(射频干扰)检测分析，如果存在RFI，则将信息反馈给可调本振源，让其调整本振输出频率，改变系统工作频带，进而避开受到干扰的频段，完成射频干扰抑制。
如图2所示，一种跳频星载微波辐射计射频干扰抑制方法，包括步骤如下：
步骤1、辐射计接收机正常工作：辐射计接收机选择
Figure BDA0002179722590000051
频带，其中f0为辐射计接收机工作中心频率，B为辐射计接收机工作带宽。进行正常工作，其中初始本振频率为fL0(对于确定的辐射计接收机，初始本振频率的选择根据辐射计接收机的具体情况确定)。
步骤2、观测匹配负载。
开关切至匹配负载，连续观测N个(N≥100)积分时间，计算得到辐射计接收机多次观测匹配负载输出的电压的方差：
Figure BDA0002179722590000052
其中，VU(i)为第i个积分时间下观测匹配负载的输出电压值。i＝1，2，…,N；N为正整数；
步骤3、连续观测天线输出。开关切至天线输出端口，观测得到辐射计接收机第m次观测天线时的输出电压值VA(m)。m为正整数；
步骤4、RFI检测。根据获得的天线输出电压值VA(m)和观测匹配负载输出的电压的方差
Figure BDA0002179722590000053
进行计算，判断是否存在RFI，当判决准则为：
如果
Figure BDA0002179722590000054
则存在RFI，如果
Figure BDA0002179722590000055
则不存在RFI。
其中，X为门限因子。X门限因子的确定需要根据辐射计接收机以及具体观测场景的具体情况确定，一般情况下X取：
Figure BDA0002179722590000056
其中，TS为观测场景的亮温，TR为辐射计接收机噪声温度，TP为匹配负载物理温度。
步骤5、如果不存在RFI干扰，本振则不进行跳频，辐射计接收机保持工作频段；如果存在RFI干扰，本振进行跳频，本振频率变换至fL1(跳频后的频率fL1需要根据实际辐射计接收机具体情况进行设定，一般情况下，fL1选择范围为fL0±4B)，辐射计接收机选择
Figure BDA0002179722590000061
频带进行正常工作。
实施例：
一种跳频星载微波辐射计射频干扰抑制方法，包括步骤如下：
步骤1、辐射计接收机正常工作：辐射计选择1.415GHz±10MHz频带。进行正常工作，其中初始本振频率为1265MHz。
步骤2观测匹配负载。
开关切至匹配负载，连续观测100个积分时间，计算得到观测匹配负载输出的电压的方差：
其中，VU(i)为第i个积分时间下观测匹配负载的输出电压值。
步骤3连续观测天线输出。开关切至天线输出端口，观测得到第m个积分时间的天线输出电压值VA(m)。
步骤4RFI检测。根据获得的天线输出电压值VA(m)和观测匹配负载输出的电压的方差
Figure BDA0002179722590000063
进行计算，判断是否存在RFI，当判决准则为：
Figure BDA0002179722590000064
其中，VA(m)接收机第m次观测天线时的输出电压值，X为门限因子，
Figure BDA0002179722590000065
为接收机多次观测匹配负载时输出电压值的方差。X门限因子的确定需要根据辐射计接收机以及具体观测场景的具体情况确定，一般情况下X取：
Figure BDA0002179722590000066
其中，TS为观测场景的亮温200K，TR为辐射计接收机噪声温度150K，TP为匹配负载物理温度290K。
步骤5、如果不存在RFI干扰，本振则不进行跳频，辐射计保持工作频段。如果存在RFI干扰，本振进行跳频，本振频率变换至fL1(fL1＝1265±20a，a＝1,2,3,4,5)，辐射计选择1.415GHz±20MHz×b±10MHz，，b＝1,2,3,4,5频带进行正常工作。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种跳频星载微波辐射计射频干扰抑制方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤1、辐射计接收机选择
Figure FDA0002179722580000011
频带进行正常工作，初始本振频率为fL0；
其中，f0为辐射计接收机工作中心频率，B为辐射计接收机工作带宽；
步骤2、将开关切至匹配负载，连续观测N个积分时间，计算得到辐射计接收机多次观测匹配负载输出的电压的方差N为正整数；
步骤3、将开关切至天线输出端口，连续观测天线输出，观测得到辐射计接收机第m次观测天线时的输出电压值VA(m)；m为正整数；
步骤4、根据获得的天线输出电压值VA(m)和观测匹配负载输出的电压的方差
Figure FDA0002179722580000013
进行RFI检测，判断是否存在RFI；
步骤5、如果不存在RFI干扰，则本振不进行跳频，辐射计接收机保持工作频段；如果存在RFI干扰，则本振进行跳频，本振频率变换至fL1，辐射计接收机选择
Figure FDA0002179722580000014
频带进行正常工作。
2.根据权利要求1所述的一种跳频星载微波辐射计射频干扰抑制方法，其特征在于，辐射计接收机多次观测匹配负载输出的电压的方差：
Figure FDA0002179722580000015
其中，VU(i)为第i个积分时间下观测匹配负载的输出电压值；i＝1，2，...，N；N为正整数。
3.根据权利要求1或2所述的一种跳频星载微波辐射计射频干扰抑制方法，其特征在于，步骤4中，是否存在RFI的判决准则为：
如果则存在RFI，如果
Figure FDA0002179722580000017
则不存在RFI；
其中，X为门限因子。
4.根据权利要求3所述的一种跳频星载微波辐射计射频干扰抑制方法，其特征在于，门限因子X取：
Figure FDA0002179722580000021
其中，TS为观测场景的亮温，TR为辐射计接收机噪声温度，TP为匹配负载物理温度。
5.根据权利要求4所述的一种跳频星载微波辐射计射频干扰抑制方法，其特征在于，跳频后的频率fL1选择范围为fL0±4B。
6.根据权利要求1所述的一种跳频星载微波辐射计射频干扰抑制方法，其特征在于，N≥100。
7.一种跳频星载辐射计接收机，其特征在于，包括开关、低噪声放大器、带通滤波器、混频器、可调本振源、中频滤波器、中频放大器、AD采集器以及FPGA；
开关周期性选择接收天线输出的信号或负载输出的信号，低噪声放大器接收来自天线输出的射频微波辐射信号，通过带通滤波器获取整个跳频辐射计工作范围的带宽信号；可调本振源可以提供任意频率的本振信号，通过混频器将信号混频至中频，通过中频滤波器进行卡带，再通过中频放大器将中频信号放大至AD采集器的工作范围内，通过AD采集将中频信号进行模数变化，通过FPGA对数字信号进行信号处理；FPGA进行功率检波并进行RFI检测，如果存在RFI，则将信息反馈给可调本振源，控制可调本振源调整本振输出频率，改变系统工作频带。
8.根据权利要求7所述的一种跳频星载辐射计接收机，其特征在于，是否存在RFI的判决准则为：
如果
Figure FDA0002179722580000022
则存在RFI，如果
Figure FDA0002179722580000023
则不存在RFI；
其中，X为门限因子，VA(m)为辐射计接收机第m次观测天线时的输出电压值，
Figure FDA0002179722580000024
为辐射计接收机多次观测匹配负载输出的电压的方差，m为正整数。
9.根据权利要求8所述的一种跳频星载辐射计接收机，其特征在于，门限因子X取：
Figure FDA0002179722580000031
其中，TS为观测场景的亮温，TR为辐射计接收机噪声温度，TP为匹配负载物理温度。
10.根据权利要求8或9所述的一种跳频星载辐射计接收机，其特征在于，辐射计接收机多次观测匹配负载输出的电压的方差：
其中，VU(i)为第i个积分时间下观测匹配负载的输出电压值；i＝1，2，...，N；N为正整数。
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