CN114966598A - 低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法及装置 - Google Patents

低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法及装置 Download PDF

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CN114966598A CN202210694142.7A CN202210694142A CN114966598A CN 114966598 A CN114966598 A CN 114966598A CN 202210694142 A CN202210694142 A CN 202210694142A CN 114966598 A CN114966598 A CN 114966598A
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徐正
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Abstract

本发明提供一种低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法及装置，涉及低慢小雷达信号处理技术领域。该方法包括：获取雷达的脉压回波信号；计算脉压回波信号的每一个距离门的统计能量，根据统计能量的排序，筛选出具有强地杂波的多个目标距离门；对脉压回波信号在每个目标距离门的方位采样信号的实部和虚部分别进行低阶拟合，得到实部拟合信号和虚部拟合信号；以及在时域上，将每个目标距离门的方位采样信号减去该目标距离门对应的实部拟合信号和虚部拟合信号，得到杂波抑制后的目标脉压信号。本发明可以对强点、线和面地物杂波均有良好的抑制效果，同时对动目标信号没有损失，算法计算量小，便于实时实现，特别适用于低慢小雷达信号处理的实时实现。

Description

低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法及装置
技术领域
本发明涉及低慢小雷达信号处理技术领域，具体涉及一种低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法及装置，更具体地涉及一种低慢小监视雷达环境中存在强散射地物的杂波干扰的抑制方法以及适用该方法的装置。
背景技术
在低慢小雷达中，目标的高性能检测是低慢小雷达的关键，然而受到目标特性以及雷达所属环境的杂波特性的影响，杂波通常会成为一种对目标检测有着重大影响的因素，如何最大程度的减小和抑制地杂波已经成为低慢小雷达信号处理中的一项关键技术，对于提升低慢小雷达的检测性能具有重大的意义。
常规的杂波抑制方法有空时自适应处理、动目标显示和动目标检测等。其中，空时自适应处理需要同时联合雷达在空间域、时间域的多维数据进行加权处理，计算复杂；动目标显示采用时域相邻两脉冲对消相减的方法，杂波抑制凹口大，对零多普勒通道附件的慢速目标检测产生影响；动目标检测首先在时域统一加窗然后进行快速傅里叶变换将时域转换到频域然后将杂波对应的零多普勒通道剔除，然而当杂波发射特别强时，傅里叶变换后在频域产生严重旁瓣扩展到周围多个多普勒单元，只剔除零多普勒通道无法完全抑制杂波，剔除多个通道将影响其他动目标检测，造成杂波抑制和目标检测困难。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法及装置。
本发明一方面提供了一种低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法，包括：获取雷达的脉压回波信号；计算脉压回波信号的每一个距离门的统计能量，根据统计能量的排序，筛选出具有强地杂波的多个目标距离门；对脉压回波信号在每个目标距离门的方位采样信号的实部和虚部分别进行低阶拟合，得到实部拟合信号和虚部拟合信号；以及在时域上，将每个目标距离门的方位采样信号减去该目标距离门对应的实部拟合信号和虚部拟合信号，得到杂波抑制后的目标脉压信号。
可选地，获取雷达的脉压回波信号，包括：对雷达接收到的原始回波信号进行距离向脉冲压缩，得到脉压回波信号。
可选地，原始回波信号为单个波位的回波信号。
可选地，脉压回波信号的每一个距离门的统计能量根据以下公式计算得出：
Figure BDA0003697271400000021
其中，
Figure BDA0003697271400000022
表示脉压回波信号在第m个距离门的方位采样信号，m＝1，2，…，nr；nr表示距离向脉冲的总个数；na表示方位向脉冲的总个数，n＝1，2，…，na；Pm表示第m个距离门的统计能量。
可选地，根据统计能量的排序，筛选出具有强地杂波的多个目标距离门，包括：预先设置经验门限值，判断脉压回波信号的每一个距离门的统计能量是否大于经验门限值，如果是，则确定该距离门为具有强地杂波的目标距离门。
可选地，低阶拟合为时域拟合，拟合阶次为1～6阶。
可选地，杂波抑制后的目标脉压信号根据以下公式计算得到：
S′(m)＝(real(S(m))-SI(m))+j×(image(S(m))-SQ(m))
其中，real()表示取实部，image()表示取虚部；S(m)表示第m个距离门的方位采样信号；SI(m)和SQ(m)分别表示第m个距离门的实部拟合信号和虚部拟合信号；S′(m)表示目标脉压信号。
可选地，方法还包括：对目标脉压信号进行时域加窗后，在方位向进行快速傅里叶变换，得到方位相参积累后的杂波信号。
本发明另一方面提供了一种低慢小雷达强地杂波自适应抑制装置，包括：信号获取模块，用于获取雷达的脉压回波信号；距离门筛选模块，用于计算脉压回波信号的每一个距离门的统计能量，根据统计能量的排序，筛选出具有强地杂波的多个目标距离门；低阶拟合模块，用于对脉压回波信号在每个目标距离门的方位采样信号的实部和虚部分别进行低阶拟合，得到实部拟合信号和虚部拟合信号；以及目标脉压得出模块，用于在时域上，将每个目标距离门的方位采样信号减去该目标距离门对应的实部拟合信号和虚部拟合信号，得到杂波抑制后的目标脉压信号。
与现有技术相比，本发明提供的低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法及装置，至少具有以下有益效果：
(1)通过在时域基于阈值能量筛选距离门，可以大幅度减小算法的计算量；
(2)通过对逐个距离门的脉压回波进行实部和虚部低阶次(一般1-6阶，主要基于杂波散步宽度和最小目标检测速度)信号拟合可以准确地提取到对每个距离门对匹配的地物杂波信号，并不损伤动目标的回波信号，实现了自适应杂波提取；
(3)该方法针对点状、线状和面状强弱地杂波均有良好的抑制效果，适应性广，稳健性好。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了根据本发明实施例的低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法的流程图；
图2示意性示出了本发明具体实施例的杂波抑制前脉压回波信号的结果图；
图3示意性示出了本发明具体实施例的杂波抑制前做完FFT处理的距离-多普勒图；
图4示意性示出了本发明具体实施例的某一距离门内方位采样信号的实部及其实部拟合信号的对比图；
图5示意性示出了本发明具体实施例的某一距离门内方位采样信号的虚部及其虚部拟合信号的对比图；
图6示意性示出了本发明具体实施例的杂波抑制后目标脉压信号的结果图；
图7示意性示出了本发明具体实施例的杂波抑制后做完FFT处理的距离-多普勒图；
图8示意性示出了根据本发明实施例的低慢小雷达强地杂波自适应抑制装置的框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例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。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
图1示意性示出了根据本发明实施例的低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法的流程图。
如图1所示，根据该实施例的低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法，可以包括操作S1～操作S6。
在操作S1，获取雷达的脉压回波信号。
具体地，对雷达接收到的原始回波信号进行距离向脉冲压缩，得到脉压回波信号，其中，该原始回波信号为单个波位的回波信号。
在任意时刻t的脉压回波信号
Figure BDA0003697271400000041
公式如下：
Figure BDA0003697271400000042
其中，
Figure BDA0003697271400000043
为输入的第n个脉冲的原始回波信号，n＝1，2，…，na；na表示方位向脉冲的总个数；s(t)表示雷达发射的线性调频信号，*表示共轭；τ表示距离向时间。
发射的线性调频信号s(t)的公式描述如下：
Figure BDA0003697271400000051
Figure BDA0003697271400000052
其中，A表示发射信号强度；fc表示发射信号频率；K表示调频斜率；
Figure BDA0003697271400000053
表示第n个脉冲信号的强度；fd表示多普勒频率；T表示信号脉宽。
信号脉宽T的公式描述如下：
Figure BDA0003697271400000054
需要说明的是，本实施例仅以脉冲体制雷达信号为例，在其他实施例中，该方法同样适用于连续波雷达等各种以方位相参积累体制的雷达系统。
在操作S2，计算脉压回波信号的每一个距离门的统计能量，根据统计能量的排序，筛选出具有强地杂波的多个目标距离门。
本实施例中，令(1，2，…，nr)表示脉压回波信号的距离门标号，nr表示距离向脉冲的总个数，则脉压回波信号的每一个距离门的统计能量根据以下公式计算得出：
Figure BDA0003697271400000055
其中，
Figure BDA0003697271400000056
表示脉压回波信号在第m个距离门的方位采样信号，m＝1，2，…，nr；na表示方位向脉冲的总个数，n＝1，2，…，na；Pm表示第m个距离门的统计能量。
进一步地，根据统计能量的排序，筛选出具有强地杂波的多个目标距离门，包括：预先设置经验门限值，判断脉压回波信号的每一个距离门的统计能量是否大于经验门限值，如果是，则确定该距离门为具有强地杂波的目标距离门。
假设经验门限值表示为G，如果Pm＞G，则该第m个距离门可以确定为具有强地杂波的目标距离门。该经验门限值G可以基于数据统计得到。
由此，通过统计能量进行排序筛选出强地杂波的目标距离门，可以显著减小运算量。
在操作S3，对脉压回波信号在每个目标距离门的方位采样信号的实部和虚部分别进行低阶拟合，得到实部拟合信号和虚部拟合信号。
第m个目标距离门的方位采样信号可以表示为：
Figure BDA0003697271400000061
实部拟合信号和虚部拟合信号的公式描述如下：
SI(m)＝ω0[1，…，na]0+ω1[1，…，na]1+…+ωl[1，…，na]l
SQ(m)＝ζ0[1，…，na]0+ζ1[1，…，na]1+…+ζl[1，…，na]l
其中，SI(m)和SQ(m)分别表示第m个距离门的实部拟合信号和虚部拟合信号；(ω0，ω1，…，ωl)和(ζ0，ζ1，…，ζl)均表示拟合信号的各项因子；l表示拟合的阶次。
根据杂波散步宽度，该低阶拟合为时域拟合，优选地，拟合阶次为1～6阶。
在操作S4，在时域上，将每个目标距离门的方位采样信号减去该目标距离门对应的实部拟合信号和虚部拟合信号，得到杂波抑制后的目标脉压信号。
本实施例中，杂波抑制后的目标脉压信号根据以下公式计算得到：
S′(m)＝(real(S(m))-SI(m))+j×(image(S(m))-SQ(m))
其中，real()表示取实部，image()表示取虚部；S(m)表示第m个距离门的方位采样信号；SI(m)和SQ(m)分别表示第m个距离门的实部拟合信号和虚部拟合信号；S′(m)表示目标脉压信号。
本实施例中，上述操作S4之后还可以包括操作S5。
在操作S5，对目标脉压信号进行时域加窗后，在方位向进行快速傅里叶变换，得到方位相参积累后的杂波信号。
通过本发明的实施例，本发明基于对低慢小监视雷达录取回波数据中的强散射地物的杂波和动目标的时域特性进行统计和分析，提出了一种自适应的杂波抑制方法。首先通过对接收的单个波位的回波数据进行距离脉压处理，并基于能量排序筛选出具有强杂波的距离门，然后逐个对这些距离门中多普勒信号的复信号实部和虚部信号进行分别低阶次拟合，最后将这些距离门中的信号减去拟合的信号，就得到了杂波抑制后的雷达回波信号。本发明可以对强点、线和面地物杂波均有良好的抑制效果，同时对动目标信号没有损失，算法计算量小，便于实时实现，特别适用于低慢小雷达信号处理的实时实现。
基于上述公开内容，以下给出本发明的具体实施例。
在本发明的具体实施例中，提供了某地基低慢小雷达录取的真实回波数据。该数据的主要录取雷达工作参数为：波段为Ku波段，脉冲积累数为128。
(1)对雷达接收到的原始回波信号进行距离向脉冲压缩，得到脉压回波信号。
该脉压回波信号示意图如图2所示，做完FFT处理后的距离-多普勒图如图3所示。从图3中可以看出，回波信号受强杂波干扰在多普勒维呈现长条形展宽现象，影响目标检测。
(2)计算每一个距离门的统计能量，基于经验门限值，得到具有强地杂波的多个目标距离门。
(3)对每个目标距离门进行实部和虚部拟合，得到实部拟合信号和虚部拟合信号，画出实部拟合信号和虚部拟合信号分别与原始信号的对比图。
某个距离门上的方位采样信号的实部及其实部拟合信号，以及虚部及其虚部拟合信号分别如图4和图5所示。
(4)在时域上，将每个目标距离门的方位采样信号减去该目标距离门对应的实部拟合信号和虚部拟合信号，得到杂波抑制后的目标脉压信号。
该目标脉压信号为时域信号，如图6所示，与前述步骤(1)的图3幅度进行对比，可以看出低阶强杂波分量被消减掉。
(5)杂波抑制后，进行方位FFT，得到方位相参积累后的杂波信号。
杂波抑制后的FFT处理结果，也即杂波信号如图7所示，从图7中可以看出距离-多普勒图上不再有强杂波导致的长条形展宽现象，说明强杂波被有效抑制。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明的低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法有了清楚的认识。
综上所述，本发明实施例基于对低慢小监视雷达录取回波数据中的强散射地物的杂波和动目标的时域特性进行统计和分析，提出了一种低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法，通过对接收的单个波位的回波数据进行距离脉压处理，并基于能量排序筛选出具有强杂波的距离门，然后逐个对这些距离门中多普勒信号的复信号实部和虚部信号进行分别低阶次拟合，最后将这些距离门中的信号减去拟合的信号，就得到了杂波抑制后的雷达回波信号。
对比图3和图7可以看出，通过该方法可以有效抑制强杂波点导致的多普勒维展宽现象，消除长条形旁瓣展宽。因此，该方法计算量小，便于实时实现，通过在时域抑制可以明显减小强地杂波的干扰，同时对动目标信号没有损失，能够解决低慢小监视雷达中强地杂波的干扰问题，保证良好的检测性能。
以上只是示例性说明，本实施例不限于此。例如，在其他实施例中，发射信号可由上述线性调频信号替换为非线性调频信号。
基于上述方法，本发明还提供了一种低慢小雷达强地杂波自适应抑制装置，以下将结合图8对该装置进行详细描述。
图8示意性示出了根据本发明实施例的低慢小雷达强地杂波自适应抑制装置的框图。
如图8所示，根据该实施例的低慢小雷达强地杂波自适应抑制装置800包括信号获取模块810、距离门筛选模块820、低阶拟合模块830和目标脉压得出模块840。
信号获取模块810，用于获取雷达的脉压回波信号。
距离门筛选模块820，用于计算脉压回波信号的每一个距离门的统计能量，根据统计能量的排序，筛选出具有强地杂波的多个目标距离门。
低阶拟合模块830，用于对脉压回波信号在每个目标距离门的方位采样信号的实部和虚部分别进行低阶拟合，得到实部拟合信号和虚部拟合信号。
目标脉压得出模块840，用于在时域上，将每个目标距离门的方位采样信号减去该目标距离门对应的实部拟合信号和虚部拟合信号，得到杂波抑制后的目标脉压信号。
需要说明的是，装置部分的实施例方式与方法部分的实施例方式对应类似，并且所达到的技术效果也对应类似，具体细节请参照上述方法实施例方式部分，在此不再赘述。
根据本发明的实施例，信号获取模块810、距离门筛选模块820、低阶拟合模块830和目标脉压得出模块840中的任意多个可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本发明的实施例，信号获取模块810、距离门筛选模块820、低阶拟合模块830和目标脉压得出模块840中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，信号获取模块810、距离门筛选模块820、低阶拟合模块830和目标脉压得出模块840中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。
此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法，其特征在于，包括：
获取雷达的脉压回波信号；
计算所述脉压回波信号的每一个距离门的统计能量，根据所述统计能量的排序，筛选出具有强地杂波的多个目标距离门；
对所述脉压回波信号在每个所述目标距离门的方位采样信号的实部和虚部分别进行低阶拟合，得到实部拟合信号和虚部拟合信号；以及
在时域上，将每个所述目标距离门的方位采样信号减去该目标距离门对应的实部拟合信号和虚部拟合信号，得到杂波抑制后的目标脉压信号。
2.根据权利要求1所述的低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法，其特征在于，所述获取雷达的脉压回波信号，包括：
对雷达接收到的原始回波信号进行距离向脉冲压缩，得到脉压回波信号。
3.根据权利要求2所述的低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法，其特征在于，所述原始回波信号为单个波位的回波信号。
4.根据权利要求1所述的低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法，其特征在于，所述脉压回波信号的每一个距离门的统计能量根据以下公式计算得出：
Figure FDA0003697271390000011
其中，
Figure FDA0003697271390000012
表示脉压回波信号在第m个距离门的方位采样信号，m＝1，2，…，nr；nr表示距离向脉冲的总个数；na表示方位向脉冲的总个数，n＝1，2，…，na；Pm表示第m个距离门的统计能量。
5.根据权利要求1所述的低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法，其特征在于，所述根据所述统计能量的排序，筛选出具有强地杂波的多个目标距离门，包括：
预先设置经验门限值，判断所述脉压回波信号的每一个距离门的统计能量是否大于所述经验门限值，如果是，则确定该距离门为具有强地杂波的目标距离门。
6.根据权利要求1所述的低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法，其特征在于，所述低阶拟合为时域拟合，拟合阶次为1～6阶。
7.根据权利要求1所述的低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法，其特征在于，所述杂波抑制后的目标脉压信号根据以下公式计算得到：
S′(m)＝(real(S(m))-SI(m))+j×(image(S(m))-SQ(m))
其中，real()表示取实部，image()表示取虚部；S(m)表示第m个距离门的方位采样信号；SI(m)和SQ(m)分别表示第m个距离门的实部拟合信号和虚部拟合信号；S′(m)表示目标脉压信号。
8.根据权利要求1所述的低慢小雷达强地杂波自适应抑制方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述目标脉压信号进行时域加窗后，在方位向进行快速傅里叶变换，得到方位相参积累后的杂波信号。
9.一种低慢小雷达强地杂波自适应抑制装置，其特征在于，包括：
信号获取模块，用于获取雷达的脉压回波信号；
距离门筛选模块，用于计算所述脉压回波信号的每一个距离门的统计能量，根据所述统计能量的排序，筛选出具有强地杂波的多个目标距离门；
低阶拟合模块，用于对所述脉压回波信号在每个所述目标距离门的方位采样信号的实部和虚部分别进行低阶拟合，得到实部拟合信号和虚部拟合信号；以及
目标脉压得出模块，用于在时域上，将每个所述目标距离门的方位采样信号减去该目标距离门对应的实部拟合信号和虚部拟合信号，得到杂波抑制后的目标脉压信号。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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