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高頻雷達(dá)抑制沖擊干擾的研究與實(shí)驗(yàn)

作者: 時(shí)間:2011-11-24 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
COLOR: rgb(0,0,0); TEXT-INDENT: 2em; LINE-HEIGHT: 24px; PADDING-TOP: 0px" align=left>由式(3)知,距離處理的結(jié)果xn(τ0)是對(duì)目標(biāo)P多普勒信號(hào)的采樣,采樣周期是Tp.對(duì)序列{xn(τ)}n∈[0,N-1]作離散傅立葉變換實(shí)現(xiàn)速度處理,獲得距離單元τ的多普勒譜,即

高頻雷達(dá)抑制沖擊干擾的研究與實(shí)驗(yàn) (4)

由X(τ,m)可換算出目標(biāo)的速度.式(4)表示的是信號(hào)由多普勒域至多普勒譜域的變換.
  若在基帶信號(hào)重復(fù)周期k至周期l的時(shí)間段上,系統(tǒng)受到總長(zhǎng)為(l-k+1)Tp的沖擊,且用n(t)表示通過(guò)系統(tǒng)前端后得到的基帶信號(hào).n(t)的距離處理應(yīng)為n′n(τ)=高頻雷達(dá)抑制沖擊干擾的研究與實(shí)驗(yàn).由于n(t)是系統(tǒng)帶內(nèi)白噪聲,s(t)有理想低通頻率響應(yīng),那么n′n(τ)是低通白噪聲,其帶寬等于s(t)的帶寬W.在任一距離單元τ上,由于掃頻周期高頻雷達(dá)抑制沖擊干擾的研究與實(shí)驗(yàn),可以認(rèn)為n′n(τ)和n′n+1(τ)是不相關(guān)的.因此序列{n′n(τ)}n∈[k,l]中的元素彼此不相關(guān).
  由以上分析可知目標(biāo)的多普勒信號(hào)序列{xn(τ)}n∈[0,N-1]與沖擊的多普勒序列{n′n(τ)}n∈[k,l]存在明顯區(qū)別:(1)目標(biāo)的多普勒信號(hào)持續(xù)分布在整個(gè)時(shí)間段上,沖擊干擾僅存在于有限時(shí)段上;(2)目標(biāo)的多普勒信號(hào)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān),有確定的變化規(guī)律,一般是連續(xù)可導(dǎo)的,而沖擊干擾的多普勒信號(hào)是奇異信號(hào).

三、多普勒域小波分析方法檢測(cè)沖擊干擾的方法
  上面的分析表明沖擊干擾在多普勒域表現(xiàn)出區(qū)別于目標(biāo)信號(hào)的奇異性特征,這一特征是檢測(cè)和判斷干擾時(shí)間位置的根據(jù).Mallat在文獻(xiàn)[2]中提供了使用小波變換檢測(cè)奇異信號(hào)的方法,這種方法不僅可以確定奇異信號(hào)的位置,而且可以定量求得信號(hào)的Lipschitz指數(shù).文獻(xiàn)[2]指出負(fù)Lipschitz指數(shù)信號(hào)的小波變換結(jié)果表現(xiàn)為:小波系數(shù)模值隨尺度減小而增大.而正Lipschitz指數(shù)的信號(hào)則相反.依據(jù)這一規(guī)律可以檢測(cè)負(fù)Lipschitz指數(shù)信號(hào)的位置.在本文研究中,沖擊干擾{n′n(τ)}n∈[k,l]的Lipschitz指數(shù)顯然是負(fù)數(shù),回波信號(hào){xn(τ)}n∈[0,N-1]的Lipschitz指數(shù)是正數(shù).如果區(qū)分信號(hào)Lipschitz指數(shù)的正負(fù),則不必過(guò)多考慮小波函數(shù)的消失矩.因此這里選擇小波函數(shù)主要考慮小波函數(shù)是否有好的時(shí)間-頻率局部性質(zhì),以及是否具有正交性.
  根據(jù)多普勒信號(hào)是復(fù)信號(hào)以及雜波能量集中在低頻部分的特點(diǎn),本文提出利用小波分析技術(shù)在多普勒域檢測(cè)沖擊干擾的具體方法.這種方法使用多分辨分析的快速算法式(5)實(shí)現(xiàn)小波變換[3].

高頻雷達(dá)抑制沖擊干擾的研究與實(shí)驗(yàn) (5)

式(5)中g(shù)(n)和h(n)分別是計(jì)算小波系數(shù)和尺度函數(shù)系數(shù)的濾波器,dj(n,τ0)表示尺度為2j時(shí)的尺度函數(shù)系數(shù),cj(n,τ0)表示尺度為2j時(shí)的小波函數(shù)系數(shù).圖2給出相應(yīng)的信號(hào)處理框圖.多普勒信號(hào)的實(shí)部和虛部經(jīng)過(guò)多分辨率分析,在不同尺度上得到各自的小波系數(shù),構(gòu)成新的復(fù)數(shù)序列.新序列的模與給定的門限進(jìn)行比較,超過(guò)門限者被認(rèn)為是存在沖擊干擾的部分.

高頻雷達(dá)抑制沖擊干擾的研究與實(shí)驗(yàn)

圖2 小波分析檢測(cè)沖擊干擾算法框圖

四、高頻雷達(dá)干擾的原理
  高頻雷達(dá)回波的主要成分是海雜波,海雜波的一階Bragg頻率成分最強(qiáng),因此高頻雷達(dá)多普勒信號(hào)的主體近似于正弦信號(hào),沖擊干擾是疊加在這個(gè)信號(hào)上的奇異部分.為了干擾需要對(duì)雷達(dá)多普勒信號(hào)的奇異部分加以處理,處理的具體方法是把奇異部分從信號(hào)中剔除,然后用合理的數(shù)值填充剔除奇異信號(hào)后留下的空缺.利用前文給出的方法確定奇異信號(hào)的位置以后,可以方便地將干擾剔除,然而怎樣用數(shù)據(jù)填補(bǔ)信號(hào)的空缺是需要研究的問(wèn)題.沖擊干擾位置的真實(shí)回波信號(hào)已被破壞,這部分?jǐn)?shù)據(jù)必須人為產(chǎn)生,產(chǎn)生的數(shù)據(jù)越接近回波信號(hào)的真實(shí)值,雷達(dá)得到的信噪比改善越大.高頻雷達(dá)多普勒信號(hào)的主體基本上是平穩(wěn)的正弦信號(hào),因此通過(guò)建立多普勒信號(hào)的線性預(yù)測(cè)模型[4]能對(duì)需要填補(bǔ)的部分進(jìn)行預(yù)測(cè),由這種方法得到的填充數(shù)據(jù)在理論上有充分的根據(jù),在實(shí)踐中獲得了良好的效果.具體的建模和預(yù)測(cè)方法我們已在另一篇文章中討論[5].

五、高頻雷達(dá)抗沖擊干擾實(shí)驗(yàn)
  雷電對(duì)許多電子設(shè)備會(huì)造成強(qiáng)烈的沖擊干擾[6、7],高頻雷達(dá)一直沒(méi)有有效的手段抑制雷電干擾.本文解決了高頻雷達(dá)干擾的問(wèn)題,為雷達(dá)抗雷電提供有效的手段.1997年9月按本文方法進(jìn)行了高頻雷達(dá)抑制雷電干擾的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn).下面列舉實(shí)驗(yàn)的部分結(jié)果及分析.實(shí)驗(yàn)是在雷達(dá)附近地區(qū)上空有雷暴活動(dòng)的條件下完成的,我們利用HP3585頻譜分析儀監(jiān)視了雷達(dá)工作頻段的雷電信號(hào).實(shí)驗(yàn)中將本文提出的算法插入到雷達(dá)距離處理與速度處理兩個(gè)環(huán)節(jié)之間,處理了受雷電干擾的多普勒信號(hào).下面是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和數(shù)據(jù).
  圖3給出實(shí)驗(yàn)記錄的高頻雷達(dá)多普勒信號(hào).其中虛線是某距離單元多普勒信號(hào)實(shí)部的一部分.易見(jiàn)170點(diǎn)至174點(diǎn),285點(diǎn)至287點(diǎn)有明顯的奇異信號(hào)(雷電干擾信號(hào)),其余類似正弦波信號(hào)的主要成分是海雜波.

高頻雷達(dá)抑制沖擊干擾的研究與實(shí)驗(yàn)

圖3 高頻雷達(dá)多普勒信號(hào)實(shí)部

實(shí)驗(yàn)中按圖2的方法提取了多普勒信號(hào)的小波系數(shù)模值,圖4(a)、(b)分別給出了尺度1、2的小波系數(shù)模值.實(shí)驗(yàn)中使用的濾波器h(n)={0.542,0.307,-0.035,-0.078,0.023,0.030,-0.012,-0.013,0.006,0.006,-0.003,-0.002}.g(n)={0.542,-0.307,-0.035,0.078,0.023,-0.030,-0.012,0.013,0.006,-0.006,-0.003,0.002}



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