一种高频地波雷达射频干扰抑制的方法
【专利摘要】本发明涉及雷达信号处理领域，特别涉及一种高频地波雷达射频干扰抑制的方法。本发明在原有高频地波雷达信号处理的基础上，利用经验模态分解法将接收信号分解出多个本征模态函数，通过标准差和滑窗处理检测出射频干扰位置，对所有本征模态函数的射频干扰位置处的采样点进行功率谱和瞬时频率的判定，对满足要求的采样点幅度置零。本发明在实际数据处理中，应有效果很好，在降低噪声的同时无损信号，抑制效果显著，增加了雷达探测距离，提高了雷达探测精度。
【专利说明】一种高频地波雷达射频干扰抑制的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达信号处理领域，特别涉及到抑制高频地波雷达射频干扰的方法。【背景技术】
[0002]高频地波雷达是一种可以进行连续大面积海洋环境监测的重要探测设备，主要探测海洋表面风、浪、流、潮等海洋动力学参数和海面低空低速移动目标，而我国海岸线全长超过3.2万公里，因此高频地波雷达对国民经济和国防建设具有十分重要的意义。
[0003]高频地波雷达一股工作在3-30MHZ，而在此频段会有大量射频干扰，射频干扰主要来自于雷达工作的高频段内密集的短波通讯信号、广播电台信号以及工业干扰。由于这些干扰均是有源的，其功率与雷达回波信号相比十分强大，当其进入接收机后，会极大地降低高频雷达的数据质量，对后续的提取海洋表面动力学参数产生严重的阻碍，有时甚至不能够提取风、浪、流等彳目息。
[0004]射频干扰主要有以下特性:(I)在距离多普勒谱中，它呈现为沿距离轴分布的纵向条带，基本上在所有距离元中均有所体现。射频干扰中的随机信息成分对噪声基底有所贡献。(2)射频干扰较严重的时刻一股出现在傍晚17时至21时，此时由于电离层D层的消失，短波电台尤其是繁忙的作业渔船的通讯信号不能有效地被电离层屏蔽，而进入雷达系统，干扰雷达正常工作。由于短波频率资源十分有限，雷达要选择一个不包含干扰的频段来工作是非常困难的，因此去除或抑制回波中的射频干扰显得尤其重要。
[0005]在现有的高频雷达抗射频干扰方法中，主要有自适应法和时频域抗干扰法。在自适应波束形成抗干扰方法中，由于依赖于大型相控天线阵，系统较为复杂，且不适用于小口径宽波束雷达，因此该方法较少被采用。而依据信号时频域特征的抗干扰方法，如基于瞬态干扰的检测-去除-恢复法和基于干扰距离分布特征的干扰信号子空间正交投影法等，由于都需要对含有射频干扰的接收信号进行滤波处理，因而必然会对有用的信号造成一定程度的损失和畸变(如旁瓣幅度升高，主瓣展宽)，而且当存在多个于扰时，这种影响将会变得更加严重，抑制效果不佳。
【发明内容】
[0006]本发明针对上述问题，提出一种高频地波雷达射频干扰抑制的方法，避免了现有抗射频干扰算法对雷达信号有损失的不利影响。本发明在降低干扰的同时完整保留有用信号，为现有的高频雷达系统提供一种快速有效的射频抗干扰方法，从而能够增加雷达探测距尚，提闻雷达探测精度。
[0007]本发明的技术方案是一种高频地波雷达射频干扰抑制的方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1，根据雷达波形参数和雷达的最大探测距离，设定频率阈值fmax ；
[0009]步骤2，对接收的原始信号进行经验模态分解EMD(Empirical ModeDecomposition)得到两个以上本征模态函数IMF (Intrinsic Mode Function)和一个趋势函数rn(t)；[0010]步骤3，对受射频干扰影响最为明显的第一个本征模态函数IMF，通过标准差判定和滑窗处理检测出射频干扰，标记射频干扰的位置；
[0011]步骤4，选择一个本征模态函数IMF，对其进行Hilbert变换，找到该本征模态函数IMF每一个时间点对应的瞬时频率，SP:
[0012][A f] = hi lbert (IMF)
[0013]步骤5，求出步骤4所述本征模态函数IMF的平均幅值Am_，当干扰位置点的幅度高于三倍平均幅值Amean时，将该干扰位置点的幅值置为零，即MF(A > 3*Α_) = O ;否则，若干扰位置点的瞬时频率高于设定的频率阈值fmax，也将该干扰位置点的幅值置为零，即IMF(f≥ffflax) = O ;遍历完所有干扰位置的采样点后，转到步骤6 ；
[0014]步骤6，对所有本征模态函数IMF重复步骤4和步骤5过程，直到完成对所有本征模态函数頂F的处理，转到步骤7 ；
[0015]步骤7，将经过处理的所有MF和原趋势项(趋势函数)相加，得到干扰抑制后的信号。
[0016]所述步骤3中，求出第一个本征模态函数IMF的标准差σ，在第一个本征模态函数IMF中，通过对该本征模态函数MF滑窗来判定是否高于标准差σ，以确定射频干扰位置。
[0017]所述步骤3中，将窗的长度设为L，求出窗内L个点的标准差如果其中一个点的
标准差反高于σ，判定此处是射频干扰，否则，继续进行下一滑窗，由此检测到干扰的位置。
[0018]本发明的优点在于:
[0019]1.在高频地波雷达中采用了 EMD算法进行去干扰处理，通过EMD将接收信号按频率高低分解出不同的MF，对每个MF进行处理，从而在抑制射频干扰的同时，最大程度地保留了有用信号特征。
[0020]2.对第一个MF处理，通过标准差和滑窗处理检测出干扰的位置，能够准确检测出射频干扰的位置。
[0021]3.对所有本征模态函数IMF的干扰位置处的采样点进行标准差和瞬时频率的判定，减少了误判和漏判，使干扰抑制效果最大化。
[0022]4.对干扰位置处、并满足上述条件的采样点的幅度置零，不会损失有用信号，而且速度快，满足雷达实时工作的要求。
[0023]本发明通过以上创新点提出了一种新型的高频地波雷达射频干扰抑制方法，此方法在实际数据处理中，应有效果很好，在降低噪声的同时无损信号，抑制效果显著，增加了雷达探测距离，提高了雷达探测精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1，高频地波雷达的工作原理框图；
[0025]图2，射频干扰经系统处理的过程；
[0026]其中，B-扫频带宽，T-扫频周期，tf干扰时长，frf1-干扰频率，f0_工作频率，b_滤波器带宽；
[0027]图3，本发明的算法流程图；
[0028]图4，实际接收中存在(严重)射频干扰的距离谱；
[0029]图5，射频干扰抑制后的距离谱。【具体实施方式】
[0030]下面以具体实例结合附图，对本发明作进一步说明。
[0031]线性调频体制的高频地波雷达的工作原理及射频干扰的特征介绍如下:
[0032]高频地波雷达的工作原理框图如图1所示(其中I为接收天线，2为线性扫频的本振信号，3为低通滤波，4为解距离变换，5为多普勒变换)。雷达采用线性调频波形体制，在每个扫频周期内，回波经解调、低通滤波、采样和快时域的离散傅里叶变换得到该扫频周期的距离谱。距离谱中的每个谱点对应于一个距离元的采样点，在多个扫频周期的相干积累时间内，对多个距离谱的采样序列进行慢时域的离散傅里叶变换得到该距离元的多普勒谱。对探测范围内的所有距离元都进行慢时域的离散傅里叶变换，则得到距离-多普勒二维谱。
[0033]线性调频本振信号可表示为
[0034]
【权利要求】
1.一种高频地波雷达射频干扰抑制的方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1，根据雷达波形参数和雷达的最大探测距离，设定频率阈值fmax; 步骤2，对接收的原始信号进行经验模态分解EMD得到两个以上本征模态函数MF和一个趋势函数rn(t)； 步骤3，对受射频干扰影响最为明显的第一个本征模态函数IMF，通过标准差判定和滑窗处理检测出射频干扰，标记射频干扰的位置； 步骤4，选择一个本征模态函数IMF，对其进行Hilbert变换，找到该本征模态函数IMF每一个时间点对应的瞬时频率，即:
[A f] = hilbert(IMF) 步骤5，求出步骤4所述本征模态函数IMF的平均幅值Am_，当干扰位置点的幅度高于三倍平均幅值Amean时，将该干扰位置点的幅值置为零，即MF(A > 3*Amean) = O ;否则，若干扰位置点的瞬时频率高于设定的频率阈值fmax，也将该干扰位置点的幅值置为零，即IMF(f≥ffflax) = O ;遍历完所有干扰位置的采样点后，转到步骤6 ； 步骤6，对所有本征模态函数IMF重复步骤4和步骤5，直到完成对所有本征模态函数IMF的处理，转到步骤7 ； 步骤7，将经过处理的 所有MF和原趋势函数相加，得到干扰抑制后的信号。
2.如权利要求1所述的一种高频地波雷达射频干扰抑制的方法，其特征在于:所述步骤3中，求出第一个本征模态函数MF的标准差σ，在第一个本征模态函数MF中，通过对该本征模态函数MF滑窗来判定是否高于标准差σ，以确定射频干扰位置。
3.如权利要求1或2所述的一种高频地波雷达射频干扰抑制的方法，其特征在于:所述步骤3中，将窗的长度设为L，求出窗内L个点的标准差如果其中一个点的标准差?高于σ，判定此处是射频干扰，否则，继续进行下一滑窗，由此检测到干扰的位置。
4.如权利要求1所述的一种高频地波雷达射频干扰抑制的方法，其特征在于:所述步骤2中经验模态分解EMD的步骤如下， ①将接收的原始信号x(t)的极大值和极小值分别用三次样条函数连接，形成上、下包络； ②对于每一时刻，取上下包络的平均值形成信号Hl1(t)，然后将信号X(t)减去Hl1 (t)形成另一信号hi (t)，即:
X (t) -Hl1 (t) = Il1 (t) ③对信号hi(t)重复①、②得信号h2 (t)，即: hi (t) -m2 (t) = h2 (t) 其中，m2(t)为匕⑴的上下包络的平均值形成的信号； ④将上述步骤①、②、③重复下去，直至得到的信号hk(t)为一MFjP: hk (t) = hk_! (t) -mk (t) 如此就从信号x(t)中分解出第一模态hk(t)并记为C1U),这样的处理过程称为筛选过程； ⑤将X(t)减去第一模态C1 (t)，形成新的信号ι (t)，即:
X (t)-C1U) = r^t) 再对rjt)重复步骤①、②、③、④，计算第二模态C2 (t)；⑥将ri(t)减去C2 (t)又形成新的信号r2 (t)，即:
T1 (t) -C2 (t) = r2 (t) 再对r2(t)重复步骤①、②、③、④，计算第三模态C3 (t)； ⑦如此重复步骤 ①、②、③、④，直到最后的rn(t)为一单调函数，这样就将x(t)分解出了两个以上的頂F和一个趋势函数rn(t)。
【文档编号】G01S7/36GK103954944SQ201410202920
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】陈泽宗, 谢飞, 易盛, 赵晨, 曾耿斐 申请人:武汉大学