专利名称：一种天波超视距雷达回波信号去非线性相位污染方法
技术领域：
本发明一种天波超视距雷达回波信号去非线性相位污染方法，涉及天波超视距雷达回波信号去污染方法领域。
背景技术：
高频天波超视距雷达(OTHR)利用电离层对电磁波的反射作用来探测目标，其最大探测距离可达3000km以上。OTHR具有监测范围极大、预警时间长、可以防止低空超低空突防、能够发现隐身目标等优点。但是OTHR仍然存在着一些缺陷和问题需要解决。由于电离层介质受各种环境因素影响，是一个不稳定的传播媒质，所以它对OTHR的最终探测结果有着非常大的影响。OTHR主要关心的电离层问题是电离层对回波频谱产生的影响，其影响主要体现在通过电离层传播的电磁波可能会产生相位上的变化，相位污染分为线性相位污
染和非线性相位污染。前者一般存在于短时相参积累的情况下，主要导致多普勒谱频率偏移，不会影响目标探测性能；而后者主要发生在较长时间相参积累的情况下，严重影响信息的相参积累效果，导致多普勒展宽，很容易使得弱目标信号被强杂波信号所影响甚至淹没。对用于慢速舰船目标探测的天波超视距雷达来讲，为了提高信噪比一般都需要进行较长的相参积累，但这也导致了非线性相位污染的产生，进而严重影响探测性能。非线性相位污染的校正主要有三类1、将非线性相位污染转化为线性相位污染再进行处理的方法，其主要代表为特征值分解法和最大熵法；2、估计信号的瞬时频率再进行积分以得到相位污染的方法，其主要代表为伪维纳分布法和相位梯度法(PGA) ;3、使用待定系数多项式来模拟相位污染函数的方法，其主要代表为最小熵搜索法和多项式建模法。这些方法在一定程度上抑制了电离层相位污染，但是同样存在一些问题，例如当信杂比(SCR)较低的时候，处理结果会变坏甚至算法失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种天波超视距雷达回波信号去非线性相位污染方法，以解决在各种情况下尤其是信杂比较低的情况下，由于存在非线性相位污染而对天波超视距雷达回波信号产生影响，进而影响探测性能的问题。本发明通过以下步骤实现步骤一由数据采集模块将天波超视距雷达回波信号转化为待处理天波超视距雷达时域数据；步骤二 由数据选取模块将步骤一采集到的待处理天波超视距雷达时域数据通过FFT转化为对应的频域数据，对频域数据选取数据窗并对频谱中能量集中的区域进行截取，对截取后的频域数据进行IFFT得到新的天波超视距雷达时域数据做为处理用数据；步骤三由污染函数计算模块利用步骤二中得到的处理用数据通过构造时域相关矩阵，取出其相位矩阵，利用二维FFT处理得出回波频率，进而得出非线性相位污染函数f;步骤四由信号校正模块利用所得出的非线性相位污染函数f来校正待处理待处理天波超视距雷达时域数据，获得去除非线性相位污染的待处理天波超视距雷达时域数据，进而获得去非线性相位污染后的天波超视距雷达回波信号。发明的有益效果解决了天波超视距雷达回波信号中非线性相位污染产生影响的问题，误差明显减小，而且本方法应用起来有更好的稳定性。
图I为本天波超视距雷达回波信号去非线性相位污染方法的流程图；图2为具体实施方式
二中理想功率谱、污染后功率谱及本天波超视距雷达回波信号去非线性相位污染方法去污染后的信号功率谱之比较示意图；图3为具体实施方式
二中添加的污染函数与得出的污染函数之比较示意图；图4为具体实施方式
二中本天波超视距雷达回波信号去非线性相位污染方法与PGA方法在不同污染函数频率的条件下的比较图示意；图5为具体实施方式
二中本天波超视距雷达回波信号去非线性相位污染方法与PGA方法在不同信噪比的 条件下的比较示意图。
具体实施例方式下面结合图I至图5说明本发明的
具体实施例方式具体实施方式
一如图I所示，天波超视距雷达回波信号去非线性相位污染方法通过以下步骤实现步骤一由数据采集模块将天波超视距雷达回波信号转化为待处理天波超视距雷达时域数据；步骤二 由数据选取模块将步骤一采集到的待处理天波超视距雷达时域数据通过FFT转化为对应的频域数据，对频域数据选取数据窗并对频谱中能量集中的区域进行截取，对截取后的频域数据进行IFFT得到新的天波超视距雷达时域数据做为处理用数据；首先，假设有一雷达回波信号为X是一个来自某分辨单元的没有受到电离层相位污染的在一个相参积累周期内的回波信号。则其经过电离层传播后产生电离层相位污染的对应回波信号表示如下
Y = eMt)X(I)式中炉(O为相位污染函数(rad)。为了研究工作的方便，将存在电离层相位污染的雷达回波的定义如下假设处理用数据包含N个脉冲重复周期，并且处理用数据含有未知的相位污染，处理用数据中第i时刻来自所有照射区域的天波超视距雷达时域数据表示为公式一
S (O = (0| · exp {j[27rf(i-1) + ^0 + ^]}式中f——回波信号频率(Hz)；φ0——初相(rad)；Yi——i时刻相位污染(rad)；
Y i中包含微小杂波和噪声，并设时刻i = I时为参考值并且有Y i = O。步骤三由污染函数计算模块利用步骤二中得到的处理用数据通过构造时域相关矩阵，取出其相位矩阵，利用二维FFT处理得出回波频率，进而得出非线性相位污染函数f;构造的时域相关矩阵为公式二 R = E [SSH] = [rmjk]NXN这里[·]Η表示共轭转置；一个相参积累周期内接收的信号可以用矩阵形式表示为公式三
S= [S(I), S(2), , S(N)Jt这里[·]τ表示转置；公式二中R的第m行k列元素为公式四rm, k = S (m) · S (k)H = | S (m) | | S (k) | · exp {j [2 π f (m_k) + ( Y m- Y k) ]}m = I, 2,, N ;k = I, 2,, N ;相位矩阵为设φ为时域相关矩阵R的相位矩阵，则为rm,k的相位，则有公式五Φ k = arg (rmj k) = 2 π f (m_k) + (rm-rk)于是φ的第一列元素为公式六Φ m, i = arg (rm, ^ = 2 τι f (m-1) + ^mT1) = 2 π f (m_l) +rm公式五中数据经过二维FFT处理之后矩阵中将会产生一个峰值，其行、列位置与相位函数斜率2 π f对应，当这一斜率被得出，相位污染函数也就可以由公式六得到，则得出的污染函数为公式七 上 Γ这里用六来表示得出的i时刻的相位污染。步骤四由信号校正模块利用所得的非线性相位污染函数f来校正待处理待处理天波超视距雷达时域数据，获得去除非线性相位污染的待处理天波超视距雷达时域数据，进而获得去非线性相位污染后的天波超视距雷达回波信号。
具体实施方式
二 为了验证本方法的有效性，进行了如下的仿真一、仿真分析采用模拟天波超视距雷达海面回波信号数据。设雷达接收回波为公式八s (t) = S1 · exp (j2 n fbt) +S2 · exp (-j2 n fbt) +w (t)式中Sl、S2——分别为正、负一阶海杂波功率幅值；fb-Bragg 频率；w(t)-高斯白噪声。公式八所对应功率谱如图I所示。表I时域相关算法仿真实验参数
权利要求
1.一种天波超视距雷达回波信号去非线性相位污染方法，其特征在于所述方法包括以下步骤 步骤ー由数据采集模块将天波超视距雷达回波信号转化为待处理天波超视距雷达时域数据； 步骤ニ 由数据选取模块将步骤ー采集到的待处理天波超视距雷达时域数据通过FFT转化为对应的频域数据，对频域数据选取数据窗并对频谱中能量集中的区域进行截取，对截取后的频域数据进行IFFT得到新的天波超视距雷达时域数据做为处理用数据； 步骤三由污染函数计算模块利用步骤ニ中得到的处理用数据通过构造时域相关矩阵，取出其相位矩阵，利用ニ维FFT处理得出回波频率，进而得出非线性相位污染函数f; 步骤四由信号校正模块利用所得的非线性相位污染函数f来校正待处理待处理天波超视距雷达时域数据，获得去除非线性相位污染的待处理天波超视距雷达时域数据，进而获得去非线性相位污染后的天波超视距雷达回波信号。
2.如权利要求I所述的天波超视距雷达回波信号去非线性相位污染方法，其特征在干 所述步骤ニ中 假设处理用数据包含N个脉冲重复周期，并且处理用数据含有未知的相位污染，处理用数据中第i时刻来自所有照射区域的天波超视距雷达时域数据表示为公式一S (O = (0| · exp {j[27f(i -1) + 炉。+ % ]} 式中f——回波信号频率(Hz)； (Po-初相(rad)； Yi-i时刻相位污染(rad)； Yi中包含微小杂波和噪声，时刻i = I时为參考值并且有Y i = O。
3.如权利要求I或2所述的天波超视距雷达回波信号去非线性相位污染方法，其特征在于所述步骤三中 构造的时域相关矩阵为公式ニR = E [SSH] = [rm> Jnxn这里[·]Η表示共轭转置； ー个相參积累周期内接收的信号用矩阵形式表示为公式三S= [S(I), S (2), , S(N)Jt这里レ]τ表示转置； 公式ニ中R的第m行k列元素为公式四 rm, k = S (m) · S (k) η = S (m) | | S (k) | · exp {j [2 π f (m_k) + ( Y m- Y k) ]} m = l，2，...，N;k = 1，2，···，Ν; 相位矩阵为 设Φ为时域相关矩阵R的相位矩阵，则ctm,k、rm,k的相位，则有公式五 小 m, k = arg (rmj k) = 2 π f (m_k) + (rm-rk) Φ的第一列元素为公式六Φη,,ι = arg(rma) = 2 π f (m_l) + (ら-も)=2 π f (m-l)+rm 公式五中数据经过ニ维FFT处理之后矩阵中将会产生ー个峰值，其行、列位置与相位函数斜率2Jif对应，这ー斜率被得出，相位污染函数由公式六得到，则得出的污染函数为公式七 r=[n,r2,-,hf 这里用》来表示得出的i时刻的相 位污染。
全文摘要
一种天波超视距雷达回波信号去非线性相位污染方法，涉及天波超视距雷达回波信号去污染方法领域。为解决在各种情况下尤其是信杂比较低的情况下，由于存在非线性相位污染而对天波超视距雷达回波信号产生影响，进而降低探测性能的问题。本发明由以下主要步骤实现由数据采集模块采集待处理天波超视距雷达时域数据；由数据选取模块转化为处理用数据；由污染函数计算模块得出非线性相位污染函数由信号校正模块获得去非线性相位污染后的天波超视距雷达回波信号。本方法解决了天波超视距雷达回波信号中非线性相位污染产生影响的问题，误差明显减小，在信杂比较低的时候效果更好。本方法用于对天波超视距雷达回波信号进行处理。
文档编号G01S7/36GK102841337SQ201210120979
公开日2012年12月26日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者位寅生, 崔岩, 许荣庆, 张晨 申请人:哈尔滨工业大学