用于对含盐液体介质中的杂波进行谱估计的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于对含盐液体介质（例如湖泊、河流、海洋或大洋)中的杂波进行谱估计的方法，其中，该杂波由海洋雷达接收，该方法基于包括至少三个天线的天线阵列。该方法包括以下几个步骤：第一步骤（101）：基于天线阵列，形成至少两个天线子阵列，每个天线子阵列包括的天线至少比该天线阵列所包括的天线少一个；第二步骤（102）：计算在每个天线子阵列方向上的波束；第三步骤（103）：基于来源于每个子阵列的波束的数据，对包括在波束中的所有的源进行角定位；第四步骤（104）：估计每个已定位的源的能量；第五步骤（105）：当波束包括若干源时，根据预定标准，在这些源中选择出一个被称为优选源的源。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对含盐液体介质中的杂波进行谱估计的方法
本专利技术涉及一种用于对含盐液体（即盐度非零的液体）介质（例如湖泊、河流、海洋或大洋)中的杂波进行谱估计方法。该方法特别适用于沿海的海洋雷达观测领域，也适用于湖泊和河流的观测。谱估计是一种估计信号的功率谱密度的技术。本专利技术更具体地涉及一种应用于海杂波的雷达信号处理技术，其中，该海杂波由多普勒沿海海洋雷达接收至天线阵列，其中天线阵列工作于电磁波段HF或VHF（HF对应于高频，VHF对应于超高频），即介于3MHz和300MHz之间。在本文件中，术语“海杂波”表示被处理过的部分雷达信号，雷达信号由射入含盐液体（即盐度非零的液体）介质表面的雷达信号反向散射而产生，该含盐液体介质为例如湖泊、河流、海洋或大洋。在本文件中，术语“HF频带”是指3MHz至30MHz的无线电频谱部分，“VHF频带”是指30MHz至300MHz的无线电频谱部分。
技术介绍
沿海海洋雷达是空间分辨率在10m至6000m范围内的测量仪器，通常用于在空间和时间上表征海面参数，如表层流、海况和海表面风。这些主动系统通常安装在沿海位置，通过使用3MHz至300MHz的载波频率运行，并利用海面上的表面波的传播，以系统运行于更高频率（UHF波或更高频率）而达到高出常规水平线的检测范围。这些系统包括一个垂直极化的相干发射机，以及多个垂直极化的静态天线接收机，在某些情况下，该垂直极化的相干发射机是定向的。通过这些雷达测量海面参数是基于海杂波多普勒域的频谱分析。由这些雷达分析的每个多普勒通道的海杂波来自一组源，根据这些源相对于发送的辐射图的位置，表层流的空间梯度，表面粗糙度（海况），以及存在于该观察海域中的海水的盐度和温度，这组源或多或少地在空间中扩展并且或多或少地具有能量。因此，需要通过获得对于所分析的每个多普勒通道的杂波源的能量的空间分辨制图，来获得感兴趣的海洋现象的空间分辨制图。这种制图通常分三个步骤完成。第一个步骤包括处理雷达距离，在其结束后，每个雷达信号接收机都具有一个雷达复信号版本，该版本通过宽度对应于雷达的距离分辨率（根据配置为从10米到6000米）的环形距离取样得到。第二步骤包括：对于每个环形距离，借助复信号的一个时间序列，获得每个有益的多普勒通道接收的能量谱密度。对于每个雷达的接收天线，都能获得该信息。第三步包括：获得海杂波的能量谱密度在方向上的分布。对于某些力图研究水面参数的应用，现有方法的缺点之一就是分辨率。对于基于杂波谱密度的水面状态的研究，数据的高分辨率非常重要。某些现有技术文献也同样提供了用于杂波的谱估计的方法。例如，由GAOHT等人所著的《高频面波雷达中使用子阵列的自适应抗干扰技术》，该文章发表于2004年4月9日出版的英国电气工程师学会（IEE）的《工程：雷达声纳导航》上第151卷第2期的第100-104页XP006021676,ISSN:1350-2395。然而，该文章并未介绍由海洋雷达产生的信号。同时已知公开号为US2003/058153的美国专利文件。然而，该文件没有介绍来自含盐液体（即盐度非零的液体）介质（例如湖泊、河流、海洋或大洋）中的杂波的信号。
技术实现思路
本专利技术旨在克服这些不足。因此，本专利技术涉及一种用于对含盐液体介质（例如湖泊、河流、海洋或大洋）中的杂波进行谱估计方法，其中，该杂波由海洋雷达接收，该方法基于包括至少三个天线的天线阵列。该方法包括以下几个步骤：-第一步骤：基于天线阵列，形成至少两个天线子阵列，每个天线子阵列包括的天线至少比该天线阵列所包括的天线少一个；-第二步骤：计算在每个天线子阵列方向上的波束；-第三步骤：基于来源于每个子阵列的波束的数据，对包括在波束中的所有的源进行方位角定位；-第四步骤：估计每个已定位的源的能量；-第五步骤：当波束包括若干源时，根据预定标准，在这些源中选择出一个被称为优选源的源。由于这些设置，对于每个所分析的多普勒通道，该方法能够获得杂波能量谱密度在波达方向上的具有高方向分辨率的分布，这是为了能够精确地且以高空间分辨率来表征在该杂波起源处的液体介质（例如海洋）的表面参数（例如水流、风、波浪）。在一个实施方式中，对于天线阵列的每个子阵列，反复进行第二步骤。在一个实施方式中，在所述第二步骤和第三步骤之间，该方法包括一个第六步骤：在不同方向上，通过对每个子阵列进行扫描计算多个波束，两个不同方向的夹角间隔为α。在与上述相关的实施例中，角度α至少等于0.5°。在一个实施方式中，在第三步骤中，源的方位角通过多重信号分类算法（MUSIC）进行定位。在一个实施方式中，在第四步骤中，通过被称为“伪逆估计”的方法估计所述能量。在一个实施方式中，在第四步骤中，通过被称为“协方差矢量估计”的方法估计能量。在一个实施方式中，预定标准选自以下组：中值能量或最大能量。在一个实施方式中，第二步骤中波束的计算是基于波束成形类型的波束成形技术来完成的。在一个实施方式中，天线阵列由天线组成，其中天线阵列的天线间的最近距离介于雷达发送的波长的0.4与0.6倍之间。这种类型的天线阵列的一个例子是线性阵列，其天线以间隔为雷达发射波长的0.5倍规则地排列。这种类型的天线阵列的另一个例子是圆形阵列，其天线规则地放置于半径为λ/（4*sin（pi/n））的圆上，其中，λ为由雷达发送的波的长度，n为天线的数量。附图说明通过阅读以下描述和参考附图，将会更好地理解本专利技术的其它优点、目的和特征。这些仅作为说明，不构成对本专利技术保护范围的任何限制。其中附图：-图1以逻辑图的形式表示根据本专利技术的方法的特定实施方式中的实施步骤；-图2表示该方法的第一步骤：形成子阵列；-图3表示该方法的第二步骤：计算每个子阵列的波束；-图4表示该方法的第三和第四步骤：对波束中的源进行方位角定位和能量估计；-图5表示该方法的可选的第五步骤：源的选择；-图6表示在雷达系统中该方法的实施步骤，-图7和图8表示根据4736个时间样本进行的多普勒谱估计；-图9至图11表示一个测量示例，其测量12MHz频带的高频覆盖的径向表层流；-图12至图14表示一个测量示例，其测量强水流梯度区域中的12MHz频带的高频雷达覆盖的前几公里范围的径向表层流。具体实施方式在该实施例中，多普勒沿海海洋雷达工作于HF或VHF电磁波段，即介于5MHz和50MHz之间。本专利技术在于应用一种被称为波束空间中波达方向或beamspace（指波束空间）DOA（DirectionOfArrival的首字母缩略词）搜索的方法，并结合源能量估计的解决方案来获得海杂波的能量谱密度在方向上的分布。在本文中，术语“beamspace”译为“波束空间”，指由多接收机雷达系统的接收机子集产生的一组信号所形成的空间，波束空间的信息内容仅限于方位角（360°）的角空间的一部分。术语“beamforming”译为“波束形成”，指通过在每个接收机上应用相移和加权，对多个接收机接收到的信号进行滤波，目的在于仅保留来自于方位角的角度空间（360°）的子集的入射信号部分。而且，在本文中，“DOA”表示搜索由多个接收机接收的电磁信号的波达方向的一种方法，此处波达方向以方位角表示。该方法将波束形成解决方案与超分辨率方法相结合。根据一个实施例，所使用的波束成形方法是一种常规波束成形。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于对含盐液体介质中的杂波进行谱估计的方法，所述含盐液体介质例如是湖泊、河流、海洋或大洋，其中，该杂波由海洋雷达接收，该方法基于包括至少三个天线的天线阵列，其特征在于该方法包括以下步骤：‑第一步骤（101）：基于天线阵列，形成至少两个天线子阵列，每个天线子阵列包括的天线至少比该天线阵列所包括的天线少一个；‑第二步骤（102）：计算在所述每个天线子阵列方向上的一个波束；‑第三步骤（103）：基于来源于所述每个子阵列的所述波束的数据，对包括在所述波束中的所有的源进行角定位；‑第四步骤（104）：估计每个已定位的源的能量；‑第五步骤（105）：当所述波束包括若干源时，根据预定标准，在这些源中选择出一个被称为优选源的源。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.16 FR 15625501.用于对含盐液体介质中的杂波进行谱估计的方法，所述含盐液体介质例如是湖泊、河流、海洋或大洋，其中，该杂波由海洋雷达接收，该方法基于包括至少三个天线的天线阵列，其特征在于该方法包括以下步骤：-第一步骤（101）：基于天线阵列，形成至少两个天线子阵列，每个天线子阵列包括的天线至少比该天线阵列所包括的天线少一个；-第二步骤（102）：计算在所述每个天线子阵列方向上的一个波束；-第三步骤（103）：基于来源于所述每个子阵列的所述波束的数据，对包括在所述波束中的所有的源进行角定位；-第四步骤（104）：估计每个已定位的源的能量；-第五步骤（105）：当所述波束包括若干源时，根据预定标准，在这些源中选择出一个被称为优选源的源。2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于所述天线阵列的所述每个子阵列，反复进行所述第二步骤。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉约姆·西科，尼古拉·托马，
申请(专利权)人：苏伊士集团，
类型：发明
国别省市：法国,FR