一种基于信道识别的外辐射源雷达非平稳杂波抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于信道识别的外辐射源雷达非平稳杂波抑制方法，包括将监测信号按OFDM符号划分为多个时间单元进行信道估计，利用信道估计得到的频域信道响应值识别监测信号信道特性的跳变时刻并分段；分别对分段后的监测信号信道响应进行平滑处理，得到信道响应平滑值；用每段监测信号减去对应时间段参考信号与信道响应平滑值的乘积，得到杂波抑制后的监测信号。本发明专利技术利用了辐射源信号的OFDM调制特性，操作简单，计算复杂度低，占用内存小，具有并行化处理架构，适合实时化工程实现。

A Non-stationary Clutter Suppression Method for External Emitter Radar Based on Channel Recognition

【技术实现步骤摘要】
一种基于信道识别的外辐射源雷达非平稳杂波抑制方法
本专利技术涉及外辐射源雷达信号处理
，特别是涉及一种基于信道识别的外辐射源雷达非平稳杂波抑制方法。
技术介绍
如图1所示，外辐射源雷达(又称无源雷达)是一种自身不发射电磁波，而是利用第三方辐射源信号进行目标探测的双/多基地雷达系统。因发射信号未知，外辐射源雷达中常设置两类通道：参考通道和监测通道。其中参考通道用于收集发射信号，提纯所得参考信号用作参考和匹配样本；监测通道用于接收目标散射信号，通道输出称为监测信号(万显荣.基于低频段数字广播电视信号的外辐射源雷达发展现状与趋势[J].雷达学报,2012,1(2):109-123.)。当前，随着数字广播(DRM、DAB、CDR等)、数字电视(DVB-T、DVB-T2、DTMB、CMMB等)以及数字通信网络(GSM、WIFI、LTE、GNSS等)在全球兴起，基于传统模拟信号的外辐射源雷达逐渐向数字信号转换，基于数字信号的外辐射源雷达逐步成为近年新体制外辐射源雷达的研究热点。相对于传统模拟信号，新一代数字信号采用了一系列先进技术，大大提高了系统传输效率和可靠性。其中正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplex,OFDM)技术和单频网(SingleFrequencyNetwork,SFN)技术为其中两项关键技术。OFDM技术是一种无线环境下的多载波高效传输技术，如图2所示，频域OFDM符号由多个相互正交的子载波构成，每个子载波对应一个载波频率。OFDM信号具有频谱利用率高、抗多径衰落能力强等优点。SFN技术是指若干个发射站同时在同一频带上发射相同的无线信号，以实现对一定服务区域的可靠覆盖。相对于单发射站系统，多发射站的电磁环境更为复杂，除了反射、散射等造成的自然多径以外，不同地点的各发射机在同一频率上所发射的相同信号也会产生大量人工多径(YiJ,WanX,ZhaoZ,etal.ExperimentalResearchforCMMB-BasedPassiveRadarUnderaMultipathEnvironment[J].IEEETransactionsonAerospace&ElectronicSystems,2014,50(1):70-85.)，另外，SFN中各发射站的异频、异步等也会对后续杂波抑制和目标检测产生影响。在外辐射源雷达中，由于发射信号并非专为雷达探测设计，相干匹配后直达波和多径杂波的旁瓣掩盖目标，降低了目标探测灵敏度。传统杂波抑制方法中，通常假定相干积累时间内直达波和多径杂波是稳定的，即传播信道具备慢衰落特性。但在复杂探测环境中，传播信道可能处于动态变化状态，导致杂波特性随之变化，此时传统的杂波抑制方法不能有效抑制该类杂波，需寻求新的杂波抑制方法。在外辐射源雷达中，复杂电波传播环境可能导致传播信道的跳变，该跳变进而引起监测通道信号中多径杂波特性的动态变化。在本专利技术中，将这种由传播信道跳变所产生的杂波定义为非平稳杂波。针对这类跳变型非平稳杂波，利用传统时域杂波抑制方法，如子带杂波抑制方法(YiJ,WanX,LiD,etal.RobustClutterRejectioninPassiveRadarviaGeneralizedSubbandCancellation[J].IEEETransactionsonAerospace&ElectronicSystems,2018,54(4):1931-1946.)进行杂波抑制后，监测通道中存在较多杂波残留。而本专利技术借助于外辐射源雷达中辐射源信号的OFDM调制特性，通过识别信道的跳变时刻，将监测信号进行分段处理，能够在各段中有效抑制多径杂波。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于信道识别的外辐射源雷达非平稳杂波抑制方法。为达到上述目的，本专利技术的技术方案为一种基于信道识别的外辐射源雷达非平稳杂波抑制方法，包括以下步骤，步骤1，将监测信号按OFDM符号划分为多个时间单元进行信道估计；步骤2，利用信道估计得到的频域信道响应值识别监测信号信道特性的跳变时刻并分段；步骤3，分别对分段后的监测信号信道响应进行平滑处理，得到信道响应平滑值；步骤4，用每段监测信号减去对应时间段参考信号与信道响应平滑值的乘积，得到杂波抑制后的监测信号。而且，步骤1实现方式为，利用参考信号进行信号时间同步，得到OFDM符号起始位置；然后将监测信号按OFDM符号划分为多个时间单元，对监测信号的每个时间单元在频域进行信道估计。而且，步骤2中，将监测通道信号的频域信道响应值表述为矩阵形式如下，其中，Hl表示第l个OFDM符号时间单元的频域信道响应，是第第l个OFDM符号时间单元中的第k个频点的信道响应值；L为一次信号处理中的总OFDM符号个数，l为OFDM符号序号；k表示频谱中的频点序号，K为每个OFDM符号时间单元的频域总频点数；利用该信道响应值按以下步骤实现信道识别并对监测信号进行时间分段：(1)求取矩阵每一列中信道响应幅值之和，记位得到行向量(2)对微分，获取中相邻两元素之差，得到新的行向量(3)对中的元素进行门限检测，绝对值超出门限的峰值所在位置为信道特性的跳变时刻，以此时刻对监测通道信号进行时间分段。而且，步骤3中，对信道识别分段后的监测信号信道响应进行平滑处理，是求取每段监测信号的平均信道响应，其中，p为信道识别分段后的时间段序号，M为该段监测信号所占据的OFDM符号时间单元个数，P1和PM分别为该时间段的起始与终止OFDM符号时间单元序号。而且，步骤4中，用各时间段内每个OFDM符号时间单元的频域监测信号减去对应段的频域参考信号与信道响应平滑值的乘积，其中，和分别为第l个OFDM符号时间单元的监测信号和参考信号的离散频谱，为第p段监测信号在第k个频点的信道响应平滑值，为杂波抑制后的频域监测信号，将经逆离散傅里叶变换得到杂波抑制后的时域监测信号。对比于传统的时域杂波抑制方法，本专利技术方法通过获取每个OFDM符号的信道响应估计值来对传播信道进行识别与分段。针对不同的OFDM调制特性，存在不同的信道估计方法。目前，OFDM信号主要采用CP-OFDM和TDS-OFDM两种调制模式。针对CP-OFDM符号(如CMMB、DVB-T)，利用每个OFDM符号中幅度和频率已知的导频信号进行时频二维插值，可以快速获取该符号时间单元的频域信道响应值(万显荣,岑博,易建新,等.中国移动多媒体广播外辐射源雷达参考信号获取方法研究[J].电子与信息学报,2012,34(2):338-343.)。而针对TDS-OFDM符号(如DTMB)，由于其每个信号帧都由一已知的PN序列和OFDM数据体两部分组成，利用监测信号中的PN序列与本地PN序列进行信道估计，即可得到该符号时间单元的频域信道响应值(万显荣,唐慧,王俊芳，等.DTMB外辐射源雷达参考信号纯度对探测性能的影响分析[J].系统工程与电子技术,2013,35(4):725-729.)。由于本专利技术将监测信道信号按OFDM符号分段，使得该方法具有并行化处理架构，适合于并行化实现，且相对于传统的时域杂波抑制方法，该方法操作简单，计算复杂度低，占用内存小。附图说明图1是现有技术中外辐射源雷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于信道识别的外辐射源雷达非平稳杂波抑制方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，将监测信号按OFDM符号划分为多个时间单元进行信道估计；步骤2，利用信道估计得到的频域信道响应值识别监测信号信道特性的跳变时刻并分段；步骤3，分别对分段后的监测信号信道响应进行平滑处理，得到信道响应平滑值；步骤4，用每段监测信号减去对应时间段参考信号与信道响应平滑值的乘积，得到杂波抑制后的监测信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于信道识别的外辐射源雷达非平稳杂波抑制方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，将监测信号按OFDM符号划分为多个时间单元进行信道估计；步骤2，利用信道估计得到的频域信道响应值识别监测信号信道特性的跳变时刻并分段；步骤3，分别对分段后的监测信号信道响应进行平滑处理，得到信道响应平滑值；步骤4，用每段监测信号减去对应时间段参考信号与信道响应平滑值的乘积，得到杂波抑制后的监测信号。2.根据权利要求1所述的基于信道识别的外辐射源雷达非平稳杂波抑制方法，其特征在于：步骤1实现方式为，利用参考信号进行信号时间同步，得到OFDM符号起始位置；然后将监测信号按OFDM符号划分为多个时间单元，对监测信号的每个时间单元在频域进行信道估计。3.根据权利要求1或2所述的基于信道识别的外辐射源雷达非平稳杂波抑制方法，其特征在于：步骤2中，将监测通道信号的频域信道响应值表述为矩阵形式如下，其中，Hl表示第l个OFDM符号时间单元的频域信道响应，是第第l个OFDM符号时间单元中的第k个频点的信道响应值；L为一次信号处理中的总OFDM符号个数，l为OFDM符号序号；k表示频谱中的频点序号，K为每个OFDM符号时间单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：万显荣，刘玉琪，程丰，易建新，柯亨玉，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42