一种高频雷达大幅度电离层相径扰动抑制方法技术

本发明专利技术提供了一种高频雷达大幅度电离层相径扰动抑制方法，以高频天地波雷达为背景建立展宽海杂波的污染模型，并基于广义参数化时频分析(GPTF)算法提出大幅度电离层相径扰动抑制方法，并进一步通过仿真验证所提方法的有效性。理论分析和仿真实验表明，该处理方法能有效抑制大幅度电离层相径扰动，且具有分辨率高、无交叉项的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高频雷达大幅度电离层相径扰动抑制方法
本专利技术所涉及的是一种高频雷达大幅度电离层相径扰动抑制方法，该技术尤其适用于高频天波超视距雷达受电离层相径扰动影响的展宽海杂波背景下的目标检测。
技术介绍
高频天波超视距雷达具有天波传播距离远、覆盖范围大、抗反辐射导弹等优点，受到国内外研究机构的广泛重视。然而天波超视距雷达会受到电离层相径扰动的影响导致海洋回波谱展宽，尤其是大幅度电离层相径扰动会导致海杂波谱展宽严重且形态复杂，严重影响舰船目标的检测。电离层相径扰动会引起海杂波Bragg频谱展宽，影响慢速船目标检测。目前大多数的海杂波抑制算法都是基于海杂波瞬时频率为恒定值的情况下得到的，电离层相径扰动引起的海杂波Bragg频率展宽会导致海杂波抑制算法失效或降低杂波抑制效果。因此在进行海杂波抑制之前需要首先消除电离层相径扰动的影响，锐化展宽的海杂波谱，即电离层相径扰动抑制处理，然后再进行海杂波抑制处理，有利于舰船目标的检测。目前的电离层相径扰动抑制方法都是通过估计展宽回波谱瞬时频率的变化来提取频率调制函数，从而得到电离层相位扰动校正函数，然后利用获得的校正函数对回波信号校正，便可以使展宽回波谱锐化，提高雷达的目标检测性能。目前该类方法主要有最大熵谱估计法、PGA法、最小熵搜索法、基于特征分解的解污染方法以及分段多项式建模法等。这些方法都要求首先提取展宽的Bragg峰以做瞬时频率估计。在相位扰动幅度较小时，海杂波谱中两个一阶Bragg峰展宽程度较小，此时可以利用带通滤波方法滤出其中一个Bragg峰来估计扰动函数。然而在电离层大幅度相径扰动情况下，两个展宽的Bragg峰会交叠在一起，此时利用基于带通滤波方法很难有效提取出单个Bragg信号，从而导致相径扰动抑制处理效果很差。对于大幅度相径扰动的情况，时频分析是目标比较好的方法。目前采用的主要是非参数化时频分析方法，如短时傅里叶变换(STFT)、Winger-Will分布(WVD)、伪WVD分布法(PWVD)和平滑伪WVD分布法(SPWVD)等。但该类方法对于信噪比比较敏感、且受交叉项干扰和分辨率限制的影响。对天波雷达船目标进行检测的主要技术途径是海杂波抑制，代表性的算法包括海杂波对消法、子空间类方法、基于奇异值分解(SVD)的海杂波抑制算法以及自适应滤波器方法等，但这些算法难以对非平稳的展宽海杂波进行有效抑制。与非参数化时频分析方法相比，参数化时频分析方法通过引入先验信号的模型，选择合适的描述非平稳信号的核，当核形式与所分析信号符合时，可以有效提高时频分辨率，典型的方法有自适应线性调频小波分解、原子分解和多项式傅里叶变换等，但此类方法主要采用多项式核，不适于分析随时间变化较快的强时变非平稳信号。专利CN201510607745.9公布了一种基于时频分析的时变滤波参数产生与实现系统及方法，该方法涉及通信和信号处理领域，目的是为了更好的滤除多用户干扰及噪声，通过该方法可以根据信号的带宽变化对信号进行滤波,更好的滤除多用户干扰及噪声。专利CN201611139350.1公布了一种基于参数化时频分析的启停车故障特征提取及诊断方法，该方法利用参数化时频分析对转子启停车振动信号进行分解并求得各频分量精确的幅值和相位，然后与全息谱相结合有效地提取转子故障特征，避免了稳态转速下对转子进行故障诊断时的误诊、漏诊问题，突破了传统全息谱技术只能应用于平稳振动信号的局限，拓展了其应用范围，可以应用于大型旋转机械非平稳工况下故障诊断及状态监测。专利CN201611169629.4公布了一种基于时频分析和瞬时频率曲线拟合的高阶PPS信号参数估计方法，本方法能有效抑制高阶PPS信号的交叉项干扰，在低信噪比下估计出未知阶次的PPS信号相位参数，具有较好的参数估计性能，克服了传统方法受时频交叉项干扰的影响，对非平稳信号的后续处理以及特征分析具有重要意义。专利CN201510922006.9公布了一种基于参数优化的改进广义S变换的时频分析方法，该方法将一个以频率为自变量的一阶函数引入到S变换的窗函数中，使得窗函数形式灵活可调，并通过时频聚集度对一阶函数的参数进行优化，可改善信号时频分布的能量聚集性，提高信号瞬时参数的估计精度，且计算量小，适用于通信、雷达、地震和生物医学信号的分析与处理。期刊论文《基于参数化时频分析的进动锥裙目标瞬时微多普勒频率提取方法》中，作者提出的方法针对多分量信号组成的锥裙目标回波，利用相干信号单距离多普勒干涉(CSRDI)方法估计锥旋频率，进而利用参数化时频分析估计散射点的微多普勒曲线，之后利用带阻滤波器分离估计得到的散射点回波信号，基于电磁仿真数据验证了所提方法的有效性。期刊论文《基于参数化时频分析的转子全工况动平衡方法》提出了基于参数化时频分析的转子全工况动平衡方法。该方法可以方便、快捷地确定出转子的失衡量和失衡方位，有效降低转子系统不平衡振动，同时减少平衡过程中的启车次数。
技术实现思路
为解决高频雷达电离层污染的展宽回波谱背景下船目标检测难的问题，本专利技术提出一种大幅度电离层相径扰动抑制方法包含以下过程：步骤1对海杂波信号利用公式进行广义参数化时频分析得到GPTF时频分布GPTF1[·]；步骤2对步骤1得到的GPTF1[·]进行特征分解，并对特征分解后的矩阵重构每个信号xi(n),i＝1,2,...，其中xi(n)为海杂波正负Bragg瞬时频率；步骤3对重构后的每个xi(n),i＝1,2,...分别再通过广义参数化时频分析得到其各自对应的GPTF时频分布GPTF2[·]；步骤4每个GPTF2[·]分别进行最优路径算法检测，提取电离层相位扰动的瞬时频率；步骤5将提取的电离层调制频率积分得到相位校正函数，校正污染海杂波回波信号。可选地，步骤5进一步包含以下过程：表示提取出的海杂波Bragg峰瞬时频率，fB是一阶海杂波Bragg峰频率，则电离层引起的频率调制为：因此，电离层相位扰动函数为：相位扰动补偿后的回波信号结果为：式中，A(t)为回波幅度，θ(t)是电离层平稳时的回波相位，m(t)是电离层扰动相位。可选地，步骤4中所述最优路径为受到电离层相位扰动的海杂波在时频域上表现出的随时间变化的瞬时频率分布曲线，最优路径检测算法是通过信号能量累积的方式自适应地搜索时频图中能量最大信号的时频分布曲线，并提取出信号的瞬时频率曲线。可选地，对受污染的海杂波信号进行的广义参数化时频分析，和对重构后的每个信号分别进行的广义参数化时频分析，包含：通过引入频率旋转与平移算子，利用频率旋转算子将非平稳信号的时频特征进行旋转，使信号趋于平稳，然后对旋转后的信号做短时傅里叶变换，最后利用频率平移算子将信号时频特征移至真实脊线位置。可选地，步骤1和步骤3中的广义参数化时频分析，是对相应的信号进行如下运算：其中，sr(τ)表示瞬时频率为任意函数的复信号，κP(τ)表示广义参数化时频分析的变换核，P表示变换核参数，表示频率旋转算子，表示频率平移算子，gσ(τ)表示时频变换的窗函数，表示gσ(τ)的共轭，f表示信号的瞬时频率。可选的，广义参数化时频分析进一步包括：将变换核参数精度与时频集中度结合，对变换核参数进行迭代求最优，即对信号时频特征进行循环逼近求精得到最合适的变换核参数，确定频率旋转算子与平移算子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高频雷达大幅度电离层相径扰动抑制方法，其特征在于，包括以下过程：步骤1对受污染的海杂波信号进行广义参数化时频分析得到GPTF时频分布GPTF1[·]；步骤2对步骤1得到的GPTF1[·]进行特征分解，并对特征分解后的矩阵重构每个信号xi(n),i＝1,2,...，其中xi(n)为海杂波正负Bragg瞬时频率；步骤3对重构后的每个信号xi(n),i＝1,2,...分别再通过广义参数化时频分析得到其各自对应的GPTF时频分布GPTF2[·]；步骤4每个GPTF2[·]分别进行最优路径算法检测，提取电离层相位扰动的瞬时频率；步骤5将提取的电离层调制频率积分得到相位校正函数，校正污染海杂波回波信号。

【技术特征摘要】
1.一种高频雷达大幅度电离层相径扰动抑制方法，其特征在于，包括以下过程：步骤1对受污染的海杂波信号进行广义参数化时频分析得到GPTF时频分布GPTF1[·]；步骤2对步骤1得到的GPTF1[·]进行特征分解，并对特征分解后的矩阵重构每个信号xi(n),i＝1,2,...，其中xi(n)为海杂波正负Bragg瞬时频率；步骤3对重构后的每个信号xi(n),i＝1,2,...分别再通过广义参数化时频分析得到其各自对应的GPTF时频分布GPTF2[·]；步骤4每个GPTF2[·]分别进行最优路径算法检测，提取电离层相位扰动的瞬时频率；步骤5将提取的电离层调制频率积分得到相位校正函数，校正污染海杂波回波信号。2.如权利要求1所述高频雷达大幅度电离层相径扰动抑制方法，其特征在于，步骤5进一步包含以下过程：表示提取出的海杂波Bragg峰瞬时频率，fB是一阶海杂波Bragg峰频率，则电离层引起的频率调制为：因此，电离层相位扰动函数为：相位扰动补偿后的回波信号结果为：式中，A(t)为回波幅度，θ(t)是电离层平稳时的回波相位，m(t)是电离层扰动相位。3.如权利要求1所述高频雷达大幅度电离层相径扰动抑制方法，其特征在于，步骤4中所述最优路径为受到电离层相位扰动的海杂波在时频域上表现出的随时间变化的瞬时频率分布曲线，最优路径检测算法是通过信号能量累积的方式自适应地搜索时频图中能量最大信号的时频分布曲线，并提取出信号的瞬时频率曲线。4.如权利要求1所述高频雷达大幅度电离层相径扰动抑制方法，其特征在于，对受污染的海杂波信号进行的广义参数化时频分析，和对重构后的每个信号分别进行的广义参数化时频分析，包含：通过引入频率旋转与平移算子，利用频率旋转算子将非平稳信号的时频特征进行旋转，使信号趋于平稳，然后对旋转后的信号做...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚军，王卓群，郭冬梅，王树文，王鹏飞，武俊强，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31