基于相控阵非相干散射雷达的信号处理方法、系统、装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于信号与信息处理领域，具体涉及一种基于相控阵非相干散射雷达的信号处理方法、系统、装置，旨在解决现有非相干散射雷达的信号处理实时性和准确性较低的问题。本系统方法包括：获取电离层散射的回波信号，通过下变频、AD采样和数字正交下变频得到IQ数字信号，作为第一信号；将第一信号进行复加权及求和运算得到第二信号；通过预设的杂波去除方法去除第二信号的杂波，并通过频域FFT算法得到自相关数据；循环获取自相关数据并累加，累加后去除背景噪声，并通过预设的数据校准方法和频谱模糊函数进行校准修正；将校准修正后的数据与理论自相关数据进行拟合，得到电离层参量。本发明专利技术提高了非相干散射雷达的信号处理的实时性和准确性。

Signal processing method, system and device based on phased array noncoherent scattering radar

【技术实现步骤摘要】
基于相控阵非相干散射雷达的信号处理方法、系统、装置
本专利技术属于信号与信息处理领域，具体涉及一种基于相控阵非相干散射雷达的信号处理方法、系统、装置。
技术介绍
电离层是大气高层由于受到太阳中高能粒子的影响，导致大气高层中的粒子发生了电离而形成的区域，主要高度大约为60～1000km。电离层内有大量的离子和自由电子，能让电磁波信号发生反射和散射等现象，因此电离层探测研究对卫星导航，无线电通信具有非常重要的意义。目前，探测电离层最先进且最有效的工具就是大功率的相控阵非相干散射雷达。非相干探测原理是：从地面发射的电磁波会在电离层中因等离子体的热起伏作用而引起散射。散射回波信号是幅度相对于发射功率相当微弱的随机信号，均值为零、但功率谱不为零，雷达接收机接收到此信号后，信号处理系统先进行自相关函数的计算，再由自相关函数得到功率谱，并通过参量反演方法得到各种电离层参量。针对这种低信噪比的非相干散射信号的探测，要求非相干散射雷达的发射功率较高，接收机的噪声系数较低，这样就导致非相干雷达系统的造价较高、建造困难、后期维护费用十分昂贵。目前我国已建设完本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相控阵非相干散射雷达的信号处理方法，其特征在于，该方法包括：/n步骤S100，获取至少一路电离层散射的回波信号，将所述回波信号进行下变频得到中频模拟信号；基于所述中频模拟信号，通过AD采样和数字正交下变频得到IQ数字信号，作为第一信号；/n步骤S200，将所述第一信号进行复加权及求和运算，形成多个波束指向的IQ数字信号，作为第二信号；/n步骤S300，通过预设的杂波去除方法去除所述第二信号的杂波，得到第三信号；基于所述第三信号，通过频域FFT算法解码计算得到对应高度的自相关数据；/n步骤S400，循环执行步骤S100-步骤S300获取设定周期内对应高度的自相关数据并进行累加，作为第...

【技术特征摘要】
1.一种基于相控阵非相干散射雷达的信号处理方法，其特征在于，该方法包括：
步骤S100，获取至少一路电离层散射的回波信号，将所述回波信号进行下变频得到中频模拟信号；基于所述中频模拟信号，通过AD采样和数字正交下变频得到IQ数字信号，作为第一信号；
步骤S200，将所述第一信号进行复加权及求和运算，形成多个波束指向的IQ数字信号，作为第二信号；
步骤S300，通过预设的杂波去除方法去除所述第二信号的杂波，得到第三信号；基于所述第三信号，通过频域FFT算法解码计算得到对应高度的自相关数据；
步骤S400，循环执行步骤S100-步骤S300获取设定周期内对应高度的自相关数据并进行累加，作为第一数据；去除所述第一数据的背景噪声，并通过预设的数据校准方法进行校准，校准后通过对应的频谱模糊函数进行修正得到第二数据；基于获取的对应高度的理论自相关数据，与所述第二数据进行非线性拟合，得到电离层参量，完成对雷达信号的处理。


2.根据权利要求1所述的基于相控阵非相干散射雷达的信号处理方法，其特征在于，若步骤S100获取的回波信号为多个载频频率的回波信号，则步骤S200-步骤S300之间还包括通道分离和数据抽取的步骤：
结合获取的载频频率，通过复混频方法将所述第二信号进行通道分离，并通过滤波器级联抽取滤波，得到各频率通道的多个波束指向的IQ数字信号。


3.根据权利要求2所述的基于相控阵非相干散射雷达的信号处理方法，其特征在于，步骤S300中“通过预设的杂波去除方法去除所述第二信号的杂波”，其方法为：在幅度域或频域对杂波进行去除；
在幅度域，通过多个采样剖面求平均得到杂波信号估计，再对每个采样剖面进行杂波信号对消；
在频域，通过滤波器对直流分量和低频的杂波信号分量进行去除。


4.根据权利要求2所述的基于相控阵非相干散射雷达的信号处理方法，其特征在于，步骤S400中所述预设的数据校准方法为：在两个脉冲重复周期内，一个脉冲重复周期内对回波信号(包括背景噪声信号和非相干散射信号)的背景噪声信号进行采样，另一个脉冲重复周期内注入校准脉冲信号，并对校准脉冲信号进行采样；基于采样得到的背景噪声信号和校准脉冲信号，通过下式对非相干散射信号的自相关数据进行校准：



其中，k′(n,n′)为校准后的自相关数据，当n＝n′即为接收的绝对功率，Pcal为注入的校准脉冲信号的功率，k(n,n′)为校准前的自相关数据，N为背景噪声信号的功率，C为采样的校准脉冲信号的功率，(n、n′)为采样时间对。


5.根据权利要求2所述的基于相控阵非相干散射雷达的信号处理方法，其特征在于，所述频谱模糊函数通过两种方法获取：一种通过二维模糊函数做傅里叶变换获取；另一种通过时延模糊函数做傅里叶变换获取；所述二维模糊函数为发射信号的调制包络与接收机的脉冲响应相乘后的幅度模糊...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝红连，赵必强，乐新安，丁锋，曾令旗，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11