本發(fā)明涉及雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，特別是一種相位編碼消除同頻干擾方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著雷達(dá)技術(shù)的高速發(fā)展，無論在民用領(lǐng)域還是軍用領(lǐng)域，雷達(dá)的部署越來越多，雷達(dá)組網(wǎng)也被逐漸應(yīng)用。因此雷達(dá)工作的電磁環(huán)境趨于復(fù)雜，電磁兼容問題日益突出，其中面臨的一個(gè)最大的問題就是同頻干擾，尤其是同型雷達(dá)之間的干擾，雷達(dá)的數(shù)量越多，距離越近，干擾就越嚴(yán)重。在天氣雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域，同頻干擾已經(jīng)嚴(yán)重影響回波數(shù)據(jù)質(zhì)量，因此怎樣消除同頻干擾問題日益突出。

現(xiàn)有的各種消除同頻干擾技術(shù)和方法主要集中在數(shù)據(jù)處理方面，存在以下問題和缺陷：

(1)同頻干擾消除不徹底，同時(shí)可能影響正?；夭ㄐ盘?hào)；

(2)處理方法主要集中在對(duì)輸出基數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，無法從原理上根本消除同頻干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種相位編碼消除同頻干擾方法及系統(tǒng)，發(fā)射波形采用相位編碼方式，即在每個(gè)發(fā)射波形上疊加不同的相位信息，在信號(hào)處理接收時(shí)進(jìn)行相干處理，實(shí)現(xiàn)消除同頻干擾。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種相位編碼消除同頻干擾系統(tǒng)，它包括發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)，它還包括帶移相功能的波形產(chǎn)生單元、數(shù)字中頻接收機(jī)、信號(hào)處理單元及數(shù)據(jù)采集機(jī)及終端，所述的帶移相功能的波形產(chǎn)生單元在每次發(fā)射時(shí)產(chǎn)生不同相位的發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，并輸出至發(fā)射系統(tǒng)并經(jīng)天線向空間發(fā)射，數(shù)字中頻接收機(jī)接收來自天線接收的回波信號(hào)和發(fā)射機(jī)耦合回來的主波信號(hào)，并經(jīng)相應(yīng)的數(shù)字濾波器分別處理成零中頻iq信號(hào)輸出給信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元接收數(shù)字中頻輸出的兩路零中頻iq數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)行相干處理和信號(hào)質(zhì)量門限處理，將處理后的結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集機(jī)及終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

所述的不同相位的發(fā)射激勵(lì)信號(hào)即在每個(gè)發(fā)射激勵(lì)信號(hào)波形上疊加不同的相位信息。

它還包括監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)向數(shù)字中頻接收機(jī)發(fā)送方位/俯仰角碼信號(hào)。

一種相位編碼消除同頻干擾系統(tǒng)消除同頻干擾的方法，它包括如下步驟：

s1、帶移相功能的波形產(chǎn)生單元產(chǎn)生具有不同相位偏移的發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，并輸出至發(fā)射系統(tǒng)并經(jīng)天線向空間發(fā)射；

s2、數(shù)字中頻接收機(jī)接收來自天線接收的回波信號(hào)和發(fā)射機(jī)耦合回來的主波信號(hào)，并經(jīng)相應(yīng)的數(shù)字濾波器分別處理成零中頻iq信號(hào)輸出給信號(hào)處理單元；

s3、信號(hào)處理單元接收數(shù)字中頻輸出的兩路零中頻iq數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)行相干處理和信號(hào)門限處理；

當(dāng)回波信號(hào)和干擾信號(hào)同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)時(shí)，第n個(gè)發(fā)射脈沖的信號(hào)可表示為式(1)：

式中，φn：第n個(gè)發(fā)射脈沖初始相位；

本機(jī)雷達(dá)回波信號(hào)；

干擾信號(hào)；

n：總噪聲，為白噪聲；

對(duì)于一個(gè)全相參天氣雷達(dá)系統(tǒng)，在處理時(shí)，將接收回波序列進(jìn)行相干處理，該過程可表示為式(2)和式(3)；

由于φn1為(-π，π)的均勻分布，所以式(2)和式(3)中的第二項(xiàng)和為白噪聲，從而達(dá)到了分離雷達(dá)回波信號(hào)和干擾信號(hào)的目的；其中是回波信號(hào)引入的相位噪聲，為干擾信號(hào)引入的相位噪聲

經(jīng)過相干處理，干擾信號(hào)已完全白化成白噪聲，可進(jìn)一步利用信號(hào)質(zhì)量門限對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理和消除，信號(hào)質(zhì)量門限如式(4)表示；

式中，r(1)表示1階自相關(guān)，r(0)表示0階自相關(guān)；

s4、輸出處理結(jié)果。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種相位編碼消除同頻干擾方法及系統(tǒng)，發(fā)射波形采用相位編碼方式，即在每個(gè)發(fā)射波形上疊加不同的相位信息，在信號(hào)處理接收時(shí)進(jìn)行相干處理，實(shí)現(xiàn)消除同頻干擾。

(1)采用本發(fā)明可徹底解決天氣雷達(dá)探測(cè)中的同頻干擾問題；

(2)采用本發(fā)明還可以解決天氣雷達(dá)探測(cè)中的其它有源和無源干擾問題。

附圖說明

圖1為相位編碼消除同頻干擾系統(tǒng)組成框圖；

圖2為相位編碼消除同頻干擾處理流程圖；

圖3為地物回波原始i/q數(shù)據(jù)相位信息示意圖；

圖4為相干處理后相位偏差示意圖；

圖5為相干處理前后數(shù)據(jù)頻譜示意圖；

圖6為同頻干擾雷達(dá)回波圖；

圖7為相位編碼消除同頻干擾回波圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

如圖1所示，一種相位編碼消除同頻干擾系統(tǒng)，它包括發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)，它還包括帶移相功能的波形產(chǎn)生單元、數(shù)字中頻接收機(jī)、信號(hào)處理單元及數(shù)據(jù)采集機(jī)及終端，所述的帶移相功能的波形產(chǎn)生單元在每次發(fā)射時(shí)產(chǎn)生不同相位的發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，并輸出至發(fā)射系統(tǒng)并經(jīng)天線向空間發(fā)射，數(shù)字中頻接收機(jī)接收來自天線接收的回波信號(hào)和發(fā)射機(jī)耦合回來的主波信號(hào)，并經(jīng)相應(yīng)的數(shù)字濾波器分別處理成零中頻iq信號(hào)輸出給信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元接收數(shù)字中頻輸出的兩路零中頻iq數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)行相干處理和信號(hào)質(zhì)量門限處理，將處理后的結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集機(jī)及終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

信號(hào)處理單元利用主波信號(hào)的相位信息對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行相干接收處理，實(shí)現(xiàn)相位編碼消除同頻干擾。因需要雷達(dá)整機(jī)工作在相位編碼模式，需要帶移相功能的波形產(chǎn)生單元(如頻綜)能輸出相位編碼激勵(lì)信號(hào)。

所述的不同相位的發(fā)射激勵(lì)信號(hào)即在每個(gè)發(fā)射激勵(lì)信號(hào)波形上疊加不同的相位信息。

它還包括監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)向數(shù)字中頻接收機(jī)發(fā)送方位/俯仰角碼信號(hào)。

一種相位編碼消除同頻干擾系統(tǒng)消除同頻干擾的方法，它包括如下步驟：

s1、帶移相功能的波形產(chǎn)生單元產(chǎn)生具有不同相位偏移的發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，并輸出至發(fā)射系統(tǒng)并經(jīng)天線向空間發(fā)射；

s2、數(shù)字中頻接收機(jī)接收來自天線接收的回波信號(hào)和發(fā)射機(jī)耦合回來的主波信號(hào)，并經(jīng)相應(yīng)的數(shù)字濾波器分別處理成零中頻iq信號(hào)輸出給信號(hào)處理單元；

s3、信號(hào)處理單元接收數(shù)字中頻輸出的兩路零中頻iq數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)行相干處理和信號(hào)門限處理；

當(dāng)回波信號(hào)和干擾信號(hào)同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)時(shí)，第n個(gè)發(fā)射脈沖的信號(hào)可表示為式(1)：

式中，φn：第n個(gè)發(fā)射脈沖初始相位；

本機(jī)雷達(dá)回波信號(hào)；

干擾信號(hào)；

n：總噪聲，為白噪聲；

對(duì)于一個(gè)全相參天氣雷達(dá)系統(tǒng)，在處理時(shí)，將接收回波序列進(jìn)行相干處理，該過程可表示為式(2)和式(3)；

由于φn1為(-π，π)的均勻分布，所以式(2)和式(3)中的第二項(xiàng)和為白噪聲，從而達(dá)到了分離雷達(dá)回波信號(hào)和干擾信號(hào)的目的；其中是回波信號(hào)引入的相位噪聲，為干擾信號(hào)引入的相位噪聲

經(jīng)過相干處理，干擾信號(hào)已完全白化成白噪聲，可進(jìn)一步利用信號(hào)質(zhì)量門限對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理和消除，信號(hào)質(zhì)量門限如式(4)表示；

式中，r(1)表示1階自相關(guān)，r(0)表示0階自相關(guān)；

s4、輸出處理結(jié)果。

采用本發(fā)明的消除同頻干擾方法進(jìn)行信號(hào)處理，完整的信號(hào)處理流程如圖2所示。

數(shù)字中頻接收機(jī)接收來自天線接收的回波信號(hào)和發(fā)射機(jī)耦合回來的主波信號(hào)，并經(jīng)相應(yīng)的數(shù)字濾波器分別處理成零中頻iq信號(hào)輸出給信號(hào)處理單元，型號(hào)處理單元對(duì)干擾雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行相干處理，同時(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)矩處理，處理完后對(duì)干擾雷達(dá)信號(hào)構(gòu)造白化器，即自適應(yīng)濾波器，進(jìn)行濾波，然后對(duì)探測(cè)雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行相干處理，得到清除同頻干擾后的回波數(shù)據(jù)，然后對(duì)該回波數(shù)據(jù)進(jìn)行門限質(zhì)量處理，最后輸出處理結(jié)果。

可以采用強(qiáng)地物回波信號(hào)模擬干擾雷達(dá)信號(hào)來驗(yàn)證相位編碼消除同頻干擾方法對(duì)同頻干擾信號(hào)的白化程度。利用一部全相參x波段多普勒天氣雷達(dá)，工作在相位編碼模式下對(duì)固定位置的地物回波信號(hào)采集i/q數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析計(jì)算得到原始數(shù)據(jù)相位信息、相干處理后相位信息和相干處理前后的頻譜分別如圖3、圖4和圖5所示。

從圖5可以看出未經(jīng)處理的地物回波原始信號(hào)頻譜為一白化噪聲，從而證明了相位編碼可以使干擾信號(hào)完全白化。相干處理后的頻譜則很好的反應(yīng)了地物回波特性，即探測(cè)回波信號(hào)得到較好的恢復(fù)。利用相位編碼方法白化干擾信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)同頻干擾消除。

為驗(yàn)證隨機(jī)相位編碼消除同頻干擾的實(shí)際效果，利用兩部放置在一起的x波段(頻率相同)全相參多普勒天氣雷達(dá)，采用兩部雷達(dá)同時(shí)開機(jī)，其中一部雷達(dá)作為干擾源，另外一部雷達(dá)信號(hào)處理器切換不同的處理模式，對(duì)相位編碼消除同頻干擾進(jìn)行了實(shí)際探測(cè)處理效果的分析和驗(yàn)證。

兩部x波段全相參多普勒雷達(dá)同時(shí)正常開機(jī)工作，設(shè)置其中1部雷達(dá)為干擾雷達(dá)，干擾雷達(dá)工作在1000hz重頻工作模式；探測(cè)雷達(dá)工作在1000hz/750hz雙重頻模式，工作脈沖寬度兩部雷達(dá)相同。此時(shí)探測(cè)雷達(dá)受到同頻干擾影響，其探測(cè)回波如圖6所示。然后將探測(cè)雷達(dá)工作模式更改為相位編碼消除同頻干擾模式，雷達(dá)回波圖如圖7所示。對(duì)比圖6和圖7可以看出在相位編碼消除同頻干擾模式下，很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)同頻干擾的消除。