一种风廓线雷达非相参无线电干扰抑制方法

摘要

本发明公开了一种风廓线雷达非相参无线电干扰抑制方法，属于信号处理和检测技术领域；它具体为，在发射端产生脉间、脉内两种伪随机序列；进行编码处理；然后调制发射，并将脉间脉内两种伪随机序列保存之接收信号处理机；最后在接收端进行接收，并将接收信号进行两次解码处理；至此完成本方法处理过程。经此方法处理的风廓线雷达接收信号，经过与发射调制脉冲完全同步的脉间伪随机码序列进行第一次解码运算，将相参的测风信号恢复并将不相参的无限电干扰白噪声化，从而达到降低无线电干扰信号功率谱的效果，再根据脉内伪随机码本序列进行第二次解码运算达到提高风信号的功率的效果，其干扰抑制效果约(10log L)dB，风信号功率提高约(20log P)dB。

说明书

技术领域

本发明是一种无线电干扰抑制方法，特别涉及一种风廓线雷达非相参无线电干扰抑制方法，属于信号处理和检测技术领域。

背景技术

风廓线雷达是对大气风向风速随高度分布连续观测的一种全天候型的Doppler遥感设备，其通过检测大气湍流反射的微弱信号来实现测风的目的。该技术的研究始于美国20世纪八十年代初，由于其具有较高的测风实时性和精度，是中小尺度大气探测的关键技术之一，近年来，风廓线雷达越来越受到各国气象、环保、军事等相关部门的重视，在我国载人航天、“十一五”灾害天气国家监测网及国防建设等领域也即将开展相关的应用及技术研究。风廓线雷达的工作频段受所需高度覆盖范围和分辨率的影响，按照国际电信联盟划分确定在3个频段：50MHz、400MHz和1000MHz附近。由于与广播通信等设备的工作频段比较接近，加之风廓线雷达回波信号功率较弱(甚至小于-140dBm)，所以容易受到无线电波的干扰。目前风廓线雷达主要采用经典的信号处理技术，例如脉冲压缩编码、去直流、谱积累、谱对消等，虽然对有源干扰有一定抑制作用，但信干比改善不大，效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风廓线雷达非相参无线电干扰抑制方法，该方法能有效解决风廓线雷达实际应用的非相参无线电干扰技术问题。

本发明的技术内容为：

因为，风廓线雷达系统在探测时通常在一个探测周期内要发送的脉冲数目高达数十万个，基于此工作特点本发明提出全相参脉间脉内联合伪随机编码抑制非相参无线电波干扰的方法。具体步骤为：

步骤一：在风廓线雷达发射端，同步产生脉间、脉内两种伪随机码序列；其中脉间伪随机序列采用M序列，序列长度根据实际工作参数选择，假设其码长为L，脉内编码序列采用巴克码，假设其码长为P，

设脉间伪随机编码的码本为R：

R＝[R₁ R₂ … R_i … R_L]^T                                      (1)

式中R_i为M序列伪随机码码元，i＝1，2…L，T表示矩阵转置；

脉内编码码本为巴克码，其位数为P，

BK＝[bk(1) bk(2) … bk(i) … bk(P)]^T                         (2)

式中码元为bk(i)，i＝1，2…P，T表示矩阵转置；

步骤二：在风廓线雷达发射端，上述公式(1)和公式(2)码本序列经脉间脉内联合编码序列为：

$\mathrm{RB}=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{RB}}_1\\ {\mathrm{RB}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{RB}}_i\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{RB}}_L\end{array}\right)---\left(3\right)$

式中RB_i为编码后第i个脉冲内的码本信号，i＝1，2…L，

${\mathrm{RB}}_i=(\mathrm{BK}+R_i)\mathrm{mod}\left(2\right)=\left(\begin{array}{c}\mathrm{bk}\left(1\right)\mathrm{xor}{R}_i\\ \mathrm{bk}\left(2\right)\mathrm{xor}{R}_i\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{bk}\left(P\right)\mathrm{xor}{R}_i\end{array}\right)---\left(4\right)$

式中mod()为求余运算，xor为异或运算符；

步骤三：将公式(3)产生的码本序列传送至风廓线雷达发射信号调制器并发射，同时将公式(1)和公式(2)产生的码本序列保存在接收信号处理机中；

步骤四：在风廓线雷达接收端对步骤3中的发射信号进行接收；

设时域积累为J次，FFT点数为N，距离门数为G，则信号处理机需处理的信号样本空间I为：

$I={\left(\begin{array}{cccc}{A}_{11}& A_{12}& ...& A_{1J}\\ A_{21}& A_{22}& ...& A_{2J}\\ .& .& & .\\ .& .& A_{\mathrm{ij}}& .\\ .& .& & .\\ A_{N1}& A_{N2}& ...& A_{\mathrm{NJ}}\end{array}\right)}_{N\times J}---\left(5\right)$

式中A_ij分别代表第i×j次采样信号a_ij(1)，a_ij(2)，…a_ij(G+P-1)构成的样本空间，其中i＝1，2…N，j＝1，2…J分别与信号处理中的FFT点数和相干积累次数有关，L＝N×J；

A_ij＝[a_ij(1) a_ij(2) … a_ij(G) a_ij(G+1) … a_ij(G+P-1)]^T          (6)

步骤五：在接收端信号处理机内，将采样样本公式(5)进行脉间、脉内两次解码处理，即可获得抑制非相参无线电干扰方法处理后的结果；

第一次解码为公式(5)信号与公式(1)产生的脉间伪随机码本序列进行解码处理得：

$\mathrm{RI}=\left(\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{A}_{1j}{R}_j\\ \underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{A}_{2j}{R}_{J+j}\\ .\\ .\\ .\\ \underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{A}_{\mathrm{Nj}}{R}_{(N-1)J+j}\end{array}\right)={\left(\begin{array}{cccc}\underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{1j}\left(1\right)R_j& \underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{1j}\left(2\right)R_j& ...& \underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{1j}(G+P-1)R_j\\ \underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{2j}\left(1\right)R_{J+j}& \underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{2j}\left(2\right)R_{J+j}& ...& \underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{2j}(G+P-1)R_{J+j}\\ .& .& & .\\ .& .& ...& .\\ .& .& & .\\ \underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{Nj}}\left(1\right)R_{(N-1)J+j}& \underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{Nj}}\left(2\right)R_{(N-1)J+j}& ...& \underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{Nj}}(G+P-1)R_{(N-1)J+j}\end{array}\right)}_{N\times G}---\left(7\right)$

第二次解码为公式(7)的计算结果与公式(2)产生的脉内码本序列进行解码处理得：

$\mathrm{BRI}{=\left(\begin{array}{cccc}\underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}[\mathrm{bk}\left(p\right)·\underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{1j}\left(p\right)R_j]& \underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}[\mathrm{bk}\left(p\right)·\underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{1j}(p+1)R_j]& ...& \underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}[\mathrm{bk}\left(p\right)·\underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{1j}(G+p-1)R_j]\\ \underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}[\mathrm{bk}\left(p\right)·\underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{2j}\left(p\right)R_{J+j}]& \underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}[\mathrm{bk}\left(p\right)·\underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{2j}(p+1)R_{J+j}]& ...& \underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}[\mathrm{bk}\left(p\right)·\underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{2j}(G+p-1)R_{J+j}]\\ .& .& & .\\ .& .& ...& .\\ .& .& & .\\ \underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}[\mathrm{bk}\left(p\right)·\underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{Nj}}\left(p\right)R_{(N-1)J+j}& \underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}[\mathrm{bk}\left(p\right)·\underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{Nj}}(p+1)R_{(N-1)J+j}]& ...& \underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}[\mathrm{bk}\left(p\right)·\underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{Nj}}(G+p-1)R_{(N-1)J+j}]\end{array}\right)}_{N\times G}---\left(8\right)$

至此，该风廓线雷达非相参无线电干扰抑制方法处理完毕。

有益效果：

经此方法处理的风廓线雷达接收信号，经过与发射调制脉冲完全同步的脉间伪随机码序列进行第一次解码运算，将相参的测风信号恢复并将不相参的无限电干扰白噪声化，从而达到降低无线电干扰信号功率谱的效果，再根据脉内伪随机码本序列进行第二次解码运算达到提高风信号的功率的效果，其干扰抑制效果约(10log L)dB，风信号功率提高约(20log P)dB。

附图说明

图1是本发明的一种风廓线雷达非相参无线电干扰抑制方法处理流程

图2是本发明的一种风廓线雷达非相参无线电干扰抑制方法实现原理框图。

具体实施方式

图1是全相参脉间脉内联合伪随机编码抑制非相参无线电干扰方法处理流程，图2是全相参脉间脉内联合伪随机编码二相调制抑制非相参无线电干扰实现原理框图。风廓线雷达监控组合内的伪随机码产生器(采用线性逻辑移位寄存器产生)输出伪随机码序列，然后送给射频调制器、发射机和信号处理机。接收信号与发射调制脉冲完全同步的脉间伪随机码进行第一次解码处理，其输出结果与脉内伪随机码本进行第二次解码处理，经以上两次解码运算后即可获得非相参无线电波干扰抑制的处理结果，该结果可以作为风廓线雷达后续信号处理的输入信号。

举例说明，设大气信号频率为10Hz，无线电干扰为30Hz，两者功率相同，脉间伪随机码选码长为255的8级结构M序列，级间反馈连接为8、6、5、4，脉内编码选择5位巴克码，则经过全相参脉间脉内联合伪随机编码解码处理后的无限电干扰抑制约20dB，风信号功率提高约13dB。