一种风廓线雷达信号探测中抗有源干扰方法

摘要

本发明公开了一种风廓线雷达信号探测中抗有源干扰方法，其具体步骤为：第一步，搭建风廓线雷达抗有源干扰系统，包括：脉内脉间调制电路（3）、脉间脉内解调电路（4）、脉内调制序列生成电路（1）、脉间调制序列生成电路（2）、脉冲信号源（5）和信号处理器（10）；第二步，脉内调制序列生成电路（1）和脉间调制序列生成电路（2）生成调制序列；第三步，脉内脉间调制电路（3）进行发射信号调制；第四步，脉间脉内解调电路（4）进行回波信号解调和预处理；至此，实现了风廓线雷达抗有源干扰方法。本方法能够有效地对抗外界的有源干扰，提高对目标信号的检测能力，明显改善了风廓线雷达的探测结果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种风廓线雷达信号探测方法，特别是一种风廓线雷达信号探测中抗有源干扰方法。

背景技术

风廓线雷达（Wind Profiling Radar, WPR）是通过探测大气湍流对电磁波的反射和散射来连续探测大气风场等物理量的一种全天候大气遥感探测设备。风廓线雷达所探测的是不断运动的大气湍流，通过探测大气湍流团不均匀结构的整体运动来测量大气风速、风向，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设备之一。

风廓线雷达主要工作在VHF和UHF频段，与广播、电视和无线通信频段非常接近，电磁环境极其恶劣。由于大气湍流的反射和散射回波信号非常微弱，常常被有源电磁辐射所覆盖，因此有源电磁辐射成为严重的有源电磁干扰，经常导致风廓线雷达不能正常探测。而传统风廓线雷达主要用于常规探测，通过发射机和天线发射普通的脉冲信号，再由天线和接收机接收回波信号，由信号处理器进行信号处理，从风谱中提取出风场信息，这种技术功能单一，没有有效的抗有源干扰的方法，虽然在信号处理器中使用了相参积累、谱对消方法，能抑制一些有源干扰，但实际探测结果证明这些方法对于去除干扰信号的改善作用不大，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信号探测中抗有源干扰方法，解决传统风廓线雷达抗有源干扰能力弱而造成探测结果不准确的问题。

一种风廓线雷达信号探测中抗有源干扰方法，其具体步骤为：

第一步  搭建风廓线雷达抗有源干扰系统

风廓线雷达抗有源干扰系统包括：脉内脉间调制电路、脉间脉内解调电路、脉内调制序列生成电路、脉间调制序列生成电路、脉冲信号源、发射机、收发开关、天线、接收机和信号处理器。

脉冲信号源、脉内脉间调制电路、发射机、收发开关、接收机、脉间脉内解调电路和信号处理器顺次串联，收发开关与天线电连接，信号处理器分别与脉内调制序列生成电路和脉间调制序列生成电路电连接；脉内调制序列生成电路分别与脉内脉间调制电路和脉间脉内解调电路电连接，脉间调制序列生成电路分别与脉内脉间调制电路和脉间脉内解调电路电连接。

脉内调制序列生成电路用于生成脉内调制序列，脉间调制序列生成电路用于生成脉间调制序列。脉内脉间调制电路用于采用脉内调制序列对要发射的脉冲信号进行脉内调制，然后采用脉间调制序列对要发射的脉内调制后的脉冲信号进行脉间调制。脉间脉内解调电路用于采用脉间调制序列对所发射的调制脉冲信号的回波信号进行脉间相关解调处理，再采用脉内调制序列对脉间解调后的回波信号进行脉内相关解调和脉压预处理。

第二步  脉内调制序列生成电路和脉间调制序列生成电路生成调制序列

脉内调制序列生成电路生成脉内调制序列，脉间调制序列生成电路生成脉间调制序列。脉内调制序列采用互补码序列，脉间调制序列采用伪随机m序列，由信号处理器向脉内调制序列生成电路、脉间调制序列生成电路输入编码位数和序列长度参数信号。设互补码序列的码长为K，则K=4或8或16；m序列的长度为L，则 L=Na*Nf，其中Na为相参积累数，Nf为FFT变换的点数。脉内调制序列生成电路、脉间调制序列生成电路分别按照上述参数生成脉内调制序列和脉间调制序列，对于相位调制而言，调制序列中1表示0度相位，0和-1表示180度相位。将生成的脉内、脉间调制序列输出给脉内脉间调制电路和脉间脉内解调电路，并作保存；同时脉冲信号源向脉内脉间调制电路输出脉冲信号。

第三步  脉内脉间调制电路进行发射信号调制

在脉内脉间调制电路中采用调制序列对要发射的脉冲信号进行0度和180度的相位调制。首先，采用脉内调制序列控制发射脉冲信号的脉内相位变换，然后，采用脉间调制序列对脉内调制后的脉冲信号控制脉间相位变换。一个发射脉冲信号经过脉内、脉间调制后，形成了一个发射脉冲调制信号，将发射脉冲调制信号送入发射机放大后，通过天线发射出去。这里，形成的每个发射脉冲调制信号的子脉冲个数为K，与脉内调制序列的码长相同，发射脉冲调制信号的总个数是L，与脉间调制序列的长度相同。 

第四步  脉间脉内解调电路进行回波信号解调和预处理

脉冲调制信号经大气湍流反射和散射后形成回波信号， 天线和接收机对回波信号进行接收、采样，形成数字回波信号，送入脉间脉内解调电路进行相关解调处理。对数字回波信号进行的解调方法与调制方法相对应，为相位解调。发射时采用的是0度和180度的相位调制，利用脉间脉内解调电路中所存储的脉间调制序列和脉内调制序列，对数字回波信号进行与发射调制相关的脉间和脉内相位解调处理，并进行脉内相位编码的数字脉压预处理。将解调和预处理后的数字回波信号送入信号处理器作进一步的信号处理。

对I、Q两路数字正交信号作解调处理过程如下：首先采用脉间调制序列控制数字回波信号的脉间相位变换，接着采用脉内调制序列控制数字回波信号的脉内相位变换，并进行脉压预处理。互补码序列具有原码和补码序列，对I、Q两路信号的原码序列和补码序列数据分别进行解码和卷积运算，然后将两个序列的运算结果相加，形成I、Q两路信号的脉压结果。对于I路信号数据，设Ia、Ib分别为原码和补码序列数据，Ma、Mb分别为原码和补码的编码序列，长度都为K，脉压结果为I，则有：

对Q路信号作相同处理，最后，将经过上述处理后的I、Q两路数字信号输出给信号处理器作进一步的信号处理。

至此，实现了风廓线雷达抗有源干扰方法。

本方法采用的脉内调制序列具有良好的自相关特性，采用的伪随机序列统计特性很接近白噪声，能够保留相关目标信号，白化干扰信号，有效地对抗外界的有源干扰，提高对目标信号的检测能力，明显改善了风廓线雷达的探测结果。经实际测试验证，按照实际工作参数设定的长随机脉间编码的干扰抑制可达30 dB，脉内编码使有用信号功率增加达13 dB以上。

附图说明

图1  一种风廓线雷达信号探测中抗有源干扰方法的风廓线雷达抗有源干扰系统示意图。

1.脉内调制序列生成电路        2.脉间调制序列生成电路       3.脉内脉间调制电路    4.脉间脉内解调电路    5.脉冲信号源    6.发射机    7.收发开关    8.天线   9.接收机  10.信号处理器。

具体实施方式

一种风廓线雷达信号探测中抗有源干扰方法，其具体步骤为：

第一步  搭建风廓线雷达抗有源干扰系统

风廓线雷达抗有源干扰系统包括：脉内脉间调制电路3、脉间脉内解调电路4、脉内调制序列生成电路1、脉间调制序列生成电路2、脉冲信号源5、发射机6、收发开关7、天线8、接收机9和信号处理器10。

脉冲信号源5、脉内脉间调制电路3、发射机6、收发开关7、接收机9、脉间脉内解调电路4和信号处理器10顺次串联，收发开关7与天线8电连接，信号处理器10分别与脉内调制序列生成电路1和脉间调制序列生成电路2电连接；脉内调制序列生成电路1分别与脉内脉间调制电路3和脉间脉内解调电路4电连接，脉间调制序列生成电路2分别与脉内脉间调制电路3和脉间脉内解调电路4电连接。

脉内调制序列生成电路1用于生成脉内调制序列，脉间调制序列生成电路2用于生成脉间调制序列。脉内脉间调制电路3用于采用脉内调制序列对要发射的脉冲信号进行脉内调制，然后采用脉间调制序列对要发射的脉内调制后的脉冲信号进行脉间调制。脉间脉内解调电路4用于采用脉间调制序列对所发射的调制脉冲信号的回波信号进行脉间相关解调处理，再采用脉内调制序列对脉间解调后的回波信号进行脉内相关解调和脉压预处理。

第二步  脉内调制序列生成电路1和脉间调制序列生成电路2生成调制序列

脉内调制序列生成电路1生成脉内调制序列，脉间调制序列生成电路2生成脉间调制序列。脉内调制序列采用互补码序列，脉间调制序列采用伪随机m序列，由信号处理器10向脉内调制序列生成电路1、脉间调制序列生成电路2输入编码位数和序列长度参数信号。设互补码序列的码长为K，则K=4或8或16；m序列的长度为L，则 L=Na*Nf，其中Na为相参积累数，Nf为FFT变换的点数。脉内调制序列生成电路1、脉间调制序列生成电路2分别按照上述参数生成脉内调制序列和脉间调制序列，对于相位调制而言，调制序列中1表示0度相位，0和-1表示180度相位。将生成的脉内、脉间调制序列输出给脉内脉间调制电路3和脉间脉内解调电路4，并作保存；同时脉冲信号源5向脉内脉间调制电路3输出脉冲信号。

假设生成的脉内调制序列是16位的互补码序列：{1,1,1,-1,-1,-1,1,-1,-1,-1,-1,1,-1,-1,1,-1｝，{1,1,1,-1,-1,-1,1,-1,1,1,1,-1,1,1,-1,1｝；m序列的种子是｛ 0000 0000 0000 0000 0001｝，本原多项式为[4000011]₈, 生成序列的总长度为L。4位和8位的互补码序列分别是：

4位互补码序列：          {1,1,-1,1}，{-1,-1,-1,1}；

8位互补码序列：          {-1,-1,-1,1,-1,-1,1,-1}，{-1,-1,-1,1,1,1,-1,1}。

第三步  脉内脉间调制电路3进行发射信号调制

在脉内脉间调制电路3中采用调制序列对要发射的脉冲信号进行0度和180度的相位调制。首先，采用脉内调制序列控制发射脉冲信号的脉内相位变换，然后，采用脉间调制序列对脉内调制后的脉冲信号控制脉间相位变换。一个发射脉冲信号经过脉内、脉间调制后，形成了一个发射脉冲调制信号，将发射脉冲调制信号送入发射机6放大后，通过天线发射出去。这里，形成的每个发射脉冲调制信号的子脉冲个数为K，与脉内调制序列的码长相同，发射脉冲调制信号的总个数是L，与脉间调制序列的长度相同。 

第四步  脉间脉内解调电路4进行回波信号解调和预处理

脉冲调制信号经大气湍流反射和散射后形成回波信号， 天线8和接收机9对回波信号进行接收、采样，形成数字回波信号，送入脉间脉内解调电路4进行相关解调处理。对数字回波信号进行的解调方法与调制方法相对应，为相位解调。发射时采用的是0度和180度的相位调制，利用脉间脉内解调电路4中所存储的脉间调制序列和脉内调制序列，对数字回波信号进行与发射调制相关的脉间和脉内相位解调处理，并进行脉内相位编码的数字脉压预处理。将解调和预处理后的数字回波信号送入信号处理器作进一步的信号处理。

对I、Q两路数字正交信号作解调处理过程如下：首先采用脉间调制序列控制数字回波信号的脉间相位变换，接着采用脉内调制序列控制数字回波信号的脉内相位变换，并进行脉压预处理。互补码序列具有原码和补码序列，对I、Q两路信号的原码序列和补码序列数据分别进行解码和卷积运算，然后将两个序列的运算结果相加，形成I、Q两路信号的脉压结果。对于I路信号数据，设Ia、Ib分别为原码和补码序列数据，Ma、Mb分别为原码和补码的编码序列，长度都为K，脉压结果为I，则有：

对Q路信号作相同处理，最后，将经过上述处理后的I、Q两路数字信号输出给信号处理器作进一步的信号处理。

至此，实现了风廓线雷达抗有源干扰方法。