基于方位频域陷波的低频超宽带SAR射频干扰抑制方法

摘要

本发明提供一种基于方位频域陷波的低频超宽带SAR射频干扰抑制方法，该方法首先将低频超宽带SAR接收到的回波信号进行方位向傅里叶变换，得到方位频域的回波信号；然后，对所得回波信号中的每一方位向，计算其平均值和标准差，以平均值与3倍标准差值之和作为该方位向的抑制门限，并利用置“1”法(将大于门限部分设置为平均值)对该方位向进行射频干扰抑制；最后，将每一方位向陷波处理后信号变换到二维时域，完成对射频干扰信号的抑制；本发明法适用于低频超宽带SAR成像处理中对窄带射频干扰信号和宽带射频干扰信号的抑制，具有很好的抑制效果。

说明书

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，更具体地，涉及一种基于方位频域陷波的低频超宽带SAR射频干扰抑制方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)能够实现大范围探测和高分辨率成像，而且不受天气的影响，在军事侦察和经济建设中都有着重要的应用。目前，主要的SAR系统工作频率都较高，而高频段SAR系统穿透能力较低，难以满足现代军事和经济建设中对丛林隐藏目标和浅地表埋藏目标进行探测和成像。与高频段SAR系统相比，低频超宽带SAR系统工作频率较低、波长较长，因此具备很强的穿透能力，能够对丛林隐藏目标或者浅地表埋藏目标物进行探测和成像，在隐蔽军事目标侦察、地形地貌测量、生物资源分析以及环境灾害监测等领域具有很好的应用前景。

然而，相比于高频段SAR系统，低频超宽带SAR更容易受到无线广播、无线电视、移动通信等信号的干扰(即射频干扰)。这些射频干扰信号具有三大特点：第一是具有窄带的特点，即使是宽带射频干扰信号，其带宽相对于目标回波信号而言也较窄；第二是射频干扰信号的功率远高于目标回波信号的功率；第三是低频超宽带SAR接收到的回波中往往会同时存在多个射频干扰信号，而且在时域难以判断射频干扰信号是否存在。射频干扰信号将会对低频超宽带SAR的成像质量和目标探测识别能力造成严重的影响。

目前，射频干扰抑制方法主要分为参数化方法和非参数化方法两大类。参数化方法具有较好的射频干扰抑制效果，但却具有很大的运算量，因此抑制效率较低。同时，参数化方法只适用于射频干扰信号是平稳信号。随着电子通信技术的发展，空间电磁环境将会变得越来越复杂，而射频干扰信号也会呈现出很强的非平稳性。因此，利用参数化方法难以建立精确的射频干扰信号模型，而且参数估计也更加困难。非参数化方法不需要建立射频干扰信号的模型，而且方法相对简单、运算量也较小，比较典型的方法是陷波法。但是，传统陷波法的射频干扰抑制效果较差，尤其是对宽带射频干扰信号的抑制效果难以满足对低频超宽带SAR高精度成像的要求。在实际情况下，宽带射频干扰信号在低频超宽带SAR成像中是不可避免的。

由于射频干扰信号在频域具有窄带特性，因此将射频干扰信号变换到频域之后可以将其能量进一步集中起来，在理论上可以达到更好的抑制效果。根据射频干扰信号模型，无论是窄带射频干扰信号还是宽带射频干扰信号，在方位频域上都是窄带的。

发明内容

本发明提供一种基于方位频域陷波的低频超宽带SAR射频干扰抑制方法，该方法用于低频超宽带SAR成像处理中对窄带射频干扰信号和宽带射频干扰信号的抑制，具有很好的抑制效果。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于方位频域陷波的低频超宽带SAR射频干扰抑制方法，包括以下步骤：

S1：将回波信号变换到方位频域；

S2：对每一方位向信号进行陷波处理；

S3：将射频干扰抑制后的信号变换到二维时域。

进一步地，所述步骤S1的具体过程是：

设低频超宽带SAR系统接收到的回波信号为x(t,τ)，其中t为慢时间，τ表示快时间，将其进行方位向傅里叶变换得到方位频域信号X(f,τ)。

进一步地，所述步骤S2的具体过程是：

对任一方位向回波信号X

然后，将该方位向回波信号X

进一步地，所述步骤S3的具体过程是：

将射频干扰抑制后的回波信号进行方位向傅里叶逆变换，得到射频干扰抑制后的二维时域回波信号，最终完成射频干扰抑制。

进一步地，所述步骤S1是将低频超宽带SAR的回波数据变换到方位频域，获得得到方位频域的回波信号，以便后续在方位频域进行陷波处理。

进一步地，步骤S2是对每一方位向回波信号进行陷波处理，以达到抑制射频干扰的目的：首先，计算对每一方位向回波信号的平均值和标准差；然后，将平均值与3倍标准差求和作为该方位向的门限值；最后，使用置“1”法将该方位向中大于门限值的部分都设置为平均值，完成对射频干扰信号的抑制。

进一步地，步骤S3是将射频干扰抑制后的回波信号变换到二维时域，得到最终射频干扰抑制后的时域回波信号，可用于低频超宽带SAR成像处理。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明首先将低频超宽带SAR接收到的回波信号进行方位向傅里叶变换，得到方位频域的回波信号；然后，对所得回波信号中的每一方位向，计算其平均值和标准差，以平均值与3倍标准差值之和作为该方位向的抑制门限，并利用置“1”法(将大于门限部分设置为平均值)对该方位向进行射频干扰抑制；最后，将每一方位向陷波处理后信号变换到二维时域，完成对射频干扰信号的抑制；本发明法适用于低频超宽带SAR成像处理中对窄带射频干扰信号和宽带射频干扰信号的抑制，具有很好的抑制效果。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为加入射频干扰信号前后点目标成像；

图3为利用传统陷波法和本发明方法获得射频干扰抑制后点目标成像结果。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，一种基于方位频域陷波的低频超宽带SAR射频干扰抑制方法，包括以下步骤：

S1：将回波信号变换到方位频域；

S2：对每一方位向信号进行陷波处理；

S3：将射频干扰抑制后的信号变换到二维时域。

进一步地，所述步骤S1的具体过程是：

设低频超宽带SAR系统接收到的回波信号为x(t,τ)，其中t为慢时间，τ表示快时间，将其进行方位向傅里叶变换得到方位频域信号X(f,τ)。

步骤S2的具体过程是：

对任一方位向回波信号X

然后，将该方位向回波信号X

步骤S3的具体过程是：

将射频干扰抑制后的回波信号进行方位向傅里叶逆变换，得到射频干扰抑制后的二维时域回波信号，最终完成射频干扰抑制。

步骤S1是将低频超宽带SAR的回波数据变换到方位频域，获得得到方位频域的回波信号，以便后续在方位频域进行陷波处理。

步骤S2是对每一方位向回波信号进行陷波处理，以达到抑制射频干扰的目的：首先，计算对每一方位向回波信号的平均值和标准差；然后，将平均值与3倍标准差求和作为该方位向的门限值；最后，使用置“1”法将该方位向中大于门限值的部分都设置为平均值，完成对射频干扰信号的抑制。

步骤S3是将射频干扰抑制后的回波信号变换到二维时域，得到最终射频干扰抑制后的时域回波信号，可用于低频超宽带SAR成像处理。

通过仿真实验，对本发明基于方位频域陷波的低频超宽带SAR射频干扰抑制方法进行了验证，理论分析和仿真实验结果证明了本发明的有效性。

在仿真实验中，本发明中低频超宽带SAR系统和射频干扰的参数如表1所示，其中，设置两个射频干扰信号，一个窄带射频干扰信号和一个宽带射频干扰信号：

表1系统及射频干扰的参数

图2为对原始点目标(即未添加射频干扰信号)进行成像以及加入窄带射频干扰信号和宽带射频干扰信号后进行成像的结果。其中，水平方向为方位向(单位：米)，垂直方向为距离向(单位：米)。图2(a)为未添加射频干扰信号时点目标的成像结果，图2(b)为加入窄带射频干扰信号和宽带射频干扰信号后点目标的成像结果，由图2可知，加入窄带和宽带射频干扰信号后会对成像造成严重的影响，点目标几乎被射频干扰信号所湮没。

图3是利用传统陷波法和本发明方法分别抑制射频干扰信号后的成像结果。其中，水平方向为方位向(单位：米)，垂直方向为距离向(单位：米)。图3(a)为利用传统陷波法抑制射频干扰信号后的成像结果，图3(b)为利用本发明方法抑制射频干扰信号后的成像结果。由图3可知，传统陷波法和本发明方法对射频干扰信号都具有抑制作用，能滤去大部分射频干扰信号。但是，传统陷波法的射频干扰抑制效果不佳，进行抑制处理后仍然有大量的残余干扰信号，从而导致成像结果的质量较差。而本发明方法对射频干扰信号具有很强的抑制作用，能滤去绝大部分射频干扰信号，几乎无残余干扰信号，最终取得很好的成像结果。

表2分别计算了传统陷波法和本发明方法射频干扰抑制后成像结果的信干比(即成像结果中目标回波信号能量与残余干扰信号能量之比)。根据表2可知，本发明方法对射频干扰信号的抑制性能远优于传统陷波法。因此，本发明方法能够同时抑制窄带射频干扰信号和宽带射频干扰信号，并且具有很好的抑制效果：

表2传统陷波法和本发明抑制射频干扰信号后的指标对比

需要说明的是，本发明不仅可以在方位频域-距离时域中完成，也可以在二维频域中完成。由于射频干扰信号的窄带特性，将回波信号变换到二维频域能够将射频干扰信号的能量进一步聚集，因此在二维频域中进行陷波处理也可得到很好的抑制效果。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。