[发明专利]一种基于非负ICA的相控阵风廓线雷达信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种基于非负ICA的相控阵风廓线雷达信号处理方法。

背景技术

相控阵风廓线雷达是利用大气湍流对电磁波的散射作用对大气进行探测的一种遥感设备，诞生于20世纪80年代，多年来的运行结果表明，由于雷达探测的目标大气风场中的湍流对电磁波的散射非常微弱，其易受噪声、地物杂波和间歇性杂波干扰等影响。目前国内研制的宽-限-窄电路对抑制干扰效果不明显。当相控阵风廓线雷达部署雷达型号相同或频率相同和相近或频带重叠时，会产生同频干扰问题，影响雷达系统的正常探测，严重时造成接收机前端硬件损坏、接收机高频前端前置放大器饱和等严重后果。对于同频干扰现象，由于信号形式相同，频谱严重重叠，传统的信号处理方法显得力不从心。目前的处理方法在电路上采用旁瓣天线技术、空间滤波和消隐技术等，电路结构简单，缺点只能对低工作比的脉冲干扰有效，对于杂波干扰和高工作比的脉冲干扰不适用。

独立分量分析(ICA)是20世纪90年代发展起来的一种新的信号处理技术，它是从多维统计数据中找出隐含因子或分量的方法。ICA处理的对象是一组相互统计独立的源信号经线性组合而产生的混合信号，源信号之间相对独立，最终从混合信号中提取各个信号分量。在信噪比满足一定要求前提下实现良好的信噪分离，对噪声调频干扰和同频干扰有很好的抑制，但在源信号相互独立的情况下处理效果欠佳。相控阵风廓线雷达在测量时，各个干扰源及杂波之间不存在影响，可认为被测信号为独立信源，且信号的概率密度函数不服从高斯分布。杂波的很多特性和热噪声相似，导致信噪比较小，而ICA分离信号对信噪比有一定的要求，须在ICA处理之前进行预处理，提高信噪比。部署的相控阵风廓线雷达的源信号有较大相关性，使用基本ICA无法进行信号分离，采用非负ICA方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供实现有用信号和噪声分离，提取目标信号的基于非负ICA的相控阵风廓线雷达信号处理方法，其具体技术方案如下：

所述基于非负ICA的相控阵风廓线雷达信号处理方法，包括如下步骤：1)采集相控阵风廓线雷达回波信号，形成观测信号；2)对观测信号进行信号预处理操作，得到信噪比较高的信号；3)利用非负ICA方法对预处理的信号进行分离，得到分离后的源信号；4)对分离后的源信号进行后续杂波抑制和去噪等处理。

所述方法的进一步设计在于，所述步骤1）中所涉及的观测信号主要通过ADC数模转换器来实现信号的采集，所述信号的矩阵表达式为X＝A×S，其中S为源信号矢量组成的矩阵，A为一个未知混合矩阵，X为观测信号矢量组成的矩阵如式(1)；

x_i(t)＝f(s₁(t),...,s_n(t))＝f(s(t))                        (1)

所述方法的进一步设计在于，所述步骤2）中的信号预处理操作主要由中心化预处理、白化预处理组成，所述中心化预处理是将观测信号矢量减去所述矢量的均值，变成零均值，再对经过均值处理的所述矢量估计独立变量y，最后将y的均值A^-1m与零均值相加；所述白化处理，通过协方差矩阵特征值分解如式（2），减少估计参数的个数，

x~=ED-12ETx---(2)]]>

其中，存在正交阵E使E{xx^T}＝EDE^T，E是E{xx^T}的特征值的正交矩阵，D是E{xx^T}的特征值构成的对角阵，对D中每一个元素开次方，为白化阵，白化把混合矩阵

A变成一个新矩阵，如式(3)