[发明专利]一种压缩感知抑制射频干扰的工程实现方法

说明书

本发明提出了一种在低信噪比环境下运用压缩感知理论抑制高频地波雷达射频干扰的方法，为压缩感知理论在低信噪比环境下的射频干扰抑制提供了一种新的工程实现方式。本发明以低通滤波预处理后的回波信号为处理对象，根据射频干扰经低通滤波后只存在于分布连续的部分采样点这一特征，把受干扰的采样点从回波信号中剔除以保留“干净”的信号样本，再对信号样本分别进行“快时间维”和“慢时间维”FFT处理以获取信噪比提升后的两批样本，利用压缩感知对这两批样本进行舰船目标距离‑多普勒信息联合估计，最终获取无干扰的目标信息谱图。本发明相比于常规时域剔除法，应用场合更广，并有效解决压缩感知理论低信噪比下失效的问题，易于工程实现。

技术领域

本发明涉及一种压缩感知抑制射频干扰的工程实现方法，是以压缩感知为基础，先对时域剔除射频干扰后的“干净”信号样本通过改进信号处理流程的方式改善其信噪比，再利用压缩感知理论对信号样本中舰船目标距离-多普勒信息准确估计的方法。

背景技术

近几十年，高频地波雷达在海洋监测与探测领域一直发挥着重要作用。高频地波雷达工作在2~30MHZ的短波段，由于该波段的垂直极化电磁波能够沿海面“爬行”且传播损耗小，因此具备超视距探测的能力；此外，由于高频电磁波较长（10~100cm），雷达天线阵列尺寸较大（几十米到几百米），因此高频地波雷达还具有一定的反隐身与发辐射导弹的能力。上述能力令高频地波雷达在军用方面为监控专属经济区与海上防控识别区提供了早期预警，在民用方面为海洋环境监测、海洋气象预报和海态遥感等提供了可靠的手段。

在高频地波雷达的工作频段内，经常会出现大量的短波电台和短波通信用户，它们占用了很大范围内的频谱资源，尤其与雷达工作在相同频带上的短波通信信号，一旦在雷达工作时进入雷达接收端，就会形成射频干扰，对雷达的目标检测性能产生严重影响。由于短波电台的工作时间和信号载频均是公开的，因此可预先通过实时选频等手段规避由此产生的干扰。然而，经电离层传播的远距离短波电台信号、海上渔船通信信号和无线电爱好者的私人电台信号的出现时间和信号频率是无法预知的，且数量众多，高频地波雷达的回波信号中时常夹杂的强弱不均、数量不等的射频干扰就是由这类短波信号产生的，它们也是高频地波雷达的主要干扰信号之一。

如何对高频地波雷达的射频干扰进行有效抑制，一直是各国在高频雷达领域的专家、学者研究的主要课题之一。根据射频干扰在高频地波雷达中的常见特性，国内外学者提出了一系列的干扰抑制方法，大致可分为五大类：空域自适应滤波类、旁瓣相消类、极化滤波类、特征子空间类和时域剔除类。其中，空域自适应滤波类方法在处理回波信号过程中，当目标与射频干扰同方向时无法有效抑制干扰信号；极化滤波类方法对极化天线的硬件质量要求过高，工程上难以实现；旁瓣相消类方法需要通过增设若干的辅助天线的方式才能达到干扰抑制效果。以上三类方法均需阵元数较多的大孔径天线阵列或额外增设其他天线作为硬件支撑，较为耗费沿海场地，且通用性差，不太适用于舰载高频地波雷达或岸-舰双基高频地波雷达这类天线可移动、灵活性强的高频地波雷达。特征子空间类方法和时域剔除类方法的通用性相较于前三类方法要好，特征子空间类方法通过构造射频干扰协方差矩阵并对其进行特征值分解获取干扰特征子空间，再采将待检测单元投影至干扰的正交投影子空间，实现干扰抑制，但该类方法仅适用于射频干扰强度明显大于目标回波强度的场合；时域剔除类方法从回波信号经混频和低通滤波后，目标能量分布在整个调频周期上而射频干扰能量只分布在调频周期的部分时间段这一特性入手，将被“污染”的时域采样数据从各个调频周期内剔除，实现干扰抑制，该类方法原理简单且易于工程实现，但也存在明显缺陷，射频干扰在夜间强度较大且占据调频周期的大部分时间段，使剔除后的剩余采样信号数据量过少、采样率不足，这直接导致时域剔除后采用常规方法（直接FFT或插值）对目标距离-多普勒信息估计的性能严重降低，使得常规时域剔除法也只适用于白天等射频干扰较少的时段。不过虽然存在明显缺陷，由于时域剔除类方法仍是通用性最强的射频干扰抑制方法，因此该类方法的也是最具有改进价值的一类方法。