一种相位编码消除同频干扰方法及系统与流程

本发明涉及雷达信号处理领域，特别是一种相位编码消除同频干扰方法及系统。

背景技术：

随着雷达技术的高速发展，无论在民用领域还是军用领域，雷达的部署越来越多，雷达组网也被逐渐应用。因此雷达工作的电磁环境趋于复杂，电磁兼容问题日益突出，其中面临的一个最大的问题就是同频干扰，尤其是同型雷达之间的干扰，雷达的数量越多，距离越近，干扰就越严重。在天气雷达探测领域，同频干扰已经严重影响回波数据质量，因此怎样消除同频干扰问题日益突出。

现有的各种消除同频干扰技术和方法主要集中在数据处理方面，存在以下问题和缺陷：

(1)同频干扰消除不彻底，同时可能影响正常回波信号；

(2)处理方法主要集中在对输出基数据进行处理，无法从原理上根本消除同频干扰。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种相位编码消除同频干扰方法及系统，发射波形采用相位编码方式，即在每个发射波形上叠加不同的相位信息，在信号处理接收时进行相干处理，实现消除同频干扰。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种相位编码消除同频干扰系统，它包括发射系统和接收系统，它还包括带移相功能的波形产生单元、数字中频接收机、信号处理单元及数据采集机及终端，所述的带移相功能的波形产生单元在每次发射时产生不同相位的发射激励信号，并输出至发射系统并经天线向空间发射，数字中频接收机接收来自天线接收的回波信号和发射机耦合回来的主波信号，并经相应的数字滤波器分别处理成零中频iq信号输出给信号处理单元，信号处理单元接收数字中频输出的两路零中频iq数据进行进行相干处理和信号质量门限处理，将处理后的结果传输到数据采集机及终端进行数据采集。

所述的不同相位的发射激励信号即在每个发射激励信号波形上叠加不同的相位信息。

它还包括监控系统，监控系统向数字中频接收机发送方位/俯仰角码信号。

一种相位编码消除同频干扰系统消除同频干扰的方法，它包括如下步骤：

s1、带移相功能的波形产生单元产生具有不同相位偏移的发射激励信号，并输出至发射系统并经天线向空间发射；

s2、数字中频接收机接收来自天线接收的回波信号和发射机耦合回来的主波信号，并经相应的数字滤波器分别处理成零中频iq信号输出给信号处理单元；

s3、信号处理单元接收数字中频输出的两路零中频iq数据进行进行相干处理和信号门限处理；

当回波信号和干扰信号同时进入接收机时，第n个发射脉冲的信号可表示为式(1)：

式中，φn：第n个发射脉冲初始相位；

本机雷达回波信号；

干扰信号；

n：总噪声，为白噪声；

对于一个全相参天气雷达系统，在处理时，将接收回波序列进行相干处理，该过程可表示为式(2)和式(3)；

由于φn1为(-π，π)的均匀分布，所以式(2)和式(3)中的第二项和为白噪声，从而达到了分离雷达回波信号和干扰信号的目的；其中是回波信号引入的相位噪声，为干扰信号引入的相位噪声

经过相干处理，干扰信号已完全白化成白噪声，可进一步利用信号质量门限对数据进一步处理和消除，信号质量门限如式(4)表示；

式中，r(1)表示1阶自相关，r(0)表示0阶自相关；

s4、输出处理结果。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种相位编码消除同频干扰方法及系统，发射波形采用相位编码方式，即在每个发射波形上叠加不同的相位信息，在信号处理接收时进行相干处理，实现消除同频干扰。

(1)采用本发明可彻底解决天气雷达探测中的同频干扰问题；

(2)采用本发明还可以解决天气雷达探测中的其它有源和无源干扰问题。

附图说明

图1为相位编码消除同频干扰系统组成框图；

图2为相位编码消除同频干扰处理流程图；

图3为地物回波原始i/q数据相位信息示意图；

图4为相干处理后相位偏差示意图；

图5为相干处理前后数据频谱示意图；

图6为同频干扰雷达回波图；

图7为相位编码消除同频干扰回波图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种相位编码消除同频干扰系统，它包括发射系统和接收系统，它还包括带移相功能的波形产生单元、数字中频接收机、信号处理单元及数据采集机及终端，所述的带移相功能的波形产生单元在每次发射时产生不同相位的发射激励信号，并输出至发射系统并经天线向空间发射，数字中频接收机接收来自天线接收的回波信号和发射机耦合回来的主波信号，并经相应的数字滤波器分别处理成零中频iq信号输出给信号处理单元，信号处理单元接收数字中频输出的两路零中频iq数据进行进行相干处理和信号质量门限处理，将处理后的结果传输到数据采集机及终端进行数据采集。

信号处理单元利用主波信号的相位信息对回波信号进行相干接收处理，实现相位编码消除同频干扰。因需要雷达整机工作在相位编码模式，需要带移相功能的波形产生单元(如频综)能输出相位编码激励信号。

所述的不同相位的发射激励信号即在每个发射激励信号波形上叠加不同的相位信息。

它还包括监控系统，监控系统向数字中频接收机发送方位/俯仰角码信号。

一种相位编码消除同频干扰系统消除同频干扰的方法，它包括如下步骤：

s1、带移相功能的波形产生单元产生具有不同相位偏移的发射激励信号，并输出至发射系统并经天线向空间发射；

s2、数字中频接收机接收来自天线接收的回波信号和发射机耦合回来的主波信号，并经相应的数字滤波器分别处理成零中频iq信号输出给信号处理单元；

s3、信号处理单元接收数字中频输出的两路零中频iq数据进行进行相干处理和信号门限处理；

当回波信号和干扰信号同时进入接收机时，第n个发射脉冲的信号可表示为式(1)：

式中，φn：第n个发射脉冲初始相位；

本机雷达回波信号；

干扰信号；

n：总噪声，为白噪声；

对于一个全相参天气雷达系统，在处理时，将接收回波序列进行相干处理，该过程可表示为式(2)和式(3)；

由于φn1为(-π，π)的均匀分布，所以式(2)和式(3)中的第二项和为白噪声，从而达到了分离雷达回波信号和干扰信号的目的；其中是回波信号引入的相位噪声，为干扰信号引入的相位噪声

经过相干处理，干扰信号已完全白化成白噪声，可进一步利用信号质量门限对数据进一步处理和消除，信号质量门限如式(4)表示；

式中，r(1)表示1阶自相关，r(0)表示0阶自相关；

s4、输出处理结果。

采用本发明的消除同频干扰方法进行信号处理，完整的信号处理流程如图2所示。

数字中频接收机接收来自天线接收的回波信号和发射机耦合回来的主波信号，并经相应的数字滤波器分别处理成零中频iq信号输出给信号处理单元，型号处理单元对干扰雷达信号进行相干处理，同时进行标准矩处理，处理完后对干扰雷达信号构造白化器，即自适应滤波器，进行滤波，然后对探测雷达回波信号进行相干处理，得到清除同频干扰后的回波数据，然后对该回波数据进行门限质量处理，最后输出处理结果。

可以采用强地物回波信号模拟干扰雷达信号来验证相位编码消除同频干扰方法对同频干扰信号的白化程度。利用一部全相参x波段多普勒天气雷达，工作在相位编码模式下对固定位置的地物回波信号采集i/q数据，进行分析计算得到原始数据相位信息、相干处理后相位信息和相干处理前后的频谱分别如图3、图4和图5所示。

从图5可以看出未经处理的地物回波原始信号频谱为一白化噪声，从而证明了相位编码可以使干扰信号完全白化。相干处理后的频谱则很好的反应了地物回波特性，即探测回波信号得到较好的恢复。利用相位编码方法白化干扰信号，可实现同频干扰消除。

为验证随机相位编码消除同频干扰的实际效果，利用两部放置在一起的x波段(频率相同)全相参多普勒天气雷达，采用两部雷达同时开机，其中一部雷达作为干扰源，另外一部雷达信号处理器切换不同的处理模式，对相位编码消除同频干扰进行了实际探测处理效果的分析和验证。

两部x波段全相参多普勒雷达同时正常开机工作，设置其中1部雷达为干扰雷达，干扰雷达工作在1000hz重频工作模式；探测雷达工作在1000hz/750hz双重频模式，工作脉冲宽度两部雷达相同。此时探测雷达受到同频干扰影响，其探测回波如图6所示。然后将探测雷达工作模式更改为相位编码消除同频干扰模式，雷达回波图如图7所示。对比图6和图7可以看出在相位编码消除同频干扰模式下，很好的实现了对同频干扰的消除。