专利名称：一种自适应杂波抑制动目标信号处理技术及实现方法
技术领域：
本发明涉及一种自适应杂波抑制动目标信号处理技术及实现方法。属于雷达探测领域杂波环境中的运动目标信号处理技术，采用自适应窄带滤波器组在实现高性能雷达探测系统的信号检测。
背景技术：
在雷达探测系统的目标信号检测和参数估计中，需要探测各种飞行、运动和静止目标，但是雷达接收信号中不但含有来自运动目标的回波信号，也有从地物、云雨以及干扰回波信号。雷达探测系统需要从比关注目标强得多的杂波中检测出目标，就要将其设计成一个与关注目标完全自适应匹配的系统，已实现对目标的有效探测。本发明就是将信号处理系统设计为运动目标的最优匹配。目前已有的在杂波和干扰环境下对目标检测的技术，一般是采用基于FFT方法的固定形式进行杂波和干扰的滤除方法，由于其不能与目标频谱特性有效匹配，因而不能获得高性能的杂波和干扰性能。本发明中为便于实现自适应过程，使用HR作为窄带滤波器可根据特殊的要求，采用比FFT更有效和更灵活的设计方法得到滤波器特性；可以分别设计不同滤波器组，灵活应对不同的杂波速度分布；不局限于脉组个数，不必须是2的整数次幂；通过实时计算关注目标对应的滤波器系数，自适应改变滤波器特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于自适应匹配的杂波抑制技术和在FPGA中实现的方法，主要功能模块是使用对消技术和窄带滤波器组构成，自适应调整滤波器系数，从而实现对杂波的抑制，最终达到提高运动目标信杂噪比的目的。根据杂波改善因子将脉压后的信号进行动态匹配，主要流程是将超出信号处理动态范围的信号进行限幅处理，但是将其IQ信号幅度相对关系保留，不会对信号的全相参特性造成影响，保证动目标的多普勒特性，实现了信号处理中限幅并且相参的要求。利用反射物体的多普勒频谱特性不同，对于杂波信号通过对消处理和FIR窄带滤波器组将其抑制。对于重点关注的运动目标，通过反馈回的运动速度自适应地计算出对应于此速度的HR滤波器系数，而运动目标不会受到影响，提高了运动目标的信噪比，从而提高检测出运动目标的能力。本发明在基于FPGA的VPX硬件平台上实现，采用VHDL语言编程，实现了该处理算法并应用于工程实际。本发明与现有技术相比，其显著优点为采用HR滤波器组成窄带滤波器组，能够更加有效的抑制固定杂波和缓慢运动杂波，在复杂环境中更容易检测出运动目标，而且从过自适应计算出。且其工程实现简单，在基于FPGA的硬件平台上可以实现实时处理。该方法具有实时性好、杂波抑制效果好的特点，它的提出及工程实现在雷达探测领域具有很高的实际应用价值。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明的工作流程图；图2是本发明的FIR滤波器组频谱图；图3是本发明VHDL程序实现流程图。
具体实施例方式本发明基于对消技术、FIR窄带滤波器组和恒虚警检测完成杂波抑制和运动目标检测，具体实施步骤为，参见附图1 根据噪声等级和动目标处理性能对脉压后的信号进行动态匹配处理；1、进行对消处理；2、经过FIR窄带滤波器组处理；3、分别对各通道信号进行距离单元对数恒虚警处理；4、通过监测跟踪给出的运动目标速度，计算出对应速度的HR滤波器，经恒虚警处理后与④中信号一并选大输出。在使用中设计FIR滤波器组的原则是各窄带滤波器的主瓣应该均勻分布在零到信号重复频率(O-Fr)内覆盖，以至于不丢失处于任何多普勒频率(零多普勒除外)的目标；根据系统总体参数保证滤波器的特性满足要求，一般需要考虑改善因子、主瓣宽度、凹口深度等；通常在窄带滤波器之前都要加一次或两次对消，为了使整个处理器频响输出保持平整需要对FIR系数做出微调；零频附近要保持很深的凹口。FIR滤波器的设计方法1)、根据雷达周期、天线方位波束宽度、信号发射重复频率，确定半波束内相参脉冲数。HR滤波器的阶数必须比半波束内相参脉冲数少，否则波束内目标会丢失，造成动目标改善性能减弱。2)、根据雷达改善因子决定滤波器主副瓣比，并根据多普勒频率，将滤波器主峰在Fr内的位置确定。3)、采用等波纹最佳一致逼近法，设计通带内单调，阻带为等波纹的切比雪夫加权低通滤波器。根据1、2条原则设计出理想的滤波器幅度函数为Hd(W)，通过雷米兹(Remez)算法来求解这里的等波纹最佳一致逼近问题，求出滤波器的单位取样响应Hg(W)，既得到FIR滤波器系数。4)、经过对消处理的滤波器输出频响不平整，通过对各滤波器幅度微调，并对3)中产生的低通滤波器进行频谱上的搬移，得到个窄带滤波器组。各滤波器组频谱相应如附图2中所示8阶FIR滤波器组，虚线是滤波器组整体频响曲线，实线是滤波器频响。该方法在基于FPGA的信号处理平台上实时处理。整个系统的功能采用VHDL语言编写，最终由FPGA完成。VHDL程序采用自顶向下的树型结构形式，系统整个VHDL程序结构如附图3所示。整个系统工作在128MHz时钟下。
基于自适应杂波抑制动目标处理方法已经成功应用某型三坐标雷达探测系统，该方法能自适应地将固定杂波和缓慢运动杂波抑制，并保证运动目标不受损失，有效地保证后续的参数测量精度。
权利要求
1.一种自适应杂波抑制动目标信号处理方法，其特征在于采用基于HR滤波器的窄带滤波器组和对消技术实现对杂波的抑制和对运动目标的相参积累，通过自适应算法实现对运动目标的信噪比提升和对杂波的抑制。该方法通过合理设计滤波器系数，加强对零速目标和慢速运动目标的进一步抑制，更大程度上消除地物、云雨、海浪杂波和箔条干扰等，增加对运动目标的监测能力。
2.一种实现权利要求1所述的自适应杂波抑制动目标处理方法是基于FPGA的硬件平台上采用VHDL语言编程实现的处理系统，其特征在于对信号进行动态匹配，再对信号进行一次对消和HR滤波器组滤波，将各滤波器组的信号进行求模对数化的恒虚警处理。同时将零速通道中的信号作为滤波器组系数和恒虚警门限的参考值。
全文摘要
本发明涉及一种自适应杂波抑制的动目标信号处理方法。该方法主要适用于雷达探测领域中杂波环境里运动目标的信号检测。处理流程是首先对脉压后的信号进行动态匹配；接着对信号进行一次对消处理，送入窄带滤波器组；各滤波器组输出的信号分别进行距离单元恒虚警处理，经过选大输出得到检测结果；利用检测跟踪后给出的重点关注目标的运动速度，计算出以速度中心为滤波器主峰的FIR系数，自适应地改变滤波器系数。本发明不仅抑制了杂波，还将运动目标的信噪比通过自适应的方法得到提高，最终提高了信号检测性能，并在FPGA中使用VHDL语言完全实现，在雷达探测等领域具有广阔的应用前景。
文档编号G01S7/36GK102565763SQ20111040993
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者潘瑞云 申请人:中国船舶重工集团公司第七二四研究所