专利名称：一种基于全数字高频雷达的环境噪声监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于高频环境噪声频谱监测技术领域，特别涉及一种基于全数字高频雷达的环境噪声监测系统。
背景技术：
武汉大学雷达与信号处理实验室研制的全数字高频地波雷达系统主要用于探测海洋表面风、浪、流场和低速移动目标，该系统采用线性调频中断连续波(FMICW)体制，通过直接采样、数字下变频的方式实现脉冲压缩，解出目标的距离和速度信息；然后通过后续的阵列信号处理算法得到海洋表面状态信息。该雷达系统以周期性的方式工作，在每一个工作周期内，交替地发射和接收线性调频信号。该雷达系统工作在高频段，由于短波通信、电离层反射等因素的影响，高频段外部噪声十分严重，容易干扰雷达系统的工作。高频段外部噪声的分布具有范围广、随机性强、随时间而变化的特点。因此，实时监测外部噪声的分布情况，选择合适的雷达工作频率，对于提高雷达的性能具有十分重要的意义。
实用新型内容针对背景技术存在的问题，本实用新型提供一种基于全数字高频雷达的环境噪声监测系统。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:一种基于全数字高频雷达的环境噪声监测系统，包括依次连接的天线、滤波器、放大器 、A/D转换器、USB控制器、噪声监测模块；噪声监测模块包括快速傅里叶变换FFT模块和统计分析模块。所述噪声监测模块由计算机或者其他具有数据计算和处理功能的机器实现。本实用新型的工作原理是，在雷达的每个工作周期开始时，天线接收噪声信号，经过滤波、放大、采样、傅里叶变换处理后，得到覆盖雷达接收机带宽范围的噪声频谱信息，然后对设置的监测频段范围的噪声频谱进行统计分析，从而选出噪声电平最低的频段，并与当前雷达工作频段的噪声电平比较，若相差大于所设定的门限值，则更新雷达的工作频率。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果:1、本实用新型使用方便、独立性强，可移植性高；其利用雷达接收机中的天线、滤波器、放大器进行噪声的采集，无需外加采集设备，使用方便；噪声监测模块不会对雷达的正常工作造成任何影响，属于完全独立的模块；十分便于移植到其他需要监测外部噪声的场合。2、本实用新型实时性强，效率高，结果可靠；本实用新型中的噪声监测模块不需要借助本振扫频、混频等手段，仅通过一次扫频就能获取完整频段的噪声频谱数据，实时性强，效率高；而且能得到更为丰富的噪声数据，监测结果更准确。
图1为本实用新型的结构简图。图2为本实用新型与全数字雷达工作的时序图。图3为本实用新型统计分析模块的原理图。其中，Ts—雷达工作周期；T一雷达扫频持续时间；Τ0 —回波压制间隔；Τ1—发射脉冲宽度；Tr一收发脉冲周期；fl一监测起始频率；f2—监测截止频率；f0—雷达当前工作频率；Af—雷达工作带宽；fr一噪声最低频段的中心频率；Λ P—当前工作频段与噪声最低频段的平均功率之差。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步说明。如图1所示，本实用新型包括依次连接的天线、滤波器、放大器、A/D转换器、USB控制器、噪声监测模块；噪声监测模块包括快速傅里叶变换FFT模块和统计分析模块；噪声监测模块由计算机实现。本实用新型的工作原理是，在雷达的每个工作周期开始时，天线接收噪声信号，经过滤波、放大、采样、傅里叶变换处理后，得到覆盖雷达接收机带宽范围的噪声频谱信息，然后对设置的监测频段范围的噪声频谱进行统计分析，从而选出噪声电平最低的频段，并与当前雷达工作频段的噪声电平比较，若相差大于所设定的门限值，则更新雷达的工作频率，下面对本实用新型的具体工作过程作简要说明:1、噪声采集本实用新型需要监测的噪声频段范围小于接收机的工作带宽，设置监测频段范围为fl f2，已知采样率为fs，且满足fs彡2 f2，采样点数为N，对应采样时间为N/fs，则噪声频率分辨率为fs/N，即采样时间的倒数。噪声采集的时序参见图2所示，雷达按照周期性方式工作，在每个周期起始阶段完成信号源的配置这一段时间，接收机不采集回波；本实用新型利用这段初始化配置的时间来采集噪声数据，并且将采集得到的时域数据直接通过USB控制器上传至计算机。2、噪声统计分析计算机通过对采集得到的噪声时域数据做快速傅立叶变换FFT，可以得到对应频域的噪声功率谱。如图3所示，选出监测频段范围对应的噪声功率谱做统计分析；雷达当前工作频率和带宽分别为fO和Λ f，以Λ f为窗长，Λ f/2为步进，将所选噪声功率谱划分成多个区间，对每个区间内的噪声计算平均功率，并排序；按上述操作对多个雷达工作周期得到的多个噪声功率谱进行同样的处理，根据设定的统计时间，选取平均功率处于最低水平次数最多的区间作为参考区间。3、自动更新雷达工作频率将经过统计分析得到的参考区间的平均功率与雷达当前工作频段的平均功率作比较，如果差值大于设定的门限值，则自动更新雷达工作频率，自动更新频率在每个雷达工作周期结束之后进行，不会影响雷达的正常工作。统计分析的结果将保存下来作为历史数据，用于对环境噪声进行短期预测，也可用于分析环境噪声。
权利要求1.一种基于全数字高频雷达的环境噪声监测系统，其特征在于:包括依次连接的天线、滤波器、放大器、A/D转换器、USB控制器、噪声监测模块；噪声监测模块包括快速傅里叶变换FFT模块和统计分析模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于全数字高频雷达的环境噪声监测系统，其特征在于:所述噪声监测模块由计算机或者其他具有数据计算和处理功能的机器实现。
专利摘要本实用新型提供一种基于全数字高频雷达的环境噪声监测系统，包括依次连接的天线、滤波器、放大器、A/D转换器、USB控制器、噪声监测模块；噪声监测模块包括快速傅里叶变换FFT模块和统计分析模块；噪声监测模块由计算机或者其他具有数据计算和处理功能的机器实现。本实用新型利用雷达工作周期之间的间隙时间实现对外部噪声的频谱监测，并对监测结果做统计分析，选取最优的频段作为雷达的工作频段；本实用新型进行噪声频谱监测时不会影响雷达正常的工作，其实时性强，额外耗时短，效率高，特别适用于高频段雷达的噪声监测。
文档编号G01S7/40GK203133274SQ20132014218
公开日2013年8月14日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者文必洋, 田应伟, 谭剑, 李柯, 杨星 申请人:武汉大学