一种固态双偏振天气雷达距离副瓣识别与抑制方法与流程

本发明涉及雷达信号处理研究领域，特别是一种固态双偏振天气雷达距离副瓣识别与抑制方法。

背景技术：

1、脉冲压缩(脉压)是固态天气雷达广泛采用的技术之一，通常采用线性调频(lfm)或者非线性调频(nlfm)脉压信号形式。lfm信号有其固有的缺点，那就是匹配滤波器输出波形的距离副瓣高。为了降低信号的距离副瓣，需要在压缩滤波器中引进某种加权，这将在一定程度上引入脉压输出主瓣的损耗，降低系统的灵敏度。而采用nlfm则可以避免因为加权所引起的失配损失，又可以得到较低的旁瓣电平。脉压信号波形设计的重点是保证其具有良好的自相关性能，由于信号的自相关函数和功率谱之间是一一对应关系，因此lfm/nlfm信号的设计就归结为按要求的信号功率谱来设计信号，一般通过窗函数来实现。

2、在处理距离副瓣方面，鉴福升等(2001)提出了一种对窗函数进行组合设计与优化的思路，能够快速灵活地设计出所需信号，但是最优波形的设计是其中的难点。陶广源等(2003)研究了相位编码的脉冲压缩方法，采用迭代加权最小二乘算法来设计优化副瓣抑制滤波器，从而使脉压输出的主瓣副瓣比(主副比)达到了较高的实用水平，该方法同样关注的是波形设计。kurdzo等(2014)基于遗传算法设计了一个优化的非线性调频波形，相比于窗函数滤波器，该技术可以在保证距离副瓣抑制效果的同时减少信噪比的损失，缺点是需要更大的带宽。

3、在当前的固态天气雷达中，lfm脉冲压缩方法还有相当大范围的应用，再加上天气观测的特殊需求，这也会导致雷达回波中可能出现相当数量的距离副瓣回波。这种虚假回波引起数据质量下降，影响对天气现象的认识。因此，如何在波形设计的基础上，从雷达回波角度去识别和抑制距离副瓣，就显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种固态双偏振天气雷达距离副瓣识别与抑制方法，该固态双偏振天气雷达距离副瓣识别与抑制方法能从雷达回波角度识别和抑制距离副瓣，能解决当前固态天气雷达受脉冲压缩导致的距离副瓣影响较大，造成观测天气时出现虚假回波从而引起数据质量下降的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种固态双偏振天气雷达距离副瓣识别与抑制方法，包括如下步骤。

4、步骤1、计算相关系数cc_gate_h和cc_gate_v：固态双偏振天气雷达具有水平通道回波和垂直通道回波，水平通道回波和垂直通道回波均具有沿射线方向的n个距离库；其中，n≥500；对每个距离库均分别计算相关系数cc_gate_h和cc_gate_v；其中，cc_gate_h为当前第i个距离库中水平通道回波和相邻第j个距离库中水平通道回波的相关系数；cc_gate_v为当前第i个距离库中垂直通道回波和相邻第j个距离库中垂直通道回波的相关系数；其中，i≠j。

5、步骤2、计算标准差cc_gate_std_h和cc_gate_std_v：对每个距离库均分别计算标准差cc_gate_std_h和cc_gate_std_v；其中，cc_gate_std_h为当前距离库和左右相邻a个距离库水平通道回波相关系数的标准差；其中，2≤a≤8；cc_gate_std_v为当前距离库和相邻a个距离库垂直通道回波相关系数的标准差。

6、步骤3、距离副瓣影响判断，具体包括如下步骤：

7、步骤3-1、设定相关系数门限cc_thr和标准差门限cc_std_thr。

8、步骤3-2、判断：当前库的cc_gate_h和cc_gate_v均大于相关系数门限cc_thr，并且当前库的cc_gate_std_h和cc_gate_std_v均小于标准差门限cc_std_thr，则判定当前距离库回波受到距离副瓣影响；否则，判定当前距离库不受距离副瓣影响。

9、步骤4、距离副瓣抑制：当步骤3判断当前距离库回波受到距离副瓣影响时，则需根据当前库的相关系数cc_gate_h和cc_gate_v，对水平通道和垂直通道的回波功率或信噪比分别进行修正，以降低或消除距离副瓣对当前距离库回波的影响。

10、步骤1中，相关系数cc_gate_h和cc_gate_v计算时，根据当前第i个距离库和相邻第j个距离库的脉冲电压以及信号功率值的比值计算得到。

11、相关系数cc_gate_h和cc_gate_v的计算公式为：

12、

13、

14、式中，m表示每个距离库中水平通道回波或垂直通道回波脉冲电压的采集总次数。

15、m表示每个距离库中水平通道回波或垂直通道回波脉冲电压的采集顺序号，1≤m≤m。

16、表示当前第i个距离库中水平通道第m次采集的回波脉冲电压的共轭。

17、vj_h(m)表示相邻第j个距离库中水平通道第m次采集的回波脉冲电压。

18、表示当前第i个距离库中水平通道回波信号功率的估算值。

19、表示相邻第j个距离库中水平通道回波信号功率的估算值。

20、表示当前第i个距离库中垂直通道第m次采集的回波脉冲电压的共轭。

21、vj_v(m)表示相邻第j个距离库中垂直通道第m次采集的回波脉冲电压。

22、表示当前第i个距离库中垂直通道回波信号功率的估算值。

23、表示相邻第j个距离库中垂直通道回波信号功率的估算值。

24、j的取值，需根据雷达实际使用的信号波形脉压输出后的主瓣与副瓣的相对距离位置及距离库采样率共同确定。

25、j＝i+1或j＝i+2或j＝i+3；第j个距离库与第i个距离库之间的间隔要大于等于雷达距离分辨力。

26、步骤2中，a＝6，每组标准差cc_gate_std_h和cc_gate_std_v计算时，均使用当前距离库、当前距离库相邻的前三个距离库以及当前距离库相邻的后三个距离库，共计7个距离库的相关系数进行标准差计算。

27、步骤4中，距离副瓣抑制时，水平通道和垂直通道使用相同的修正相关系数，修正相关系数为当前距离库计算得到的相关系数cc_gate_h和cc_gate_v的均值。

28、步骤4中，距离副瓣抑制时，根据当前库的相关系数cc_gate_h和cc_gate_v，对水平通道和垂直通道的信噪比分别进行修正，以降低或消除距离副瓣对当前距离库回波的影响；其中，信噪比修正方法为：当前库信噪比减去当前库修正相关系数的平方与信噪比的乘积。

29、步骤3中，相关系数门限cc_thr为0.5，标准差门限cc_std_thr为0.1。

30、本发明具有如下有益效果：

31、1、能从雷达回波角度识别和抑制距离副瓣，能解决当前固态天气雷达受脉冲压缩导致的距离副瓣影响较大，造成观测天气时出现虚假回波从而引起数据质量下降的技术问题。

32、2、以雷达回波信号i/q数据为基础，自动化程度高，方便易行。相对于现有技术方法，降低了距离副瓣对固态双偏振天气雷达的不利影响，有助于提升固态双偏振雷达对灾害天气的探测效果。