CN115412413B - 一种基于5g ofdm信号的外辐射源雷达杂波抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及外辐射源雷达探测技术领域，具体是一种基于5GOFDM信号的外辐射源雷达杂波抑制方法，包括以下步骤：获取5G信号直达波作为参考信号和目标回波作为监测信号；利用5G信号OFDM特性，将参考信号和监测信号从时域转换到子载波域；在子载波域中抑制零多普勒频移的多径杂波；将每个载波的杂波子空间扩大为两个参考载波的副本；抑制带多普勒频移的多径杂波；作距离‑多普勒处理，获取目标信息。该方法利用ECA‑C算法抑制零多普勒频移的杂波分量，再引入了在子载波域中将每个载波的杂波子空间扩展为两个参考载波的副本，抑制带多普勒频移的杂波分量，该方法能够对5G OFDM信号的外辐射源雷达杂波进行抑制，提高信噪比，实现目标信息有效检测。
Description
技术领域
本发明涉及外辐射源雷达探测技术领域，具体是一种基于5GOFDM信号的外辐射源雷达杂波抑制方法。
背景技术
雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波信号对目标进行照射并接收其反射回波信号，由此获得目标至电磁波发射点的距离、方位、高度等信息。外辐射雷达属于雷达设备的一种，但是与传统雷达的区别是其本身并不需要发射电磁波，而是利用第三方非合作无线电发射设备发射的电磁波信号对目标探测。第三方非合作无线电发射设备一般为民用广播、电视发射台、导航卫星、通信基站等等。
外辐射源雷达设有参考天线和监测天线作为接收信号的设备，参考天线截获非合作辐射源发射的直达波信号为参考信号；非合作辐射源发射的信号照射到目标，然后目标反射回波信号被监测天线所截获为监测信号。由于外部环境错综复杂，获取的目标反射回波信号往往会包含干扰目标反射的多径杂波信号，多径杂波信号含有运动干扰目标和静止干扰目标的回波，对于运动的干扰目标，多径杂波信号还带有由于目标运动导致的多普勒频移。多径杂波信号往往强于目标回波信号，会对目标回波信号遮掩，从而影响对目标的检测性能。
常规外辐射源雷达杂波抑制方法是采用时域杂波抑制算法，主要包括最小均方误差(Least Man Square，LMS)算法、递归最小二乘(Recursive least squares，RLS)算法、扩展相消(Extensive Cancellation Algorithm,ECA)算法；这些算法虽然能够抑制杂波干扰，但是存在收敛速度慢、滤波阶数高、计算量大等问题。随着越来越多的民用通信信号采用OFDM调制，基于子载波域的多径杂波抑制方法受到了研究者的关注，子载波域多径杂波抑制算法主要包括子载波域扩展相消(Extensive Cancellation Algorithm onsubCarrier,ECA-C)算法，ECA-C算法是ECA算法在子载波域中的应用，ECA-C算法利用了同一子载波上多径杂波之间的时间相关性，将监测信号投影到正交杂波子空间中滤除零多普勒频移的杂波分量。基于子载波域的杂波抑制方法在减少运算复杂度方面具有优势，但在滤除带有多普勒频移的杂波干扰没有优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于5G OFDM信号的外辐射源雷达杂波抑制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的技术方案是：一种基于5G OFDM信号的外辐射源雷达杂波抑制方法，包括以下步骤：
S1、获取5G OFDM外辐射源雷达参考天线接收的5G OFDM参考信号Sref(t)和监测天线接收的5G OFDM监测信号Ssurv(t)；
S2、将获取的参考信号Sref(t)和监测信号Ssurv(t)划分成一系列OFDM符号，在去除循环前缀(CP)之后对有用数据部分进行离散傅里叶变换(DFT)得到子载波域的参考信号Sref(n)和监测信号Ssurv(n)；
S3、将子载波域中的监测信号投影到正交杂波子空间中，滤除零多普勒频移的多径杂波分量；
S4、在子载波域中将每个载波的杂波子空间扩展，每个载波的杂波子空间为两个复制的参考信号的子载波；
S5、将滤除零多普勒频移多径杂波的监测信号投影到扩展后的正交杂波子空间中，滤除去带多普勒频移的多径杂波分量；
S6、对杂波抑制后的监测信号与参考信号作距离-多普勒处理，提高目标检测的信噪比，实现目标检测。
优选的，所述S4中，扩展后的第k个子载波构成杂波子空间表示为：
C′k＝[ΛHCkCkΛCk]；
式中，上标H表示共轭转置，Λ是相移对角矩阵,表示为：
式中，fdm为多普勒频率，Ts为OFDM符号持续时间，L为并行处理的OFDM符号数量，从而构造一个新的杂波子空间表示为：
式中，上标H表示共轭转置，上标“-1”表示逆矩阵。
优选的，所述S5中，将监测信号上每一个子载波沿着由T′k所构成的杂波子空间进行正交投影，从而得到滤除带多普勒频移的多径杂波分量监测信号为：
Y′k＝Yk(I-T′k)；
其中，称为监测信号垂直于T′k所构成杂波子空间的正交投影矩阵；
式中，I为单位矩阵，Yk为抑制零多普勒频移的多径杂波的监测信号。
优选的，所述S6中，利用参考信号Sref(n)与杂波抑制后的目标回波信号Y′k进行距离-多普勒二维相关处理：
式中，Sref(n)为参考信号，上标*表示复共轭，Y′k表示杂波抑制后的目标回波信号,N表示总接收数据长度,n＝1,2,3...N,τ表示时延，f表示多普勒频移。
本发明通过改进，在此提供一种基于5G OFDM信号的外辐射源雷达杂波抑制方法，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
本发明利用5G信号的CP-OFDM特性，综合考虑提出基于5G OFDM信号的外辐射源雷达的杂波抑制方法，该方法与常规子载波域多径杂波抑制算法处理不同，利用ECA-C算法抑制零多普勒频移的杂波分量，再引入了在子载波域中将每个载波的杂波子空间扩展为两个参考载波的副本，对带有多普勒频移的杂波分量进行抑制；此方法能够有效的抑制多径杂波干扰，相对于常规外辐射源雷达的杂波抑制方法有着独特优势。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释：
图1为本发明的实施流程框图；
图2为本发明的5G OFDM信号的外辐射源雷达结构示意图；
图3为本发明的OFDM信号结构示意图；
图4为本发明的时域转换到子载波域流程图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
随着第五代移动通信技术(5G)的推广和普及，5G民用通信信号会成为城市中最广泛的电磁资源，在复杂城市环境下的5G信号具有发射基站数量多、基站布设密集等优势，并且5G信号具有带宽宽，循环前缀正交频分复用(Cyclic Prefix Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，CP-OFDM)等特性，CP是将OFDM符号尾部的一部分复制放到前面，以便消除符号干扰和信道间干扰；OFDM是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输，如图3所示，其中，CP：循环前缀(将OFDM符号尾部一部分复制到头部构成)；符号*：有效数据。因此采用5G信号作为外辐射源获取目标距离、速度、角度等信息具有优势；本发明通过改进在此提供一种基于5GOFDM信号的外辐射源雷达杂波抑制方法，本发明的技术方案是：
如图1所示，一种基于5G OFDM信号的外辐射源雷达杂波抑制方法，包括以下步骤：
S1、获取5G OFDM外辐射源雷达(如图2所示)参考天线接收的5G OFDM参考信号Sref(t)和监测天线接收的5G OFDM监测信号Ssurv(t)；
S2、如图4所示，将获取的参考信号Sref(t)和监测信号Ssurv(t)划分成一系列OFDM符号，在去除循环前缀(CP)之后对有用数据部分进行离散傅里叶变换(DFT)得到子载波域的参考信号Sref(n)和监测信号Ssurv(n)；
具体的，监测信号Ssurv(n)可以表示为：
式中，Yl,k代表监测信号中第l个OFDM符号中第k个子载波上的数据，L代表OFDM符号总数，K代表每个OFDM符号中子载波总数；
将参考信号Sref(n)中L个符号上的第k个载波表示为：
Ck＝[Ck,1…Ck,l…Ck,L]；
式中，Ck,l为第l个符号中第k个子载波的数据；
S3、将子载波域中的监测信号投影到正交杂波子空间中，滤除零多普勒频移的多径杂波分量；
具体的，将监测信号上每一个子载波沿着由Ck所构成的杂波子空间进行正交投影，第k个载波的杂波子空间投影矩阵为：
式中，I为单位矩阵,上标H表示共轭转置，上标“-1”表示逆矩阵，从而得到抑制零多普勒频移的多径杂波分量的监测信号为：
Yk＝TkY；
式中，Y为子载波域中的监测信号；
S4、在子载波域中将每个载波的杂波子空间扩展，每个载波的杂波子空间为两个复制的参考信号的子载波，扩展后的第k个子载波构成杂波子空间表示：
C′k＝[ΛHCkCkΛCk]；
式中，上标H表示共轭转置，Λ是相移对角矩阵,表示为：
式中，fdm为多普勒频率，Ts为OFDM符号持续时间，L为并行处理的OFDM符号数量；从而构造一个新的杂波子空间表示为：
式中，上标H表示共轭转置，上标“-1”表示逆矩阵；
S5、将滤除零多普勒频移多径杂波的监测信号投影到扩展后的正交杂波子空间中，滤除去带多普勒频移的多径杂波分量；
具体的，将监测信号上每一个子载波沿着由Tk′所构成的杂波子空间进行正交投影，从而得到滤除带多普勒频移的多径杂波分量监测信号为：
Y′k＝Yk(I-T′k)；
其中，称为监测信号垂直于Tk′所构成杂波子空间的正交投影矩阵；
式中，I为单位矩阵，Yk为抑制零多普勒频移的多径杂波的监测信号；
S6、经过杂波抑制后，目标回波信号仍然较弱，不能够直接进行目标的检测，所以采用距离-多普勒二维相关处理，来提高目标回波的信号强度，获取目标信息，也就是利用参考信号Sref(n)与杂波抑制后的目标回波信号Yk′进行距离-多普勒二维相关处理：
式中，Sref(n)为参考信号，上标*表示复共轭，Y′k表示杂波抑制后的目标回波信号,N为总接收数据长度,n＝1,2,3...N,τ表示时延，f表示多普勒频移。
相较于现有技术，本发明利用5G信号的CP-OFDM特性，综合考虑提出基于5G OFDM信号的外辐射源雷达的杂波抑制方法，该方法与常规子载波域多径杂波抑制算法处理不同，利用ECA-C算法抑制零多普勒频移的杂波分量，再引入了在子载波域中将每个载波的杂波子空间扩展为两个参考载波的副本，对带有多普勒频移的杂波分量进行抑制；此方法能够有效的抑制多径杂波干扰，相对于常规外辐射源雷达的杂波抑制方法有着独特优势。
上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (1)
1.一种基于5G OFDM信号的外辐射源雷达杂波抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、获取5G OFDM外辐射源雷达参考天线接收的5G OFDM参考信号Sref(t)和监测天线接收的5G OFDM监测信号Ssurv(t)；
S2、将获取的参考信号Sref(t)和监测信号Ssurv(t)划分成一系列OFDM符号，在去除循环前缀之后对有用数据部分进行离散傅里叶变换得到子载波域的参考信号Sref(n)和监测信号Ssurv(n)；
S3、将子载波域中的监测信号投影到正交杂波子空间中，滤除零多普勒频移的多径杂波分量；
S4、在子载波域中将每个载波的杂波子空间扩展，每个载波的杂波子空间为两个复制的参考信号的子载波，其中，扩展后的第k个子载波构成杂波子空间表示：
C′k＝[ΛHCkCkΛCk]；
式中，上标H表示共轭转置，Λ是相移对角矩阵,表示为：
式中，fdm为多普勒频率，Ts为OFDM符号持续时间，L为并行处理的OFDM符号数量，从而构造一个新的杂波子空间表示为：
式中，上标H表示共轭转置，上标“-1”表示逆矩阵；
S5、将滤除零多普勒频移多径杂波的监测信号投影到扩展后的正交杂波子空间中，滤除去带多普勒频移的多径杂波分量，其中，将监测信号上每一个子载波沿着由Tk′所构成的杂波子空间进行正交投影，从而得到滤除带多普勒频移的多径杂波分量监测信号为：
Yk′＝Yk(I-Tk′)；
其中，称为监测信号垂直于Tk′所构成杂波子空间的正交投影矩阵；
式中，I为单位矩阵，Yk为抑制零多普勒频移的多径杂波的监测信号；
S6、对杂波抑制后的监测信号与参考信号作距离-多普勒处理，提高目标检测的信噪比，实现目标检测，其中，利用参考信号Sref(n)与杂波抑制后的目标回波信号Yk′进行距离-多普勒二维相关处理：
式中，Sref(n)为参考信号，上标*表示复共轭，Yk′表示杂波抑制后的目标回波信号,N为总接收数据长度,n＝1,2,3...N,τ表示时延，f表示多普勒频移。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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