NO335171B1 - Adaptiv interferensundertrykkelse for georadar - Google Patents

Abstract

En georadar basert på steg-frekvens og en metode for å undertrykke forstyrrelser (2,3) fra andre, nærliggende sendere basert på sammenligning av mottatt signal (1) og et filtrert estimat av signalet (4). Dersom avviket for en enkelt frekvens tilfredsstiller gitte kriterier (5), erstattes mottatt signal på denne enkeltfrekvensen med tilsvarende filtrert signal (6,7) ved nevnte enkeltfrekvens.

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å undertrykke forstyrrende signaler i behandling av data fra en steg-frekvens georadar og en steg-frekvens georadar som er anordnet for å utføre nevnte fremgangsmåte.

Teknikkens stand

En georadar er en type radar som sender elektromagnetiske bølger (radiobølger) ned i bakken og måler refleksjoner fra objekter eller lagdelinger. For å få god avstandsoppløsning, må en georadar ha svært stor båndbredde. En steg-frekvens georadar fremskaffer denne båndbredden ved at den sender ut signaler med stegvis økende frekvens og måler bakkens respons for hver enkelt frekvens.

Signalene som reflekteres fra under bakkens overflate er svært svake, og siden georadaren dekker et stort frekvensområde, er sannsynligheten for forstyrrende signaler fra andre kilder stor. Basestasjoner for mobilkommunikasjon, kringkastingssendere og kommunikasjonsradio ligger alle innenfor georadarens frekvensområde og vil dermed kunne forstyrre georadaren.

Steg-frekvens georadarens virkemåte, hvor kun et lite frekvensområde mottas om gangen, vil sørge for at georadaren kun vil bli forstyrret når steg-frekvensradarens sender-frekvens er relativt sammenfallende med den forstyrrende senderens.

Den norske patentsøknaden NO 134 640 B «Anordning ved en pulsdopplerradar for undertrykkelse av forstyrrelsespulser» fra Telefonaktiebolaget L M Ericssson, beskriver en anordning for undertrykkelse av forstyrrelsespulser mottatt av en pulsdopplerradar hvor forstyrrelsespulsene er av en slik type som kan stamme fra en nærliggende radarstasjon som sender på samme frekvens eller fra en eller annen aktiv forstyrrelsessender.

Oppsummering av oppfinnelsen

Formålet med oppfinnelsen er å undertrykke forstyrrende signaler slik at georadaren i liten grad påvirkes av andre, nærliggende sendere. Dette gjøres vet å utnytte steg-frekvensradarens smalbåndede mottakersystem og adaptivt fjerne forstyrrende signaler.

Kortfattet beskrivelse av figurene

Oppfinnelsen skal forklares nærmere i det følgende under henvisning til de medfølgende figurer, hvor: Figur 1 viser mottatt signal med interferens angitt som funksjon av frekvens samt en filtrert approksimasjon av samme signal hvor robust estimering er benyttet til å filtrere signalet. Figur 2 viser en mottatt signal hvor fremgangsmåten for å

fjerne interferens er benyttet.

Figur 3 viser et radargram hvor forstyrrelsene fra den

nærliggende senderen er tydelig.

Figur 4 viser et radargram basert på samme signal som figur 2 hvor forstyrrelsene fra den nærliggende senderen er betydelig redusert.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

En steg-frekvens georadar virker ved at det sendes et kontinuerlig signal på en gitt frekvens i en kort periode. Radarens mottaker er justert til eksakt samme frekvens og vil dermed motta et signal med ovennevnte frekvens og som er summen av alle signalene reflektert fra forskjellige deler av bakken. Signalet måles i mottakeren som signalstyrke og relativ fase. Deretter skifter sender og mottaker frekvens og den samme prosessen gjentas for den nye frekvensen. Dette repeteres med små frekvenssteg inntil hele georadarens båndbredde er dekket. For hver frekvens som ble benyttet, sitter nå mottakeren igjen med en signalstyrke og relativ fase for alle frekvensstegene. Siden det totale reflekterte signalet er målt for hver frekvens utgjør dette bakkens frekvensrespons (1) slik den er vist i figur 1. For å etablere et radargram må denne frekvensresponsen omdannes til en tidsrespons for eksempel ved hjelp av en invers Fourier-transform. Denne prosessen gjentas mens radaren beveges langs bakken for å danne et radargram som vist i figur 3 og figur 4 .

I figur 1 vises signalstyrken (1) til et signal mottatt med en steg-frekvens georadar. Radarens frekvensområde er fra ca 100 MHz til ca 2 900 MHz, altså en total båndbredde på nærmere 3 GHz. I tillegg til signal reflektert fra bakken, inneholder signalet også interferens fra 2 andre kilder. Et interferens-signal (2) befinner seg rundt 900 MHz og et annet inter-ferenssignal (3) rundt 2100 MHz. I figur 3 vises det resulterende radargrammet med disse interferenskildene. Steg-frekvensradaren er i utgangspunktet relativt robust mot interferens, siden interferensen kun vil forstyrre en liten andel av mottatt signal. Likevel er interferensen fra de to senderne tydelig i radargrammet. Forstyrrelsen fremkommer som vertikale bånd.

Sammenlignet med radarens store båndbredde er disse forstyrrende signalene å regne som relativt smalbåndet. Ved å benytte en robust estimering, for eksempel basert på median over et stort frekvensvindu, kan det produseres et filtrert estimat av mottatt signalstyrke og signalfase som er en god tilnærming til signalet uten interferens. Figur 1 viser signalstyrken til det filtrerte signalet (4). Det er verdt å merke seg at det filtrerte signalet i seg selv ikke er egnet til å produsere et radargram siden alle finere detaljer i frekvensresponsen er forsvunnet.

Metoden for å fjerne interferens adaptivt består i følgende trinn: a) bestemmelse av et kriterium (5) for at et målt signal (1) for en frekvens skal erstattes med et filtrert signal (4) for den samme frekvensen, der kriteriet er basert på et avvik beregnet som absoluttverdien av den komplekse differansen mellom det målte (1) og det filtrerte signalet (4) for den gitte frekvensen, og der kriteriet (5) er minst ett av følgende: - avviket er større enn en fastsatt persentil P av avvikene, eller - avviket er større enn et medianavvik multiplisert med en faktor K, der medianavviket er medianen av avvikene;

b) bestemmelse av målt frekvensrespons (1) ved å la georadaren løpe igjennom ønsket båndbredde i diskrete

frekvenstrinn og måle signalstyrke og eventuelt fase til mottatt signal (1);

c) bestemmelse av filtrert frekvensrespons (4) ved å filtrere den målte frekvensresponsen (1) ved hjelp av en robust

estimator; og

d) modifikasjon av målt frekvensrespons (1) ved for hver enkelt frekvens å gjennomføre følgende: beregne avviket og

erstatte målt signal (1) med tilsvarende filtrert signal (4) dersom kriteriet (5) bestemt under a) er tilfredsstilt.

I en fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen kan P har en verdi i området 90-95%. Videre kan K ha en verdi i området 3-5.

Den robuste estimatoren kan omfatte et glidende medianfilter. Dette glidende medianfilteret kan med fordel ha en båndbredde i området 50-100 MHz.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan videre omfatte beregning av tidsrespons ved å transformere den modifiserte frekvensresponsen fra frekvensdomene til tidsdomene. Nevnte transformasjon fra frekvensdomenet til tidsdomenet kan for eksempel utføres ved hjelp av en invers Fourier transformasjon .

Oppfinnelsen vedrører også en steg-frekvens georadar omfattende antennesystem, dataprosesseringsutstyr og andre midler, som er anordnet for å utføre en fremgangsmåte slik den er beskrevet ovenfor.

Kommentarer:

- Dersom kriteriet i a) velges som en persentil, P, betyr dette at det settes en øvre grense for hvor stor andel av signalet som erstattes med filtrerte verdier (1-P). - Dersom kriteriet i a) velges som at avviket er større enn medianavviket multiplisert med en faktor K, setter en nedre grense for hvor stort avviket må være for at signalet skal erstattes med filtrerte verdier.

Figur 2 viser mottatt signal etter at datapunktene med størst avvik er erstattet med filtrerte verdier (6,7). Figur 4 gjengir radargrammet etter at signalet er filtrert med denne metoden. De vertikale båndene er borte uten at virkelige detaljer er vesentlig berørt. I disse figurene er en kombinasjon kriteriene foreslått i c) benyttet.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for adaptiv undertrykkelse av interferens for steg-frekvens georadar, der fremgangmåten omfatter følgende trinn: a) bestemmelse av et kriterium (5) for at et målt signal (1) for en frekvens skal erstattes med et filtrert signal (4) for den samme frekvensen, der kriteriet er basert på et avvik beregnet som absoluttverdien av den komplekse differansen mellom det målte (1) og det filtrerte signalet (4) for den gitte frekvensen, og der kriteriet (5) er minst ett av følgende: - avviket er større enn en fastsatt persentil P av avvikene, eller - avviket er større enn et medianavvik multiplisert med en faktor K, der medianavviket er medianen av avvikene; b) bestemmelse av målt frekvensrespons (1) ved å la georadaren løpe igjennom ønsket båndbredde i diskrete frekvenstrinn og måle signalstyrke og eventuelt fase til mottatt signal (1); c) bestemmelse av filtrert frekvensrespons (4) ved å filtrere den målte frekvensresponsen (1) ved hjelp av en robust estimator; og d) modifikasjon av målt frekvensrespons (1) ved for hver enkelt frekvens å gjennomføre følgende: beregne avviket og erstatte målt signal (1) med tilsvarende filtrert signal (4) dersom kriteriet (5) bestemt under a) er tilfredsstilt.

2. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene ovenfor, der P har en verdi i området 90-95%.

3. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene overfor, der K har en verdi i området 3-5.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene overfor, der den robuste estimatoren omfatter et glidende medianfilter.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, der det glidende medianfilteret har en båndbredde i området 50-100 MHz.

6. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene ovenfor, videre omfattende beregning av tidsrespons ved å transformere den modifiserte frekvensresponsen fra frekvensdomene til tidsdomene.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, der transformasjonen fra frekvensdomenet til tidsdomenet utføres ved hjelp av en invers Fourier transformasjon.