外輻射源雷達擴展相消批處理雜波抑制算法的調制補償

方 亮 萬顯榮 易建新 饒云華 柯亨玉

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外輻射源雷達擴展相消批處理雜波抑制算法的調制補償

方 亮 萬顯榮*易建新 饒云華 柯亨玉

(武漢大學電子信息學院 武漢 430072)

外輻射源雷達面臨嚴重的多徑雜波問題，擴展相消批處理算法(ECA-B)是一種有效的雜波抑制算法，但該算法的分塊批處理使得相消距離元內的雜波和目標回波受到調制，導致雜波不能被完全相消而且會產生附加的模糊目標。該文分析了ECA-B算法的調制機理并提出了相應的補償方法，該方法首先通過載波頻偏精估計來補償雜波調制，然后通過合理選擇分塊數以避免目標調制或通過估計調制距離元處每塊信號的零頻分量來補償目標調制。仿真和實測數據處理結果驗證了文中調制機理分析的正確性和所提方法的有效性，完善了該算法的性能。

外輻射源雷達；多徑雜波抑制；擴展相消批處理算法；調制補償

1 引言

2 ECA-B算法原理

其中矩陣用來選擇以上構造矩陣的后行，可表示為

則經ECA-B算法處理的全部信號可表示為

3 調制機理分析及補償方法

3.1 調制機理分析

對其作FFT可得其頻譜為

其中零頻分量為

采用LS算法處理每塊監測信號，由于該算法會抑制相消距離元內信號的零頻分量，則處理后的每塊數據的頻譜為

其時域表達為

經ECA-B算法處理后全部監測信號的頻譜為

其它情況下，則

3.2 補償方法

為了解決ECA-B算法引入的雜波和目標調制問題，本文根據其調制機理提出了如圖2所示的補償方法，具體流程如下：

圖2 補償方法流程圖

(4)否則將監測信號和參考信號進行分段相關處理獲得距離譜；

(7)對同一距離元信號作FFT獲得距離多普勒譜。

4 仿真和實測數據處理

4.1 仿真數據處理

表1雜波仿真參數

雜波直達波多徑雜波 延時(距離元)SNR(dB)06325502945624083359530129251332018115223102935

表2目標仿真參數

目標強目標弱目標 延時(距離元)多普勒頻移(多普勒元)SNR(dB)2008-5650-7-26

4.2 實測數據處理

圖4 實測數據處理結果

5 結論

由于ECA-B算法的分塊批處理，抑制了相消距離元內每塊信號的零頻分量，導致雜波和目標被調制，本文從理論上分析了其調制機理，并提出首先通過載波頻偏精估計來補償雜波調制，然后通過合理選擇分塊數以避免目標調制或通過估計調制距離元處每塊信號的零頻分量來補償目標調制。應注意，補償目標調制時所選的分塊數不宜過大，否則真實目標的SNR被相應消弱，不能利用其作為真實目標的近似SNR來估計調制距離元處每塊信號的零頻分量。雖然該估計存在一定誤差，但仿真和實測數據處理結果表明所提補償方法仍是有效的。

[1] 萬顯榮. 基于低頻段數字廣播電視信號的外輻射源雷達發展現狀與趨勢[J]. 雷達學報, 2012, 1(2): 109-123.

Wan Xian-rong. An overview on development of passive radar based on the low frequency band digital broadcasting and TV signals[J]., 2012, 1(2): 109-123.

[2] Howland P E, Griffiths H D, and Baker C J. Passive Bistatic Radar(Chapter in Bistatic Radar)[M]. Germany: Emerging Technology Wiley, 2008: 247-311.

[3] 楊金祿, 單濤, 陶然. 數字電視輻射源雷達的相參積累徙動補償方法[J]. 電子與信息學報, 2011, 33(2): 407-411.

Yang Jin-lu, Shan Tao, and Tao Ran. Method of migration compensation in coherent integration for digital TV based passive radar[J].&, 2011, 33(2): 407-411.

[4] 吳海洲, 陶然, 單濤. 基于DTTB照射源的無源雷達直達波干擾抑制[J]. 電子與信息學報, 2009, 31(9): 2033-2038.

Wu Hai-zhou, Tao Ran, and Shan Tao. Direct-path interference suppression for passive radar based on DTTB illuminator[J].&, 2009, 31(9): 2033-2038.

[5] 張各各, 王俊, 劉玉春. 一種基于數字電視地面廣播照射源的外輻射源雷達快速雜波相消算法[J]. 電子與信息學報, 2013, 35(1): 36-40.

Zhang Ge-ge, Wang Jun, and Liu Yu-chun. A fast cancellation algorithm for DTTB-based passive radar system[J].&, 2013, 35(1): 36-40.

[6] 王海濤, 王俊, 端峰. 利用陣列天線的CDMA輻射源雷達目標檢測方法[J]. 系統工程與電子技術, 2012, 34(2): 282-286.

Wang Hai-tao, Wang Jun, and Duan Feng. Target detection for CDMA based passive radar using array antenna[J]., 2012, 34(2): 282-286.

[7] 蔣柏風, 呂曉德, 趙耀東, 等. 一種基于DTTB信號的無源相干雷達模糊函數快速算法[J]. 電子與信息學報, 2013, 35(3): 589-594.

Jiang Bai-feng, Lü Xiao-de, Zhao Yao-dong,.. A fast algorithm of ambiguity function for passive coherent radar based on DTTB signal[J].&, 2013, 35(3): 589-594.

[8] 關欣, 胡東輝, 仲利華, 等. 一種高效的外輻射源雷達高徑向速度目標實時檢測方法[J]. 電子與信息學報, 2013, 35(3): 581-588.

Guan Xin, Hu Dong-hui, Zhong Li-hua,.. An effective real-time target detection algorithm for high radial speed targets in passive radar[J].&, 2013, 35(3): 581-588.

[9] Colone F, O’Hagan D W, Lombardo P,.. A multistage processing algorithm for disturbance removal and target detection in passive bistatic radar[J]., 2009, 45(2): 698-722.

[10] Cardinali R, Colone F, Ferretti C,.. Comparison of clutter and multipath cancellation techniques for passive radar[C]. IEEE Radar Conference, Boston, 2007: 469-474.

[11] Colone F, Cardinali R, and Lombardo P. Cancellation of clutter and multipath in passive radar using a sequential approach[C]. IEEE Radar Conference, Verona, 2006: 393-399.

[12] Colone F, Cardinali R, Lombardo P,.. Space-time constant modulus algorithm for multipath removal on the reference signal exploited by passive bistatic radar[J]., 2009, 3(3): 253-264.

[13] 萬顯榮, 岑博, 易建新, 等. CMMB外輻射源雷達參考信號獲取方法研究[J]. 電子與信息學報, 2012, 34(2): 338-343.

Wan Xian-rong, Cen Bo, Yi Jian-xin,.. Reference signal extraction methods for CMMB-based passive bistatic radar[J].&, 2012, 34(2): 338-343.

[14] Baczyk M K and Malanowski M. Reconstruction of reference signal in DVB-T-based passive radar[J]., 2011, 57(1): 43-48.

[15] Haykin S. Adaptive Filter Theory, Fourth Edition[M]. New Jersey Englewood Cliffs: Prentice Hall, 2002: 303-316.

[16] 黃謝學, 林平分. CMMB接收機中的粗載波頻偏估計[J]. 電視技術, 2009, 33(S2): 14-16.

Huang Xie-xue and Lin Ping-fen. Coarse carrier frequency offset estimation in CMMB receiver[J]., 2009, 33(S2): 14-16.

[17] GY/T 220.1-2006, 移動多媒體廣播第1部分: 廣播信道幀結構、信道編碼和調制[S]. 中國移動多媒體標準, 2006.

GY/T 220.1-2006, Mobile multimedia broadcasting part 1: framing structure, channel coding and modulation for broadcasting channel[S]. China Mobile Multimedia Broadcasting Standard, 2006.

方 亮： 男，1986年生，博士生，研究方向為雷達系統與信號處理.

萬顯榮： 男，1975年生，博士，教授，博士生導師，研究方向為無源雷達系統、高頻雷達系統及雷達信號處理等.

Modulation Compensation of the Batch Version of the Extensive Cancellation Algorithm for Clutter Mitigation in Passive Radar

Fang Liang Wan Xian-rong Yi Jian-xin Rao Yun-hua Ke Heng-yu

(,,430072,)

The passive radar faces a significant problem in multipath clutter, and the Batch version of the Extensive Cancellation Algorithm (ECA-B) is an efficient method for clutter mitigation. However, the clutter and target echoes, whose delays are included in the cancelled range area, are modulated due to the block batch processing in the algorithm, and it results in the clutter residues and false target emergences. The modulation mechanism of ECA-B is analyzed and the corresponding compensation method is proposed in this paper. The basic principle of the method is to compensate the clutter modulation by carrier frequency offset fine estimation and then avoid the target modulation by selecting the block number properly or compensate the target modulation by estimating zero frequency components of every block signal in the modulated range cell. The simulation and real-life data results confirm the correctness of the analysis on the modulation mechanism and the validity of the proposed method, which improves the algorithm performance.

Passive radar; Multipath clutter mitigation; Batch version of the Extensive Cancellation Algorithm (ECA-B); Modulation compensation

TN958.97

A

1009-5896(2014)01-0209-06

10.3724/SP.J.1146.2013.00384

2013-03-26收到，2013-07-18改回

國家自然科學基金(41074116, 41106156, 61271400, 60971101)和武漢大學研究生自主科研項目基金(274763)資助課題

萬顯榮 xrwan@whu.edu.cn