[发明专利]基于改进Welch法的海杂波对消方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种船用导航雷达海杂波对消处理方法。

背景技术

近年来，雷达被广泛应用于国防军事、民航管制、气象、航海导航等领域。在航海及货运交通领域，船用导航雷达是船舶不可或缺的导航电子设备。当船用导航雷达检测海面目标时，雷达接收到的回波信号中含有海杂波信号，这些信号在多普勒图中通常比平均噪声功率高出很多。对于舰船目标进行检测时，如果舰船反射的多普勒速度与相应的海平面的反射信号的多普勒速度接近，那么它们的多普勒谱会落在海杂波区域内，往往被一阶Bragg峰遮盖，从而影响目标的检测。因此消除Bragg峰遮盖效应，检测到被淹没在海杂波中的舰船目标具有重要的意义。近年来许多学者提出了在短相干积累条件下，使用传统的FFT多普勒分析对信号进行谱估计，进而完成舰船目标的提取，该种方法取得了一定的效果。但是此方法对于正弦信号的频率、幅度、初始相位的估计精度不高，因此目标的检测效果不佳。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用了改进的Welch法进行海杂波对消处理，在短数据情况下达到良好的循环对消效果。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于改进Welch法的海杂波对消方法，包括如下步骤：

步骤1，采用改进的Welch方法对回波信号的采样数据s进行谱估计，对得到的功率谱计算从而得到回波的频谱，其中，改进的Welch方法包括下述步骤：

步骤1.1，对长度为N的数据x(n)进行分段M＝N/P，分段时允许每一段有部分的重叠；

步骤1.2，将每段数据用一个合适的窗函数ω(n)来进行平滑处理；

步骤1.3，对每段数据进行时窗傅里叶变换，对各段功率谱求平均得到整个信号的谱估计；

步骤2，从得到的频谱中提取峰值处的幅度A及其对应的频率f；

步骤3，采用最小二乘法在(0-2*π)上搜索使公式error＝|x(n)-Ae^j2πf(n-1)Te^jφ|²得到最小值，从而获得波峰处所对应的初始相位；

步骤4，根据上述步骤中得到的幅度A、频率f及初始相位，构造出正弦函数序列S(n)，计算x(n)-S(n)得到y(n)；

步骤5，观察对消后的结果，若目标未被提取出来，则继续执行步骤2～步骤5，直至目标被提取出来。

有益效果：

本发明根据改进的Welch方法进行海杂波循环对消，提高了正弦信号的频率、幅度及初始相位的估计精度，经本发明方法处理后的目标显露的幅值明显高于传统方法的幅值，对消效果明显优于传统方法对消效果。本方法可靠性强、精度高、灵活性强，能够有效改善船用雷达对目标的检测能力。

附图说明

图1为在相干积累时间内，对目标单元的128点数据分别采用传统的对消方法和基于Welch法进行两次对消的频谱图，舰船目标如箭头所示；

图2为从128个点数据中提取抽取前32个点目标做FFT后得到的多普勒谱，其等效相干积累时间为16秒，对抽取的32点时域数据补零做128点FFT；

图3为分别采用传统的对消方法和基于Welch法的海杂波对消两种方法在32点数，信噪比为-30dB时对消两次得到的频谱图；

图4为分别采用传统的对消方法和基于Welch法的海杂波对消两种方法在32点数，信噪比为-25dB时对消两次得到的频谱图。

图5为分别采用传统的对消方法和基于Welch法的海杂波对消两种方法在32点数，信噪比为-20dB时对消两次得到的频谱图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

由于海杂波的Bragg峰作一阶近似时，可以认为是正弦信号，因此在时域上将回波信号减去正弦信号来进行海杂波的对消，这就要求对正弦信号的相关参数(频率、幅度及初始相位)进行精确的估计。本发明采用改进的Welch法进行频率、幅度、相位的精确估计，通过对采样数据的分段，对每个分段数据使用hamming窗，分段长度为16，进行时窗傅里叶变换，继而求得每部分的功率谱。通过上述过程得到的谱估计分辨率比传统方法好，因此正弦信号的相关参数(频率、幅度及初始相位)能够得到精确的估计。

具体地说，首先获取雷达回波信号数据，并针对这些数据进行海杂波对消，主要包括如下步骤：