[发明专利]基于张量子空间投影的高频地波雷达射频干扰抑制方法

说明书

本发明提供一种基于张量子空间投影的高频地波雷达射频干扰抑制方法，依赖于射频干扰的距离相关性和方向特性，通过张量分解从多个维度对射频干扰子空间进行联合估计，实现过程包括通过基于雷达数据进行多普勒滑窗处理完成数据分块，射频干扰检测，判断当前选择的数据块是否存在干扰频点，若含有射频干扰，利用多个天线通道的无海洋回波的远距离元数据构造三阶张量，作为训练张量；采用高阶奇异值分解对训练张量进行张量分解，估计射频干扰子空间，进行距离滑窗和子空间投影处理，得到无射频干扰的数据。本发明能极大程度的抑制射频干扰，改善数据质量，并且完整保留目标信号，应用效果良好，提高了雷达系统的探测性能，具有重要的实际应用价值。

技术领域

本发明属于高频地波雷达信号处理领域，特别涉及到一种基于张量子空间投影的高频地波雷达(HFSWR)抗射频干扰方法。

背景技术

基于海洋表面对高频电磁波的Bragg散射机制，高频地波雷达能对大面积海洋动力学参数的进行高精度探测，例如海流场、风场及浪场等参数的实时测量，对海洋科学研究、海洋灾害天气预报等具有指导意义。然而，高频地波雷达工作在高频段(3MHz～30MHz)，在此频段的电磁环境十分恶劣，特别是雷达主要工作的15MHz以下的高频段中低端的频率占用率非常高，密布着各种短波电台通信、移动通信、广播及大量的业余无线电通讯设施。部分来自于这些外部信源的无线电信号能进入雷达接收机，会造成严重的射频干扰，极大地降低了雷达数据质量，限制了雷达系统的探测性能。

射频干扰属于有源干扰，在距离多普勒谱上一般表现为平行于距离轴的竖直亮条纹且存在于所有距离元。现存的高频地波雷达抗射频干扰算法中，主要包括自适应频率选择、空域和时频域抗干扰方法。雷达系统通过自适应频率选择技术实时地选频及换频，以达到避开有害干扰的目的。但对于高频地波雷达来说，在复杂的电磁环境中找到一个完全空闲的带宽足够的信道是很难的，因此该方案并不能完全消除射频干扰的影响。基于射频干扰的空域特性的抗干扰方法，例如自适应波束形成算法，主要适用于采用大型相控天线阵的窄波束高频地波雷达。方位角子空间投影方法虽然也适用于宽波束高频地波雷达，但对于目标信号会造成衰减，衰减程度和天线结构与目标和干扰的方位差有关。而对于时频域抗干扰算法，如基于射频干扰时域特性的时域剔除类方法和基于距离相关性的频域子空间投影方法等，都会对回波信号造成一定的损失。直至目前，尚未找到一种很好的算法可以在抑制射频干扰的同时而不损害目标信号，尤其是当二者在回波谱上重叠时。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种基于张量子空间投影的高频地波雷达射频干扰抑制方法，该方法主要解决现有技术难以抑制射频干扰的同时不影响海洋回波的问题，尤其是射频干扰与海洋回波信号在回波谱上重叠的情况，能在完整保留目标信号的同时完成射频干扰的有效抑制，从而提高了雷达的探测性能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于张量子空间投影的高频地波雷达射频干扰抑制方法，依赖于射频干扰的距离相关性和方向特性，通过张量分解从多个维度对射频干扰子空间进行联合估计，实现过程包括以下步骤，

步骤1，数据分块处理，包括通过基于雷达数据进行多普勒滑窗处理完成数据分块；

步骤2，射频干扰检测；

步骤3，选择第一个数据块，判断当前选择的数据块是否存在干扰频点，若含有射频干扰，则进入步骤4进行后续处理；否则，不做进一步处理，选取下一个数据块继续进行判断；

步骤4，构造训练张量，包括设高频地波雷达有M个天线通道，利用M个天线通道的无海洋回波的远距离元数据构造三阶张量，作为训练张量x，张量大小为P×Q×M，P为选取的远距离单元个数，Q等于该数据块的多普勒范围长度；

步骤5，采用高阶奇异值分解对训练张量进行张量分解，如下式：

x＝c×₁U₁×₂U₂×₃U₃