[发明专利]一种相位历程建模补偿相干积累信噪比损失方法

说明书

本发明涉及一种相位历程建模补偿相干积累信噪比损失方法，包括原始IQ数据接收缓存，每个距离处理单元内脉间平均相位变化值计算，根据脉间平均相位变化值和初相实现相位历程建模，根据相位历程建模数据构建一个复数序列与原始数据进行点乘，以消除回波相位变化，对相位变化补偿后的IQ数据进行相干积累处理，以实现和解决相干积累点数受相干积累时间的限制，同时可对回波相位变化引起的相干积累信噪比损失进行补偿。

技术领域

本发明涉及雷达信号处理领域，具体涉及一种相位历程建模补偿相干积累信噪比损失方法。

背景技术

在天气雷达数字信号处理系统中，尤其是测云雷达和风廓线雷达信号处理中，需要采用相干积累以提高微弱信号检测能力、减小脉动和进行质量控制。相干积累在时域进行，在信号保持相干的条件下，对一定数量的脉冲回波信号进行平均处理，是时域平均过程，主要目的是提高信噪比，从而使雷达接收机能够检测到有用的微弱信号。

相干积累提高信噪比的原理如下：

相干积累时，合成信号总功率为A²(式1)所示，a₁、a₂为时间序列复信号：

(1)对于回波脉冲信号，它是周期信号，可进行同相位累加，即a₁＝a₂，(式1)变为(式2)：

即累加后存在额外功率增加项2a₁a₂。

(2)对于噪声，是随机信号，累加时cos(a₁-a₂)是随机值，会一一抵消，故有(式3)：

即噪声在累加中得不到额外功率增加。

(3)当积累次数N很大时，信号中会出现许多2a_ia_j项，使信噪比大大提高。

从以上分析可以看出，相干积累是改善信噪比的有效方法。在信号相干和噪声非相干的条件下，相干积累对信噪比的改善与积累次数N成正比。显然，前提是积累要在保持信号相干的条件下进行。将相位不相干的信号相加，如同噪声相加一样，不存在改善信噪比的效果；甚至非相干信号相加非但起不到改善信噪比的作用，还会使信噪比变的更差。信号保持相干时间的长短，和大气状况有关，也和雷达本机性能有关。影响信号相干时间的大气因素，主要是与探测粒子运动状况有关，探测粒子运动引起回波的相位变化快则信号相干积累时间短，反之回波的相位变化慢则相干积累时间长。相位变化的快慢都会引起相干积累对信噪比提高的损失。不同的积累次数和相位偏移(速度)对相干积累的影响较大。随着相干积累数的增加，相干积累带来的信噪比得益受相位影响越大，在某些情况下可能会起到反作用。

从以上分析可以看出，要解决相干积累点数受相干积累时间的限制，以及脉间相位变化引起的相干积累信噪比损失，核心问题是找到一个方法补偿回波脉冲间的相位变化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种相位历程建模补偿相干积累信噪比损失方法，本发明能够解决天气雷达应用中相干积累受积累时间的影响和相位变化引起相干积累的信噪比损失问题。为了解决该问题，采用先计算每个距离处理单元内脉间平均相位变化值，根据脉间平均相位变化值和初相实现相位历程建模，根据相位历程建模数据构建一个复数序列与原始数据进行点乘，以消除回波相位变化，对相位变化补偿后的IQ数据进行相干积累处理，实现解决相干积累点数受相干积累时间的限制，同时可对回波相位变化引起的相干积累信噪比损失进行补偿。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种相位历程建模补偿相干积累信噪比损失方法，其处理步骤如下：