超寬帶雷達樹叢穿透干擾抑制算法

由于超寬帶雷達受樹叢對電磁波衰減作用，目標的反射回波很弱。本文首先分析人體運動多普勒特征與周圍環境的區別設計頻域濾波器，提出了一種基于濾波器，小波變換以及EMD的干擾抑制方法，實驗結果表明，提出算法可以有效抑制干擾。

【關鍵詞】超寬帶雷達 樹叢穿透 干擾抑制

在邊境監視、叢林作戰等軍事應用，以及山區救援、森林防護、非法偷獵打擊等民用活動中，如何對隱藏于叢林中的各類目標進行探測、識別、定位、跟蹤，一直是困擾人們的難題。工作在低波段的葉簇穿透雷達能夠獲得樹林中隱蔽目標的信號，提高對隱蔽目標探測能力。由于樹叢對電磁波的衰減作用，目標的反射回波很弱，再加上葉簇覆蓋區域除了存在車輛、坦克等隱蔽人工目標外，還有許多由粗大樹干反射形成的點目標，以及隨風飄蕩的葉簇嚴重影響了隱蔽目標檢測的準確度。因此本文研究了一種新的干擾抑制算法。

1 濾波器抑制干擾方法

由接收機采集到的原始數據中主要包括環境雜波的干擾信號，測量及系統噪聲，以及淹沒在其中的運動目標信號。我們的目的是抑制干擾和噪聲，提取感興趣的運動目標信號。首先，通過分析人體運動多普勒特征與周圍環境頻譜的區別進行濾波，進而抑制環境雜波的干擾。文中設計了一個帶通濾波器H（jω）進行濾波，表達式如下所示：

其中G（jω）為輸入信號的頻譜，h（t）為H（jω）的時域響應，ω為角頻率，為卷積運算符。通過濾波以后的波形中濾除了大部分的雜波，同時保留了感興趣的運動目標信號。但是受發射功率限制以及樹叢對電磁波的衰減作用，輸入信號的信噪比很低，因此下面提出了用于提高SNR的去噪方法。

2 小波變換與EMD級聯去噪方法

小波分析是現代信號處理中時頻分析的常用工具，使用了小波母函數平移和伸縮，小波分析實現了時頻分析。小波基的選擇并不是唯一的，常用的小波函數有Harr小波、Danbechies小波、SymletsA小波族、Biorthognnal小波族等，在雷達去噪問題中，最常使用的是Daubechies正交緊支小波，簡寫為dbN，其中db是小波名字的前綴，N表示階數，通過對比實驗發現，db9有較好的去噪效果，因此在本文中的小波變換中均選擇db9作為小波函數。

EMD是基于波形自身的包絡變換，最終能夠將信號依特征尺度分解成從高頻到低頻的一組固有模態函數和一個余量的和。分解所得的各個IMF分量反映組成原信號的不同特征尺度。這種分解突出了采樣數據的局部特征，能夠為下一步的分析提供更準確的細部信息，對一個包含高斯白噪聲的脈沖回波信號進行分解時，噪聲會呈現高頻特性。根據算法濾波特性的分析，可以在對回波進行重構時，將前兩次分解出來較小的時間尺度分量濾除，同時對其余的IMF分量求和，以達到二次濾除噪聲的目的。

3 實驗結果與分析

下面為實驗獲得的原始數據，如圖1圖2所示為雷達數據波形，橫坐標為快時間，即距離維，縱坐標為歸一化幅度信息。

從圖1中可以看到距離較近位置的波形幅度很強，主要包含直達波信號和周圍建筑物的強反射信號。對原始數據進行分析發現，除了運動人體回波信號以外，還存在嚴重的環境雜波以及噪聲影響，隨著距離增大，運動目標的信噪比急劇下降，最后完全淹沒在雜波和噪聲之中，因此應用本文提出的基于濾波器、小波變換以及EMD的方法來抑制環境雜波的干擾。

從圖2可以看出提出的干擾抑制算法可以很好的抑制環境雜波干擾，信雜比提高了12dB。20米處樹叢中許多由粗大樹干反射形成的回波以及隨風飄蕩的葉簇的起伏回波，在圖2中凸現出來。

4 結束語

本文研究了超寬帶樹叢穿透雷達干擾抑制方法，對雜波產生了很好的抑制效果，同時提高了信噪比和信雜比。為后期隱匿樹叢中人體的目標檢測打下基礎。

參考文獻

[1]馬克V·戴維斯.葉簇穿透雷達系統設計綜述[J].雷達科學與技術，2012，10（01）：1-9.

[2]金添.葉簇穿透合成孔徑雷達增強成像方法[J].雷達學報，2015，4（05）：503-508.

作者簡介

張金元（1972-），男，安徽省桐城市人。大學本科學歷，高級工程師。研究方向為雷達系統工程和總體設計。

作者單位

1.中國電子科技集團公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230088

2.孔徑陣列與空間探測安徽省重點實驗室 安徽省合肥市 230088