本發(fā)明屬于雷達通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多載波DTMB信號PN序列目標探測處理方法。

背景技術(shù)：

近十年來，我國數(shù)字廣播電視迅速發(fā)展，特別是DTMB(Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting)數(shù)字電視地面廣播信號已基本覆蓋國內(nèi)大中小城市。DTMB標準于2006年提出，包括單載波和多載波兩種模式。其中，多載波模式使用正交頻分復(fù)用技術(shù)調(diào)制幀體，這種技術(shù)和傳統(tǒng)的頻分復(fù)用相比，提高了頻譜利用率，同時具有出色的對抗多徑的能力。該模式使用PN序列及其循環(huán)前綴和循環(huán)后綴作為幀頭即充當保護間隔，同時也被用作同步和信道估計。

多載波模式的DTMB信號幀的幀頭有PN945模式和PN420模式，采用BPSK調(diào)制且信號平均功率是幀體信號平均功率的2倍。PN945模式由一個PN511序列及前同步后同步構(gòu)成，PN511序列長度為511，由9階LFSR生成，前同步是PN511序列的后217個數(shù)據(jù)構(gòu)成，后同步是PN511序列的前217個數(shù)據(jù)構(gòu)成，這樣構(gòu)成的幀頭具有循環(huán)特性，如圖2-2和圖2-3所示。PN420模式和PN945模式大致相同，只是采用了PN255序列及前后同步。PN255采用的8階LFSR生成，前同步是PN255序列的后82個數(shù)據(jù)構(gòu)成的，而后同步是PN255序列的前83個數(shù)據(jù)構(gòu)成，如圖5-1和圖5-2。(參考中國國家標準GB20600-2006，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制，中國標準出版社，2006)。

城市環(huán)境中的低空目標監(jiān)測是雷達探測領(lǐng)域中的一個難點，特別是近年來，國內(nèi)低空開放政策的出臺，對低空監(jiān)管技術(shù)的研發(fā)，也日益受到重視。數(shù)字廣播電視信號具有帶寬寬、距離分辨率高、發(fā)射功率穩(wěn)定以及低空覆蓋等優(yōu)點，使其成為有效探測手段之一。然而，該信號結(jié)構(gòu)、組網(wǎng)方式等是為了適應(yīng)通信的需要而設(shè)計的，將其直接作為雷達輻射源不可避免會帶來新的問題，如參考信號獲取、自適應(yīng)對消運算量大、互模糊函數(shù)運算量大等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對城市環(huán)境中的低空近目標的監(jiān)測(如無人機探測、前向散射區(qū)目標探測等)和現(xiàn)有的利用數(shù)字電視信號源的雷達探測方法需要對參考信號提純以及運算量大等問題，本發(fā)明提出了一種利用多載波DTMB信號的PN序列目標探測處理方法，該方法無需額外的參考通道，充分利用PN序列特征以及信號平均功率為幀體信號平均功率的兩倍，大大降低了運算量，提高了目標探測性能同時系統(tǒng)更簡單、更容易在工程上實現(xiàn)，具體包含以下步驟：

步驟一、對雷達接收到的DTMB信號利用本地已知的PN序列進行PN模式識別和同步運算，提取DTMB信號中的PN序列并補償頻偏；

步驟二、利用本地已知的PN序列對步驟一處理得到的PN序列進行多徑雜波干擾抑制；

步驟三、對步驟二處理后的PN序列信號進行相干積累，即相干疊加、匹配濾波，然后再進行后續(xù)的目標檢測與跟蹤等處理；

優(yōu)選地，上述步驟一具體為：

步驟1.1、利用已知的PN序列與接收的DTMB信號相關(guān)，通過相關(guān)峰值和相鄰峰值間隔來識別多載波DTMB信號PN模式，然后再進行DTMB信號同步計算。

步驟1.2、利用已同步的DTMB信號，根據(jù)DTMB信號模式幀結(jié)構(gòu)連續(xù)提取PN序列，記為其中n＝0,1,…,N-1，N為單個PN序列長度，m＝1,2,…,M，M為處理的PN序列個數(shù)，i為PN序列的編號，相應(yīng)取值為信號幀編號的周期循環(huán)，即其中Nframe為DTMB信號幀最大編號，Num為M與Nframe相除的商；

步驟1.3、將步驟1.2提取出的PN序列信號進行載波頻偏補償即其中f_es為DTMB信號同步時估計出的載波頻偏，f_s為DTMB信號基帶采樣率7.56MHz，N_s為一個DTMB信號幀長度；

優(yōu)選地，上述步驟二具體有兩種處理方法：

方法1、多徑雜波不抑制，只做相應(yīng)的處理，使其多徑雜波自相關(guān)具有沖激函數(shù)δ的性質(zhì)；即將步驟一獲得PN序列與本地相應(yīng)的PN序列進行信道估計，且不能將估計值中小于門限值的其它地方置零，記為Res_m；

方法2、多徑雜波抑制，即將步驟一獲得的PN序列信號減去信道估計出的多徑，獲得抑制后的PN序列，具體步驟為。

步驟2.1、將步驟一獲得PN序列與本地相應(yīng)的PN序列進行相關(guān)信道估計，且要將小于門限值的地方置零，記為

步驟2.2、將獲得PN序列減去本地相應(yīng)PN序列與卷積的值，即表示卷積運算。

優(yōu)選地，上述步驟三具體有兩種處理方法：

方法1、直接相干疊加獲取目標距離回波信息，即將步驟二獲得的Res_m直接相干疊加，獲取目標距離回波信息，然后送入后續(xù)的目標檢測與跟蹤等處理(該方法適合低速目標)；

方法2、匹配濾波處理，獲取距離多普勒二維譜數(shù)據(jù)，具體步驟為：

步驟3.1、將步驟二獲得雜波抑制后的PN序列與本地相應(yīng)的PN序列進行循環(huán)相關(guān)，獲取回波信號在快時間維的距離維數(shù)據(jù)，即

步驟3.2、將步驟1獲取的數(shù)據(jù)在慢時間維上做傅里葉變換獲取距離多普勒二維譜數(shù)據(jù)，然后送入后續(xù)的目標檢測與跟蹤等處理。

相比現(xiàn)有的利用數(shù)字電視信號源的外輻射源雷達探測方法不僅需要對參考信號提純，而且后續(xù)的雜波對消運算量大、互模糊函數(shù)運算量大等問題，本發(fā)明利用已知的數(shù)字電視信號源的PN序列進行目標探測，無需額外的參考通道，且充分利用PN序列特征(PN序列信號平均功率為幀體數(shù)據(jù)平均功率的兩倍，通過相應(yīng)的處理后PN序列自相關(guān)具有沖激函數(shù)的性質(zhì))，大大降低了運算量，提高了目標探測性能同時系統(tǒng)更簡單、更容易在工程上實現(xiàn)。

附圖說明

圖1：為本發(fā)明處理流程框圖；

圖2-1：為多載波DTMB信號幀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2-2：為多載波DTMB信號PN945序列結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2-3：為PN945序列用于目標探測的PN_511數(shù)據(jù)段示意圖；

圖3：為實施例探測一架民航飛機直接采用相干疊加處理后的目標雙基地距離隨時間變化曲線；

圖4-1為實施例探測一架民航飛機采用雜波不抑制方法的距離多普勒圖；

圖4-2為實施例探測一架民航飛機采用雜波抑制方法后的距離多普勒圖；

圖4-3為實施例探測一架民航飛機的目標航跡與廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ADSB)記錄信息對比圖；

圖5-1：為多載波DTMB信號PN420序列結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5-2：為PN420序列用于目標探測的PN_255數(shù)據(jù)段示意圖；

圖5-3：為PN420序列探測一架無人機的距離多普勒圖。

具體實施方式

本發(fā)明提出了一種基于多載波DTMB信號的PN序列目標探測處理方法，下面通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明，其DTMB信號幀結(jié)構(gòu)見附圖2-1。

本實施例是以DTMB信號模式三的PN945序列為例進行說明的，其PN序列信號結(jié)構(gòu)見圖2-2。

(一)信號模型

DTMB信號模式三的幀頭PN945序列為循環(huán)擴展的9階m序列，由一個前同步PN217、一個PN511序列和一個后同步PN217構(gòu)成，且?guī)^PN序列信號平均功率是幀體信號平均功率的2倍，其生成標準詳見GB20600-2006《數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》。

PN945在去掉循環(huán)前綴后變?yōu)镻N_511，見圖2-3，其滿足下列等式：

(二)PN序列模式識別、提取與頻偏補償；

步驟1、利用已知的兩零相位PN420與PN945序列分別與接收的DTMB信號相關(guān)，通過相關(guān)峰值和相鄰峰值間隔來判別DTMB信號模式，其中用來相關(guān)的DTMB信號長度不小于兩個信號幀長度即可，本實施了中用來相關(guān)的DTMB信號長度取為20000，相鄰峰值間隔為4725個單元，即多載波DTMB的PN序列為PN945；

步驟2、對識別后的DTMB信號進行同步處理，估計出幀頭起始點編號i＝1的位置和載波頻偏f_es(本實測數(shù)據(jù)估計值為f_es＝115.2Hz)，根據(jù)DTMB信號幀結(jié)構(gòu)連續(xù)提取PN_945序列，記為其中n＝0,1,…,944，m＝1,2,…,256，i＝1,2,...200,1,2,...56；

步驟3、將步驟2提取出的PN序列信號進行載波頻偏補償即f_s為DTMB信號基帶采樣率7.56MHz，N_s為一個DTMB信號幀長度4725；

(三)多徑雜波干擾抑制，PN序列自相關(guān)滿足等式(1)，雜波干擾抑制可以采用兩種方法，方法1、多徑雜波不抑制，只做相應(yīng)的處理，使其多徑雜波自相關(guān)具有沖激函數(shù)δ的性質(zhì)，來抑制雜波干擾導(dǎo)致噪聲基底的抬高；方法2、多徑雜波抑制，利用多徑雜波時不變特性，首先通過信道估計的方法估計出多徑，然后減掉多徑雜波。

方法1、多徑雜波不抑制，只做相應(yīng)的處理，使其多徑雜波自相關(guān)具有沖激函數(shù)δ的性質(zhì)；即將獲得PN序列與本地相應(yīng)的PN序列相關(guān)計算，通過迭代相消方法依次消除多徑雜波干擾，具體實施分為以下四步。

步驟1、相關(guān)計算；

步驟2、估計多徑雜波條數(shù)L；通過設(shè)置門限gate，把中大于gate值的峰值看作多徑，由此就可以計算出多徑的條數(shù)L；其中coef的一般取值為0.01到0.03；

步驟3、找出中最大峰值然后通過下式抑制該多徑在其它距離單元處的干擾；

然后，通過迭代依次從中找到其它多徑峰值l＝1,...L-1，利用公式使多徑相關(guān)值具有沖激函數(shù)δ的性質(zhì)，其中Num＝511；

步驟4、計算PN序列數(shù)據(jù)，重復(fù)步驟1到步驟3，直至處理完所有的PN序列，記為Res_m。

方法二：多徑雜波干擾抑制，利用多徑雜波時不變特性，首先通過信道估計的方法估計出多徑，然后通過相減來抑制多徑雜波的干擾；

步驟1、利用方法一的前三步估計多徑雜波，并把n≠n_l,l＝0,1,...L-1的地方置零，記為

步驟2、將獲得PN序列減去本地相應(yīng)的PN序列與卷積的值，獲取雜波抑制后的PN序列，即

步驟3、計算PN序列數(shù)據(jù)，重復(fù)步驟1、2，直至處理完所有的PN序列，記為y_m；

(四)相干積累獲取目標信息，其處理方法有兩種，方法1、通過在短時間內(nèi)相干疊加獲取目標距離信息，方法2、匹配濾波處理，獲取目標的距離多普勒二維信息。

方法一：直接相干疊加獲取目標距離信息，其中PN序列的個數(shù)M一般取值為5到15，本實施例中M的取值為10(該方法適合低速目標)；即

附圖3為該實施例直接采用相干疊加處理后，檢測到一個真實飛行目標雙基地距離隨時間變化的曲線。

方法二：匹配濾波處理，獲取目標的距離多普勒二維譜信息，具體步驟為：

步驟1、將步驟二獲得雜波抑制后的PN序列與本地相應(yīng)的PN序列進行循環(huán)相關(guān)計算，獲取回波信號在快時間維的距離維數(shù)據(jù)，即

步驟2、將步驟1獲取的數(shù)據(jù)在慢時間維上做傅里葉變換獲取距離多普勒二維譜數(shù)據(jù)，即：R_D(n)＝fft(R(n))，n＝1,2...,511。

該方法也適合多徑雜波不抑制情況，直接將處理后的信號Res_m在慢時間維上做傅里葉變換獲取距離多普勒二維譜數(shù)據(jù)，R_D(n)＝fft(Res(n))，n＝1,2...,511。

整個系統(tǒng)處理流程如附圖1所述。

附圖4-1為該實施例中探測一個真實飛行目標采用雜波不抑制方法的距離多普勒圖，從圖中可以看出雜波表現(xiàn)為理想的圖釘形，不會抬高噪聲基底，不影響遠處目標探測。

附圖4-2為該實施例中探測一個真實飛行目標采用雜波抑制方法的距離多普勒圖，從圖中可以看出雜波被抑制，目標突顯。

附圖4-3為該實施例中探測一架民航飛機的航跡與ADSB記錄信息比較，從圖中可以看出目標探測航跡與記錄信息基本吻合，說明了利用該PN序列信號源探測和處理方法的可行性。

應(yīng)該理解的是，本發(fā)明同樣對DTMB信號模式一(多載波模式)的PN420序列適用，附圖5-1為多載波DTMB信號PN420序列結(jié)構(gòu)示意圖，附圖5-2為PN420序列用于目標探測的PN_255數(shù)據(jù)段示意圖。附圖5-3為PN420序列探測一架無人機的距離多普勒圖，說明了利用PN420序列同樣可以探測目標。