一种提取垂直探测电离图描迹的方法

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1、一种提取垂直探测电离图描迹的方法　　摘要：本文针对垂直探测电离图的复杂性和特殊性，提出了一种提取垂直探测电离图描迹的方法。该算法先去干扰，然后进行OS-CFAR检测，最后去虚警点。通过对实测数据的处理，表明这种方法能够有效去除干扰并保留电离层信息，并且可移植度高，适合工程应用。　　关键词：垂直探测；描迹提取；去虚警点　　中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044（2016）15-0207-03　　Abstract：Inthispaper，thecomplexityandspecificityofdetectingverticalionization

2、diagramisproposedamethodforextractingaverticalionizationdetectiontraceofFIG.Thealgorithmgotointerference，thenOS-CFARdetector，andfinallytofalsealarmpoints.Byprocessingthemeasureddata，itshowsthatthismethodcaneffectivelyremovetheinterferenceandretainionosphereinformation，andmaybehightransp

3、lant，suitableforengineeringapplications..　　Keywords：Obliqueionogram；Traceextraction；OS-CFAR7　　由于电离层垂直探测所工作的频段为短波段，它是通过发射点垂直向上发射脉冲信号，通过扫频的方式，接收设备在发射频率上接收到由电离层反射的信号，通过信号处理，最终得到电离层的传播时间以及频高图，根据对频高图的度量分析和反演，可以获得电离层特征参数，以及探测点上空峰值高度以下电子密度随高度的分布，但一套完备的电离层垂直探测系统在探测过程中被其他信号干扰，就很难提供实时准确的电离层信息，因此，

4、能够有效的去除干扰，对提供电离层虚高、电离图描迹作用明显。目前，影响电离层描迹提取的干扰包括短波电台、短波通信、大气噪声以及低频段的未知同频信号等。　　目前国内外虽有一些关于垂直探测电离图描迹提取的文章，但以往电离图描迹提取是在图像域进行，这类方法在去除同频干扰阶段信号损失严重。部分文献给出了一些关于电离图描迹提取的方法，但大多方法计算步骤繁琐，可操作性很低。本文提供的方法中，在进行恒虚警描迹之前先进行了频域去干扰。然后根据需要的电离层特征信息，通过数据积累和信号处理方法有效去除离散在电离图上的虚警点。此种方法大大简化了计算步骤，并且处理结果表明该方法切实有效并且适合

5、工程应用。　　1提取垂测电离图描迹　　1.1去干扰　　在垂直探测接收的回波信号中，信号形式为脉冲信号，实际接收信号中混叠的噪声和干扰可看做人工电台产生的窄带干扰和空间环境中的高斯噪声，其中，窄带干扰信号可以视为多个单频正弦波干扰叠加而成，且干扰幅度比较大，通过合理设置幅度阙值，能够分离出干扰信号，进而去除或者抑制干扰信号。　　目前，N-sigma7算法和最大似然估计法是对门限选取的常用方法，但这两算法都对于环境自适应性不强。基于FFT插值方法原理，本文的方法如下。　　设回波信号中的一个单频正弦干扰为：　　利用式（8），构造出干扰数字序列　　接收垂测回波信号中，扣除式（

6、9）描述的干扰序列，即实现了干扰消除，考虑一个带通滤波器内存在多个频率干扰的问题，循环处理的步骤如下：　　1）使用FFT，在信号带宽内，计算单次回波所有谱线的平均幅度，找出最大值，幅度最大值与平均值的比值大于阙值时，如下继续进行去干扰步骤，否则结束。　　2）构造干扰序列，实现从回波信号中去除干扰。　　3）循环次数未达到预设次数，重复以上步骤。　　1.2OS-CFAR检测　　垂测电离图复杂多变，由于垂测电离层回波信号为合作源发射的扫频脉冲信号，具有相关性，因此，可以考虑滑窗的方式进行检测，滑窗内的每一个杂波样本可被看做参考单元，参考单元可用于估计滑窗内背景杂波功率，利用

7、参考滑窗对相邻未知的杂波样本进行功率估计。　　下图1展示了一个CFAR检测器原理框图，分量I和分量Q通过平方律检波，构成的序列称为杂波序列，该杂波序列串行进入移位寄存器，在长度为的移位寄存器中，形成了参考滑窗，该滑窗是由前后窗各的杂波序列形成的，检测单元可表示为，CFAR检测器通过这两个前后窗杂波序列形成滑窗，共N个杂波样本，估算出滑窗内的背景杂波功率，用此种方法来确定检测门限，最终形成了检测单元内是否存在目标的CFAR判决。7　　虚警概率可以通过式（10）计算得到：　　其中标识Z的概率密度函数（PDF），为随机变量Z的矩母函数（MGF），矩母函数具