本發(fā)明涉及地基雷達(dá)對(duì)抗有源干擾領(lǐng)域，特涉及一種自適應(yīng)對(duì)抗含多徑有源壓制干擾的副瓣對(duì)消方法。

背景技術(shù)：

對(duì)抗有源干擾是雷達(dá)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中需要應(yīng)對(duì)的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。陣列天線擁有較多的空域自由度，因此從空域角度對(duì)抗從天線方向圖副瓣進(jìn)入的有源干擾成為可能。

現(xiàn)有的空域?qū)褂性磯褐聘蓴_的理論僅在自由空間中考慮干擾的波達(dá)角特性，并在此條件下得到了干擾對(duì)抗的最優(yōu)解。但在實(shí)際雷達(dá)陣地條件的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，不同的陣地環(huán)境因素對(duì)于傳統(tǒng)的空域?qū)褂性磯褐聘蓴_的副瓣對(duì)消算法效果存在顯著影響。通過(guò)大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：由陣地地形地貌因素對(duì)于干擾源波束耦合產(chǎn)生的干擾多徑傳播正是造成傳統(tǒng)空域副瓣對(duì)消算法性能不穩(wěn)定的主要因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)背景技術(shù)中的傳統(tǒng)空域副瓣對(duì)消性能高度敏感于陣地環(huán)境的局限性，本發(fā)明提出了一種自適應(yīng)對(duì)抗含多徑有源壓制干擾的副瓣對(duì)消方法，降低了雷達(dá)副瓣對(duì)消算法性能依賴(lài)陣地環(huán)境的高敏感度，從而保證了副瓣對(duì)消算法性能的穩(wěn)定性。本發(fā)明通過(guò)將雷達(dá)接收到的副瓣對(duì)消通道中的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時(shí)聯(lián)合，再利用eca算法進(jìn)行副瓣對(duì)消，從而達(dá)到穩(wěn)健的副瓣對(duì)消目的。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種自適應(yīng)對(duì)抗含多徑有源壓制干擾的副瓣對(duì)消方法，順序包括副瓣對(duì)消通道數(shù)據(jù)空時(shí)聯(lián)合步驟、eca步驟，mtd和cfar步驟，其特征在于：

所述的副瓣對(duì)消通道數(shù)據(jù)空時(shí)聯(lián)合步驟包括：

1.1構(gòu)造數(shù)據(jù)延時(shí)節(jié)子步驟；

將逐個(gè)pri內(nèi)副瓣對(duì)消通道預(yù)處理后的一幀數(shù)據(jù)sfi(t)，在快拍分別進(jìn)行延遲τn(n＝1,2,3,…,m)，得到延伸后的快拍數(shù)據(jù)矩陣sfi(t-τ)；

1.2構(gòu)造空時(shí)聯(lián)合數(shù)據(jù)塊子步驟；

將步驟1.1輸出的逐個(gè)pri延遲后的副瓣對(duì)消通道數(shù)據(jù)矩陣sfi(t-τ)按順序在空域維度排列，使其擴(kuò)展成一個(gè)空時(shí)聯(lián)合的數(shù)據(jù)矩陣sf(t-τ)；

所述的eca步驟是，使用空時(shí)聯(lián)合的副瓣對(duì)消通道回波數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)在快拍空域維的信號(hào)子空間，利用正交投影技術(shù)完成主通道回波中的壓制有源干擾的對(duì)消，包括下述子步驟：

2.1構(gòu)建擴(kuò)展的正交投影算子步驟；

將步驟1.2中的空時(shí)聯(lián)合數(shù)據(jù)矩陣sf(t-τ)構(gòu)建信號(hào)子空間，并計(jì)算其正交投影算子p^⊥；

2.2主通道回波中的壓制有源干擾的對(duì)消子步驟；

將步驟2.1中得到的正交投影算子p^⊥，投影在主通道回波預(yù)處理后的數(shù)據(jù)sz(t)，得到濾除干擾后的主通道回波sz-op(t)；

所述的mtd和cfar步驟是，使用mtd將目標(biāo)回波在慢拍進(jìn)行相參積累，使用cfar將雜波噪聲背景中目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，包括下述子步驟：

3.1mtd子步驟；

將步驟2.2中得到的主通道回波sz-op(t)在慢拍改寫(xiě)為sz-op(t,prin)，并進(jìn)行積累，得到多個(gè)pri的主通道回波數(shù)據(jù)矩陣sz-op(t,tm)，將此數(shù)據(jù)矩陣在慢拍進(jìn)行多普勒濾波得到主通道回波的距離多普勒平面sz-op(t,fm)；

3.2cfar子步驟；

將步驟3.1中得到的sz-op(t,fm)進(jìn)行快拍的cfar運(yùn)算，獲取動(dòng)目標(biāo)的距離多普勒信息。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的信號(hào)處理框圖；

圖2為逐個(gè)多普勒單元的cfar處理流程；

圖3為本發(fā)明和傳統(tǒng)副瓣對(duì)消對(duì)于雙有源噪聲壓制干擾對(duì)消前后的干擾剩余比較圖；

圖4為本發(fā)明和傳統(tǒng)副瓣對(duì)消對(duì)于雙有源噪聲壓制干擾的能量抑制性能比較圖；

圖5為有源噪聲壓制干擾在傳統(tǒng)空域副瓣對(duì)消后的距離多普勒通道選大圖；

圖6為有源噪聲壓制干擾在本發(fā)明對(duì)消后的距離多普勒通道選大圖；

圖7為有源密集假目標(biāo)壓制干擾在傳統(tǒng)空域副瓣對(duì)消后的距離幅度圖；

圖8為有源密集假目標(biāo)壓制干擾在本發(fā)明對(duì)消后的距離幅度圖；

圖9為有源密集假目標(biāo)壓制干擾在傳統(tǒng)空域副瓣對(duì)消后的距離多普勒平面；

圖10為有源密集假目標(biāo)壓制干擾在本發(fā)明對(duì)消后的距離多普勒平面。

具體實(shí)施方式

名詞解釋?zhuān)?/p>

pri：脈沖重復(fù)間隔。

快拍：同一個(gè)pri內(nèi)的采樣時(shí)間計(jì)數(shù)。

慢拍：不同pri脈沖間的時(shí)間計(jì)數(shù)。

空時(shí)聯(lián)合：空域維度和時(shí)域維度聯(lián)合處理。

eca：擴(kuò)展對(duì)消算法(extensivecancellationalgorithm)。

dbf：數(shù)字波束形成(digitalbeamform)。

pc：脈沖壓縮(pulsecompress)。

cfar：恒虛警檢測(cè)(constantfalsealarmrate)。

mtd：動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(movingtargetsdetection)。

sinr：信干噪比(signalinterferencenoiseratio)。

ier：干擾對(duì)消比(interferenceeliminateratio)。

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種自適應(yīng)對(duì)抗含多徑有源壓制干擾的副瓣對(duì)消方法,實(shí)現(xiàn)了降低雷達(dá)副瓣對(duì)消算法性能依賴(lài)陣地環(huán)境敏感度高的目的。

如圖1所示，本發(fā)明的信號(hào)處理主要順序包括副瓣對(duì)消通道數(shù)據(jù)空時(shí)聯(lián)合步驟、eca步驟，mtd和cfar步驟。圖1中的副瓣對(duì)消通道和主通道數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括了通道校正、dbf、pc等常規(guī)處理方法，這些步驟的原理與實(shí)現(xiàn)方法在這里不做累述。

如圖2所示，本發(fā)明的逐個(gè)多普勒單元的cfar處理流程。該流程使用了雙邊平均的計(jì)算模型。

如圖3所示，本發(fā)明和傳統(tǒng)副瓣對(duì)消對(duì)于雙有源噪聲壓制干擾對(duì)消前后的干擾剩余比較圖。該圖描述了在雷達(dá)試驗(yàn)平臺(tái)做圓周機(jī)械掃描時(shí)的抗干擾效果。圖中的青綠色點(diǎn)滑線表述的是系統(tǒng)在沒(méi)有受到干擾時(shí)的噪聲基底強(qiáng)度；藍(lán)色實(shí)線表述在沒(méi)有采取任何抗干擾方法時(shí)的系統(tǒng)接收干擾能量強(qiáng)度；紅色間斷線表述的是在采取傳統(tǒng)空域?qū)ο椒ㄏ碌母蓴_能量剩余；黑色點(diǎn)狀線表述的是在采取本發(fā)明時(shí)的干擾能量剩余。傳統(tǒng)空域?qū)ο椒ㄔ陔p干擾源的情況下幾乎在所有副瓣方向的干擾能量剩余都大于本發(fā)明。

如圖4所示，本發(fā)明和傳統(tǒng)副瓣對(duì)消對(duì)于雙有源噪聲壓制干擾的能量抑制性能比較圖。本發(fā)明在大多數(shù)角度都擁有較高的抑制比。在部分角度的抑制比突然下降與參考樣本含有強(qiáng)地雜波程度相關(guān)。在主瓣方向，兩種方法對(duì)于抗干擾都是無(wú)效的。

如圖5所示，有源噪聲壓制干擾在傳統(tǒng)空域副瓣對(duì)消后的距離多普勒通道選大圖。有源干擾在傳統(tǒng)空域?qū)ο?，系統(tǒng)可以檢測(cè)到sinr較強(qiáng)的目標(biāo)。選取了兩個(gè)距離單元的強(qiáng)目標(biāo)進(jìn)行定標(biāo)，分別是120.5km和268.1km處的兩個(gè)目標(biāo)。

如圖6所示，有源噪聲壓制干擾在本發(fā)明對(duì)消后的距離多普勒通道選大圖。有源干擾在經(jīng)過(guò)本發(fā)明處理后，干擾剩余減少大于20db，使得系統(tǒng)不但可以檢測(cè)到圖5所示的目標(biāo)，還檢測(cè)到圖5中不能檢測(cè)到的弱sinr目標(biāo)，這若干目標(biāo)位于120km-150km處。

如圖7所示，有源密集假目標(biāo)壓制干擾在傳統(tǒng)空域副瓣對(duì)消后的距離幅度圖。在距離維度上看到干擾被消除了一部分，但還存在明顯的干擾剩余(藍(lán)色曲線是對(duì)消前的回波，紅色曲線是對(duì)消后的干擾剩余)。僅有一個(gè)較強(qiáng)目標(biāo)回波信號(hào)可以被檢測(cè)到。

如圖8所示，有源密集假目標(biāo)壓制干擾在本發(fā)明對(duì)消后的距離幅度圖。在脈壓的時(shí)域結(jié)果上看到干擾幾乎被完全消除，干擾剩余已達(dá)到潔凈區(qū)的噪聲強(qiáng)度，多個(gè)目標(biāo)回波可以被檢測(cè)到。圖中的藍(lán)色曲線是對(duì)消前的回波，紅色曲線是對(duì)消后的干擾剩余。

如圖9所示，有源密集假目標(biāo)壓制干擾在傳統(tǒng)空域副瓣對(duì)消后的距離多普勒平面。在距離多普勒平面(mtd的結(jié)果)上可以看到，雖然干擾剩余與目標(biāo)不在同一多普勒單元，但干擾還是在平面上的非零多普勒區(qū)域成片出現(xiàn)，對(duì)于此處的目標(biāo)檢測(cè)產(chǎn)生了虛警概率和漏警概率提高的影響。

如圖10所示，有源密集假目標(biāo)壓制干擾在本發(fā)明對(duì)消后的距離多普勒平面。在距離多普勒平面(mtd的結(jié)果)上可以看到，干擾幾乎不存在顯著剩余，虛警概率和漏警概率保持穩(wěn)定，目標(biāo)易于被檢測(cè)。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例：

一.副瓣對(duì)消通道數(shù)據(jù)空時(shí)聯(lián)合步驟：

1.1構(gòu)造數(shù)據(jù)延時(shí)節(jié)子步驟；

將逐個(gè)pri內(nèi)副瓣對(duì)消通道預(yù)處理后的一幀數(shù)據(jù)sfi(t)，在快拍分別進(jìn)行延遲τn(n＝1,2,3,…,m)，得到延伸后的快拍數(shù)據(jù)矩陣sfi(t-τ)，其流程如圖1所示。

本實(shí)施例采用2mhz的系統(tǒng)帶寬，干擾樣式為有源連續(xù)噪聲或密集假目標(biāo)壓制干擾，其干擾帶寬大于等于系統(tǒng)帶寬，干擾源數(shù)目為2，分別置于正北角度的218°和235°。

其中，τn表示第n個(gè)延時(shí)節(jié)的延時(shí)值，τ表示整個(gè)數(shù)據(jù)矩陣的延時(shí)。

1.2構(gòu)造空時(shí)聯(lián)合數(shù)據(jù)塊子步驟；

將步驟1.1輸出的逐個(gè)pri延遲后的副瓣對(duì)消通道數(shù)據(jù)矩陣sfi(t-τ)按順序在空域維度排列，使其擴(kuò)展成一個(gè)空時(shí)聯(lián)合的數(shù)據(jù)矩陣sf(t-τ)：

其中，i為副瓣對(duì)消通道個(gè)數(shù)，i＝1,2,3,...,a。流程如圖1所示。

二.所述的eca步驟是，使用空時(shí)聯(lián)合的副瓣對(duì)消通道回波數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)在快拍空域維的信號(hào)子空間，利用正交投影技術(shù)完成主通道回波中的壓制有源干擾的對(duì)消，包括下述子步驟：

2.1構(gòu)建擴(kuò)展的正交投影算子步驟；

將步驟1.2中的空時(shí)聯(lián)合數(shù)據(jù)矩陣sf(t-τ)構(gòu)建信號(hào)子空間，并計(jì)算其正交投影算子p^⊥：

p^⊥＝i-x^h<x,x>^-1x

其中，i為單位陣，<x,x>為矩陣x的自相關(guān)運(yùn)算，x為sf(t-τ)，(·)^-1為求逆運(yùn)算，(·)^h為共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算，p^⊥為正交投影算子。流程如圖1所示。

2.2主通道回波中的壓制有源干擾的對(duì)消子步驟；

將步驟2.1中得到的正交投影算子p^⊥，投影在主通道回波預(yù)處理后的數(shù)據(jù)sz(t)，得到濾除干擾后的主通道回波sz-op(t)：

sz-op(t)＝p^⊥sz(t)＝sz(t)-x^h<x,x>^-1xsz(t)

其中，p^⊥為正交投影算子，x為副瓣對(duì)消通道空時(shí)聯(lián)合后的數(shù)據(jù)矩陣sf(t-τn)，sz-op(t)為濾除干擾后的主通道回波。流程如圖1所示。

三.所述的mtd和cfar步驟是，使用mtd將目標(biāo)回波在慢拍進(jìn)行相參積累，使用cfar將雜波噪聲背景中目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，包括下述子步驟：

3.1mtd子步驟；

將步驟2.2中得到的主通道回波sz-op(t)在慢拍改寫(xiě)為sz-op(t,prin)，并進(jìn)行積累，得到多個(gè)pri的主通道回波數(shù)據(jù)矩陣sz-op(t,tm)，將此數(shù)據(jù)矩陣在慢拍進(jìn)行多普勒濾波得到主通道回波的距離多普勒平面sz-op(t,fm)：

sz-op(t,fm)＝fft[sz-op(t,tm)]·fft[h(tm)]

其中，sz-op(t,prin)表示第n個(gè)pri的主通道回波數(shù)據(jù)，sz-op(t,tm)表示共計(jì)b+1個(gè)慢拍回波數(shù)據(jù)組合構(gòu)成的檢測(cè)組；fft[·]代表傅里葉變換運(yùn)算，(·)^t為轉(zhuǎn)置運(yùn)算，h(tm)表示多普勒濾波器組的時(shí)域響應(yīng)。流程如圖1所示。

3.2cfar子步驟；

將步驟3.1中得到的sz-op(t,fm)進(jìn)行快拍的cfar運(yùn)算，獲取動(dòng)目標(biāo)的距離多普勒信息。流程如圖2所示。

本發(fā)明步驟中，可替代的方案是：在步驟1.2中，多個(gè)副瓣對(duì)消通道的排列順序可以根據(jù)需要改變，但應(yīng)和步驟2.1中的變量x保持一致。

本發(fā)明的有益效果是：在步驟1.1中將副瓣對(duì)消通道數(shù)據(jù)在快拍進(jìn)行了延時(shí)運(yùn)算，從而構(gòu)建了主回波通道中可能存在的不同時(shí)延干擾多徑分量，進(jìn)而從根本上體現(xiàn)了多徑分量在信號(hào)子空間中存在。這是與傳統(tǒng)空域副瓣對(duì)消構(gòu)建樣本結(jié)構(gòu)有所區(qū)別的地方。

在步驟1.2中將多個(gè)副瓣對(duì)消通道數(shù)據(jù)完成步驟1.1的運(yùn)算后進(jìn)行擴(kuò)展，從而提供了多個(gè)空域上的自由度，使得區(qū)分并消除多個(gè)非相干干擾波束成為可能。由于使用了子空間對(duì)消方法，使得只要保證子空間中存在所需的干擾多徑分量即可，與構(gòu)建通道順序無(wú)關(guān)。步驟1.1和步驟1.2共同完成了數(shù)據(jù)樣本的空時(shí)聯(lián)合過(guò)程，從而產(chǎn)生了對(duì)消含有多徑的多個(gè)干擾源波束的能力。

在步驟2.1和步驟2.2中利用能量最小剩余準(zhǔn)則，使用子空間的正交投影算法可以保證輸出能量最小。由于目標(biāo)與干擾在空域上不處于同一波達(dá)角，加之副瓣對(duì)消通道與主通道在不同角度空域上的增益不同，從而達(dá)到濾除干擾又保留目標(biāo)的目的。