本發(fā)明涉及雷達電子對抗技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法。

背景技術(shù)：

公知的，單脈沖雷達測角已是一種相對成熟的技術(shù)并廣泛應(yīng)用于高精度的跟蹤雷達系統(tǒng)中。然而，當雷達主波束內(nèi)同時存在角度相近且不同的目標和噪聲壓制干擾源時，目標回波在時域和頻域被具有一定帶寬的干擾所淹沒，常規(guī)的信號處理后，單脈沖雷達無法有效檢測目標，或錯誤的檢測、跟蹤干擾源，單脈沖測角的輸出為物理空間目標和干擾的加權(quán)平均，無法給出正確的角度指示，進而破壞雷達角度跟蹤系統(tǒng)。這種主瓣干擾不僅具有時頻域壓制的干擾效果，也具有角度欺騙的干擾效果，我們稱之為主瓣復(fù)合干擾。例如，有源雷達誘餌干擾(towedradaractivedecoy，trad)通常比真實目標回波信號的幅度要大很多，在空間上和目標保持一定的距離關(guān)系，在雷達主波束范圍內(nèi)目標和誘餌干擾不可分辨，誘餌可以轉(zhuǎn)發(fā)噪聲壓制干擾，極大的破壞了單脈沖雷達對真實目標的測角及跟蹤的精準度。

目前，單脈沖雷達對常規(guī)的主瓣干擾有幾種對抗方法，但是對主瓣內(nèi)復(fù)合干擾沒有很好的抗干擾方法?，F(xiàn)有的雷達抗一般的主瓣干擾可以：(1)提高雷達發(fā)射功率，采取“燒穿模式”，使電子干擾在一定距離上失效。燒穿距離與目標的rcs的四次方根成比例，一般出現(xiàn)在離雷達很近的地方，這使得雷達長期工作于被干擾的狀態(tài)。(2)提高雷達的距離分辨力，采用100m以上的雷達的發(fā)射信號帶寬，使雷達的距離高分辨力達到米的級別，試圖從距離上對目標和干擾源進行分辨。這種方法對主瓣內(nèi)干擾源是一個單點源干擾效果比較好，但是對主瓣復(fù)合干擾是沒有用的。因為主瓣復(fù)合干擾在整個距離量程內(nèi)都覆蓋了目標回波，而不是僅僅在目標所在距離單元覆蓋目標回波，即使提高了分辨力，其它分辨單元的干擾信號依然存在，從而無法在距離上分辨目標和干擾；(3)提高雷達角度分辨力，采用空間譜估計技術(shù)，使雷達角度分辨力達到波束寬度的1/2，在角度上對目標和干擾源進行分辨。然而實際上空間譜估計算法對信噪比要求很高，運算量非常大，工程上很難實現(xiàn)，復(fù)合干擾中的噪聲干擾成分后會抬高雷達接收機噪聲水平，降低信噪比，使得空間譜估計技術(shù)的性能大幅度降低。(4)運用直接極化濾波手段，分別對和通道、差通道進行極化濾波抑制干擾信號，再將濾波后的信號進行單脈沖測角處理。但是由于濾波后剩余干擾信號的存在，使得角度量測值總是存在一定的偏差，另外，濾波有可能會降低了信噪比，對后續(xù)的檢測帶來消極影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服背景技術(shù)中的不足，本發(fā)明公開了干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法。

為了實現(xiàn)所述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，具體包括以下步驟：

(1)、將單脈沖雷達改為單極化發(fā)射，雙極化接收工作方式：

所述雙極化接收工作方式為天線四個象限的每一路輸出都是雙極化的，每一路輸出包括水平極化和垂直極化兩路，每個象限有兩路輸出，四個象限共有8路輸出信號，具體為：

a路的垂直極化輸出av，水平極化輸出ah；

b路的垂直極化輸出bv，水平極化輸出bh；

c路的垂直極化輸出cv，水平極化輸出ch；

d路的垂直極化輸出dv，水平極化輸出dh；

將上述四個象限的8路輸出信號進行線性組合，構(gòu)成六路和、差信號，包括：水平極化的和信號σh、水平極化的方位差信號δh,a、水平極化的俯仰差信號δh,e，垂直極化的和信號σv、垂直極化的方位差信號δv,a、垂直極化的俯仰差信號δv,e；

上述六路和、差信號和a、b、c、d四象限的8路輸出信號的關(guān)系，表示如下：

σv＝av+bv+cv+dv

σh＝ah+bh+ch+dh

δv,a＝(av+cv)-(bv+dv)

δv,e＝(av+bv)-(cv+dv)

σh,a＝(ah+ch)-(bh+dh)

δh,e＝(ah+bh)-(ch+dh)

(2)、根據(jù)和通道的輸出信號，計算出復(fù)合干擾信號的極化比：

當雷達主波束范圍內(nèi)，同時存在角度不同的目標和干擾源時，和通道的輸出信號包含了目標信號和干擾信號，因此，垂直極化和通道、水平極化和通道的信號如下：

σv＝σtv+σiv

σh＝σth+σih；

由于干擾信號功率強，目標信號被干擾信號淹沒，干擾和目標信號功率比干擾信號功率大于15db，即σtv<<σiv，σth<<σih,因此垂直極化通道的輸出主要以干擾信號的垂直極化分量為主，水平極化通道的輸出主要以干擾信號的水平極化分量為主：

σv≈σiv

σh≈σih

干擾信號的極化特性即極化比，用水平極化的和通道、垂直極化的和通道輸出數(shù)據(jù)σh(t),σv(t)，得到：

根據(jù)上述公式，干擾信號的極化比利用這兩個極化通道中的回波信號進行極化估計得到，然后對不同距離/頻率單元的極化比估計值結(jié)果取均值；

(3)、和通道極化濾波預(yù)處理，搜索目標和干擾混疊的距離/速度分辨單元：

根據(jù)步驟(2)估計出的干擾極化矢量是[cosγsinγe^jφ]^t，基于正交投影準則，設(shè)計干擾抑制極化濾波器，濾波器矢量h滿足

h＝[sinγcosγe^-jφ]^t

對混疊有目標回波信號與干擾信號的兩個和通道(σv,σh)進行極化濾波，得到一個預(yù)處理后的和信號σpf：

兩個和通道經(jīng)過濾波后，干擾信號被顯著抑制，根據(jù)濾波后的數(shù)據(jù)進行檢測，搜索找到目標和干擾混疊所在的距離/速度分辨單元，并將該距離/速度分辨單元標記為ω,并將該ω單元所在的6路原始信號，未經(jīng)濾波處理過的信號提取出來，得到水平極化和垂直極化通道輸出的和信號σv(ω),σh(ω)，水平極化和垂直極化通道輸出的方位差信號δv,a(ω),δh,a(ω)，水平極化和垂直極化通道輸出的俯仰差信號δv,e(ω),δh,e(ω)；

(4)采用雙極化解耦角估計方法：

根據(jù)目標和干擾發(fā)生混疊的距離/速度分辨單元，將兩路和信號σv(ω),σh(ω)，水平極化和垂直極化的方位差信號δv,a(ω),δh,a(ω)，以及干擾極化比p，代入下面的公式，就可以去除干擾引入的測角偏差，直接在干擾環(huán)境下估計出真實目標的方位角θt,a

(5)、根據(jù)水平極化和垂直極化通道輸出的和信號σv(ω),σh(ω)，水平極化和垂直極化的俯仰差信號δv,e,δh,e，以及干擾極化比p，代入下面的公式，就可以去除干擾引入的測角偏差，直接在干擾環(huán)境下估計出真實目標的俯仰角：

所述的干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，步驟(1)中下角標v表示垂直極化，h表示水平極化，a表示方位角，e表示俯仰角。。

所述的干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，步驟(2)中下角標，t表示目標，i表示干擾，σtv表示目標的垂直極化分量，σiv表示干擾信號的垂直極化分量。σth表示目標的水平極化分量，σih表示干擾信號的水平極化分量。

所述的干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，步驟(2)中公式中t為時間/頻率標志，不同的t表示不同的距離/速度單元，。

所述的干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，步驟(4)中k為單脈沖雷達的角度鑒別曲線斜率，是已知量。下角標a表示方位角。

所述的干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，步驟(5)中k為單脈沖雷達的角度鑒別曲線斜率，是已知量；角標e表示俯仰角。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明所述的干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，將雷達天線由單極化天線改進為雙極化天線，改進單脈沖雷達接收機，增加和差網(wǎng)絡(luò)，提取水平極化三個通道輸出信號、垂直極化三個通道輸出信號，結(jié)合目標、干擾的極化特性測量，求解數(shù)學(xué)方程，消除干擾信號對目標角度的耦合誤差，估計出目標的真實角度，為對抗主瓣復(fù)合干擾提供了一種簡單而有效，且非常易于工程實現(xiàn)的方法；本發(fā)明可以應(yīng)用于現(xiàn)有目標指示雷達、跟蹤制導(dǎo)雷達、末制導(dǎo)雷達、火控雷達中，具有重要的現(xiàn)實意義。

2、常規(guī)單脈沖雷達天線一般為垂直極化或者水平極化，發(fā)射和接收的信號均為單一的極化信號；實際中，目標回波和主瓣復(fù)合干擾信號既有垂直極化分量，又有水平極化分量，將雷達改為單極化發(fā)射，雙極化接收工作方式，能夠同時接收回波信號的水平極化分量和垂直極化分量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明改進后的雙極化單脈沖雷達天線四象限構(gòu)成示意圖；

圖2是本發(fā)明改進后的雙極化單脈沖雷達接收機系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖；

圖3是主瓣復(fù)合干擾下雙極化單脈沖雷達目標角度測量流程圖；

圖4為主瓣復(fù)合干擾下單脈沖雷達和通道(h+v)接收信號的時域分布；

圖5為主瓣復(fù)合干擾條件下單脈沖雷達和通道(h+v)接收信號的頻域分布；

圖6是和通道極化濾波預(yù)處理后，目標和干擾混疊的距離分辨單元的檢測結(jié)果；

圖7是和通道極化濾波預(yù)處理后，目標和干擾混疊的速度分辨單元的檢測結(jié)果；

圖8為目標和干擾源所在的真實角度；

圖9為主瓣復(fù)合干擾條件下常規(guī)單脈沖雷達目標角度估計結(jié)果；

圖10為主瓣復(fù)合干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度估計結(jié)果(典型值isr＝20db，15db)；

圖11為主瓣復(fù)合干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度估計性能隨接收機噪聲系數(shù)的變化；

圖12為不同極化估計偏差條件下(極化比估計誤差)雙極化單脈沖雷達目標角度估計性能。

具體實施方式

通過下面的實施例可以詳細的解釋本發(fā)明，公開本發(fā)明的目的旨在保護本發(fā)明范圍內(nèi)的一切技術(shù)改進。

結(jié)合附圖1-12干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，具體包括以下步驟：

(1)、將單脈沖雷達改為單極化發(fā)射，雙極化接收工作方式：

將雷達接收天線改為雙極化接收并增加相應(yīng)的和差網(wǎng)絡(luò)、接收通道，形成雙極化單脈沖雷達，所述雙極化接收工作方式為天線四個象限的每一路輸出都是雙極化的，每一路輸出包括水平極化和垂直極化兩路，每個象限有兩路輸出，四個象限共有8路輸出信號，具體為：

a路的垂直極化輸出av，水平極化輸出ah；

b路的垂直極化輸出bv，水平極化輸出bh；

c路的垂直極化輸出cv，水平極化輸出ch；

d路的垂直極化輸出dv，水平極化輸出dh；

將上述四個象限的8路輸出信號進行線性組合，構(gòu)成六路和、差信號，包括：水平極化的和信號σh、水平極化的方位差信號δh,a、水平極化的俯仰差信號δh,e，垂直極化的和信號σv、垂直極化的方位差信號δv,a、垂直極化的俯仰差信號δv,e；

上述六路和、差信號和a、b、c、d四象限的8路輸出信號的關(guān)系，表示如下：

σv＝av+bv+cv+dv

σh＝ah+bh+ch+dh

δv,a＝(av+cv)-(bv+dv)

δv,e＝(av+bv)-(cv+dv)

σh,a＝(ah+ch)-(bh+dh)

δh,e＝(ah+bh)-(ch+dh)

(2)、根據(jù)和通道的輸出信號，計算出復(fù)合干擾信號的極化比：

當雷達主波束范圍內(nèi)，同時存在角度不同的目標和干擾源時，和通道的輸出信號包含了目標信號和干擾信號，因此，垂直極化和通道、水平極化和通道的信號如下：

σv＝σtv+σiv

σh＝σth+σih；

由于干擾信號功率強，目標信號被干擾信號淹沒，干擾和目標信號功率比干擾信號功率大于15db，即σtv<<σiv，σth<<σih,因此垂直極化通道的輸出主要以干擾信號的垂直極化分量為主，水平極化通道的輸出主要以干擾信號的水平極化分量為主：

σv≈σiv

σh≈σih

干擾信號的極化特性即極化比，用水平極化的和通道、垂直極化的和通道輸出數(shù)據(jù)σh(t),σv(t)，得到：

根據(jù)上述公式，干擾信號的極化比利用這兩個極化通道中的回波信號進行極化估計得到，然后對不同距離/頻率單元的極化比估計值結(jié)果取均值；

(3)、和通道極化濾波預(yù)處理，搜索目標和干擾混疊的距離/速度分辨單元：

根據(jù)步驟(2)估計出的干擾極化矢量是[cosγsinγe^jφ]^t，基于正交投影準則，設(shè)計干擾抑制極化濾波器，濾波器矢量h滿足

h＝[sinγcosγe^-jφ]^t

對混疊有目標回波信號與干擾信號的兩個和通道(σv,σh)進行極化濾波，得到一個預(yù)處理后的和信號σpf：

兩個和通道經(jīng)過濾波后，干擾信號被顯著抑制，根據(jù)濾波后的數(shù)據(jù)進行檢測，搜索找到目標和干擾混疊所在的距離/速度分辨單元，并將該距離/速度分辨單元標記為ω,并將該ω單元所在的6路原始信號，未經(jīng)濾波處理過的信號提取出來，得到水平極化和垂直極化通道輸出的和信號σv(ω),σh(ω)，水平極化和垂直極化通道輸出的方位差信號δv,a(ω),δh,a(ω)，水平極化和垂直極化通道輸出的俯仰差信號δv,e(ω),δh,e(ω)；

(4)采用雙極化解耦角估計方法：

根據(jù)目標和干擾發(fā)生混疊的距離/速度分辨單元，將兩路和信號σv(ω),σh(ω)，水平極化和垂直極化的方位差信號δv,a(ω),δh,a(ω)，以及干擾極化比p，代入下面的公式，就可以去除干擾引入的測角偏差，直接在干擾環(huán)境下估計出真實目標的方位角θt,a

(5)、根據(jù)水平極化和垂直極化通道輸出的和信號σv(ω),σh(ω)，水平極化和垂直極化的俯仰差信號δv,e,δh,e，以及干擾極化比p，代入下面的公式，就可以去除干擾引入的測角偏差，直接在干擾環(huán)境下估計出真實目標的俯仰角：

所述的干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，步驟(1)中下角標v表示垂直極化，h表示水平極化，a表示方位角，e表示俯仰角。。

所述的干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，步驟(2)中下角標，t表示目標，i表示干擾，σtv表示目標的垂直極化分量，σiv表示干擾信號的垂直極化分量。σth表示目標的水平極化分量，σih表示干擾信號的水平極化分量。

所述的干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，步驟(2)中公式中t為時間/頻率標志，不同的t表示不同的距離/速度單元，。

所述的干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，步驟(4)中k為單脈沖雷達的角度鑒別曲線斜率，是已知量。下角標a表示方位角。

所述的干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，步驟(5)中k為單脈沖雷達的角度鑒別曲線斜率，是已知量；角標e表示俯仰角。

實施本發(fā)明所述的干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度的估計方法，圖1是本發(fā)明改進后的雙極化單脈沖雷達天線四象限構(gòu)成示意圖。整個天線是平板縫隙陣列，具有a、b、c、d四個象限構(gòu)成，每個象限的天線單元是雙極化的，包括水平極化和垂直極化兩路。該天線發(fā)射信號時工作在水平極化，接收時可以同時接收水平極化回波和垂直極化回波。

圖2是本發(fā)明改進后的雙極化單脈沖雷達接收機系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖。

可以看到，每個象限有兩路極化信號輸出，四個象限就有8路輸出信號：

a路的垂直極化輸出av，水平極化輸出ah；

b路的垂直極化輸出bv，水平極化輸出bh；

c路的垂直極化輸出cv，水平極化輸出ch；

d路的垂直極化輸出dv，水平極化輸出dh。

這8路輸出信號經(jīng)過兩個和差網(wǎng)絡(luò)(水平極化和差網(wǎng)絡(luò)、垂直極化和差網(wǎng)絡(luò))進行線性組合，可以構(gòu)成六路信號，包括：水平極化的和信號σh、水平極化的方位差信號δh,a、水平極化的俯仰差信號δh,e，垂直極化的和信號σv、垂直極化的方位差信號δv,a、垂直極化的俯仰差信號δv,e。下角標v表示垂直極化，h表示水平極化，a表示方位角，e表示俯仰角。

圖3是主瓣復(fù)合干擾下雙極化單脈沖雷達目標角度測量流程圖。根據(jù)兩個和差網(wǎng)絡(luò)輸出的水平極化和通道信號和垂直極化和信號，計算出復(fù)合干擾信號的極化比，計算出極化濾波矢量，對兩路和通道盡心個極化濾波預(yù)處理，濾波后干擾信號會受到顯著抑制，大幅度改善信干比，找到目標和干擾混疊的所在的距離/速度分辨單元，確定該單元后，對六路信號的距離/速度分辨單元采用雙極化解耦角估計方法，估計出目標的方位和俯仰角。

圖4為主瓣復(fù)合干擾下單脈沖雷達和通道(h+v)接收信號的時域分布，此時干擾和目標信號功率比為15db，由于干擾信號比目標信號大15分貝，此時目標信號完全被壓制了，目標信號在時域無法檢測。

圖5為主瓣復(fù)合干擾條件下單脈沖雷達和通道(h+v)接收信號的頻域分布。此時干擾和目標信號功率比為15db，由于干擾信號比目標信號大15分貝，干擾信號的頻譜完全覆蓋目標所在頻率，此時目標信號完全被壓制，目標信號在頻域無法檢測。

圖6、圖7是和通道極化濾波預(yù)處理后，目標和干擾混疊的距離/速度分辨單元的檢測結(jié)果。可以看到，和通道極化濾波預(yù)處理后信號和干擾功率比得到很大的提高，可以大致分辨出目標大概所處的距離和速度分辨單元，從圖看出，目標大概處于0.1×10^-3位置的時域位置上，0.2khz的頻率位置，自動搜索找到該單元，用于下一步處理。

圖8給出了目標和干擾所在的真實位置，目標的方位和俯仰角都是-1度，干擾的方位和俯仰角是1.5度，波束寬度是6度。

圖9為主瓣復(fù)合干擾條件下常規(guī)單脈沖雷達目標角度估計結(jié)果。在主瓣復(fù)合干擾下，干擾信號使得雷達測角產(chǎn)生很大誤差，由于干擾信號功率比目標信號功率強20分貝，此時常規(guī)單脈沖處理的測角輸出大部分為干擾信號角度，所以測角輸出的方位和俯仰角大概在1.5度，1.5度范圍。

圖10為主瓣復(fù)合干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度估計結(jié)果，此時干擾信號功率比isr＝20db，射頻通道自身信噪比snr＝20db，可以看到按照專利的處理新方法，可以在干擾條件下比較準確的估計出目標所在的角度。

圖11為主瓣復(fù)合干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度估計性能隨接收機噪聲系數(shù)的變化?？梢钥吹剑旁氡仍礁?，新方法的估計性能越好，意味著接收機本身信噪比越高，噪聲系數(shù)越低，雷達目標的角度估計性能越高。

圖12為不同極化估計偏差條件下雙極化單脈沖雷達目標角度估計性能。假設(shè)干擾的極化比估計誤差在0-0.2之間，相位估計誤差為15度，雷達目標的角估計誤差隨著極化比估計誤差的增大而增大，這說明干擾的極化估計誤差越小，雷達目標的角度估計誤差越小。