CN101881822A - 一种针对共享谱雷达同频干扰的抑制方法 - Google Patents

Abstract

该发明属于雷达目标检测技术中针对共享谱各雷达之间同频干扰等的抑制方法。包括为每个距离单元对应设置一滤波器，回波信号的采样，采样信号的分离，各雷达回波信号初始功率的确定，干扰信号的功率确定，迭代加权向量的确定，脉冲压缩处理以抑制同频干扰并经迭代处理以达到对同频干扰的抑制要求止。该发明与背景技术(MAPC)相比、经一次迭代处理后、对同频干扰的抑制效果即与背景技术经两次迭代处理的效果相当；因而，具有对同频干扰等的抑制能力强、收敛速度快，可有效提高单目标及多目标环境下雷达系统检测的动态范围、以及对目标检测的实时性和准确性，且虚警率低等特点。

Description

一种针对共享谱雷达同频干扰的抑制方法

技术领域

本发明属于雷达目标检测技术领域，特别是一种涉及共享谱雷达系统中各雷达之间同频干扰等的抑制方法。

背景技术

共享谱雷达在实现高效利用频谱资源的同时能够实现实时无缝隙的进行大范围监测。共享谱雷达系统中各雷达邻近工作，每部雷达所接收到的回波是各共享谱雷达回波等的混叠(波)。对某台具体的雷达来说，除杂波干扰外、其他共享谱雷达的回波亦会对该雷达形成干扰，因此、需对不同雷达的回波进行分离，正交波形是其最佳选择；但实际中正交波形难以实现，往往导致同频干扰无法有效抑制。在多目标环境下，强的同频干扰会淹没邻近的弱小目标回波的主瓣，导致雷达系统检测目标的动态范围降低，虚警概率增大；尤其是对于机载雷达在飞行编队的情况下，由于飞机近距离飞行，雷达间存在着旁瓣泄漏，同频干扰问题将会更加突出，对整个雷达系统造成严重的影响，给共享谱雷达中各雷达的实时监测造成极大困难。因此，要确保共享谱雷达系统的检测性能，则需设法抑制共享谱雷达系统中各雷达之间这种同频干扰。

由于共享谱雷达是同频工作的，对某一台雷达来说，来自其他雷达的回波信号(即干扰)与该雷达的回波信号载频是一样的，不可能像其他工作在不同频段的多基雷达系统、可以从频域上直接将干扰信号滤除。在共享谱雷达中，同频干扰的存在导致相同参数的匹配滤波器无法获得最佳的处理效果。

Blunt等人提出了多基地自适应脉冲压缩(MAPC)技术，该方法基于最小均方误差(MMSE)，根据各雷达的回波信号，自适应地为各雷达中每个距离单元确定一个滤波器，以压制距离旁瓣以及来自工作在同一频段上的多个雷达的相互干扰。MAPC技术是将各雷达接收到的所有回波信号通过采用最小均方误差设计的滤波器进行处理，由于没对回波信号中各类干扰信号分别进行针对性处理；因而存在各共享谱雷达对干扰信号的抑制性差、收敛速度慢，系统检测目标的动态范围窄，虚警概率大，影响了雷达系统在同频干扰环境下的检测性能等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种针对共享谱雷达同频干扰的抑制方法，以达到增强对同频干扰的抑制效果，有效提高单目标及多目标环境下雷达系统检测的动态范围、以及检测的实时性和准确性，降低虚警率等目的。

本发明的解决方案是分别将共享谱雷达接收到的各回波信号中的目标回波信号、距离旁瓣的回波信号、共享谱中其他雷达的回波信号及噪声信号四部分的能量(强度)之和作为建模参数，以脉冲压缩后的目标信号功率与干扰信号功率之差的最大值作为基准、为每个距离单元分别设计一个滤波器来实现脉冲压缩，从而达到抑制同频干扰的目的。因而，本发明方法包括：

首先根据拟接收到的各回波信号中的目标回波信号、距离旁瓣的回波信号、共享谱中其他雷达的回波信号及噪声信号四部分的能量(强度)之和作为建模参数，以脉冲压缩后的目标信号功率与干扰信号功率之差的最大值作为基准、为每个距离单元对应设置一滤波器，并存储待用；

步骤1.回波信号的采样：对接收到的射频信号通过A/D转换器将其转变为数字信号，以对回波信号进行采样处理；

步骤2.信号分离：将经步骤1所得信号采用常规波束形成技术、对不同方向的回波信号进行分离处理，以抑制部分干扰信号；

步骤3.各雷达回波信号初始功率的确定：将步骤2所得分离处理后的信号采用传统方法经滤波器对各距离单元的信号进行脉冲压缩处理、以确定各雷达的初始距离像，并根据初始距离像进而确定各雷达回波信号的初始功率；

步骤4.干扰信号功率的确定：首先分别确定干扰信号中的距离旁瓣信号、同频干扰信号和干扰信号的功率，然后对三者的功率进行求和处理，以确定干扰信号功率；

4.1.距离旁瓣功率的确定：将已获得到的当前雷达的回波信号功率作为加权系数，对当前雷达发射信号的功率进行加权处理，以确定距离旁瓣功率；

4.2.同频干扰功率的确定：将所获得的系统中其他雷达的回波信号功率作为加权系数，对其他雷达的发射信号功率进行加权处理，以确定同频干扰功率；

4.3.噪声功率的确定：根据环境状况确定的辅助距离单元(即只有噪声、而无目标存在的距离单元)，对该距离单元的回波信号进行平方差处理，并将其结果作为噪声的功率；

4.4.干扰信号功率的确定：对所得距离旁瓣功率、同频干扰功率和噪声率功率进行求和处理，以确定干扰信号功率；

步骤5.迭代加权向量的确定：通过所得回波信号功率与干扰信号功率之差、确定目标回波信号功率，并以目标回波信号功率与干扰信号功率之差的最大值为基准、确定迭代加权向量；

步骤6.脉冲压缩处理以抑制同频干扰：将步骤5所得迭代加权向量作为加权系数更新存储待用的滤波器，对步骤2所得分离信号按不同距离单元、利用更新后的滤波器分别对不同距离单元的信号进行脉冲压缩处理，以进一步抑制其同频干扰；

步骤7.根据步骤6脉冲压缩处理后的信号确定各相应雷达的距离像、进而确定本次迭代后各雷达回波信号的功率后；重复步骤4、5、6，直至达到对同频干扰的抑制要求止。上述常规波束形成技术为采用自适应或非自适应波束形成器进行波束形成处理。在步骤3中所述采用传统方法经滤波器对各距离单元的信号进行脉冲压缩处理，其滤波器为匹配滤波器。

本发明通过将共享谱雷达接收到的各回波信号中的目标回波信号、距离旁瓣的回波信号、共享谱中其他雷达的回波信号及噪声信号四部分的能量(强度)之和作为建模参数，以脉冲压缩后的目标信号功率与干扰信号功率之差的最大值作为基准，对每个距离单元分别设计滤波器；并对每个距离单元的加权向量循环进行更新，经迭代处理、从而达到抑制同频干扰的目的。本发明与背景技术(MAPC)相比、经一次迭代处理后对同频干扰的抑制效果即与背景技术经两次迭代处理的效果相当；因而，本发明具有对同频干扰等的抑制能力强、收敛速度快，可有效提高单目标及多目标环境下雷达系统检测的动态范围、以及对目标检测的实时性和准确性，且虚警率低等特点。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图(方框图)；

图2为本实施方式与背景技术(MAPC)分别经一次迭代处理后对同频干扰的抑制效果对比示意图；图中实(曲)线及虚(曲)线分别为本实施方式及背景技术效果示意图；

图3为本实施方式与背景技术(MAPC)分别经二次迭代处理后对同频干扰的抑制效果对比示意图；图中实(曲)线及虚(曲)线分别为本实施方式及背景技术效果示意图。

具体实施方式

系统中的雷达数目K为2部，发射信号s_k(k＝1，2)采用线性调频相位编码，码长为N＝30位、中频f₀＝60MHz、信号带宽B＝2MHz、子脉冲宽度τ_c＝0.2μs；接收天线均采用阵元数目L为11的均匀线阵、且雷达回波到达角(DOA)θ₁和θ₂已知，本实施方式θ₁和θ₂分别为0°和10°，处理窗长度M为100个距离单元，本实施方式将迭代次数p设为2；

根据上述参数，确定共享谱雷达各个接收天线阵元接收到的回波信号

l＝1，2，…，L，在此基础上，依据脉冲压缩后的目标信号功率与干扰信号功率之差的最大值为每个距离单元设置对应的滤波器，并存储待用；

步骤1.回波信号的采样：系统内两雷达收到回波信号后，分别按奈奎斯特采样定理进行采样，其采样矩阵为：

其中：p是迭代次数，L是接收天线的阵元数目；包括长度为M的处理窗以及(p-1)(N-1)的窗前数据和p(N-1)的窗后数据；

步骤2.信号分离：对采样所得回波信号通过下式进行分离处理：

$z_k\left(m\right)=b_k^H\tilde{y}\left(m\right)---\left(1\right)$

其中，

是归一化的波束形成器，k＝1，…，K，是第k部雷达回波信号的空间控制矢量，θ_k是第k部雷达回波信号的到达角，

是L个天线阵元在第m个抽样时刻的采样；步骤3.确定各雷达回波信号的初始功率：对分离所得信号通过：

$x_{\mathrm{mf},k}\left(m\right)=s_k^H{\tilde{z}}_k\left(m\right)---\left(2\right)$

确定初始距离像；而通过：

ρ_k(m)＝|x_mf，k(m)|²                (3)

确定与各初始距离像对应的回波信号功率；

以上两式中：s_k＝[s_k(0)，s_k(1)，，…，s_k(N-1)]^T是第k部雷达发射信号的N点采样向量，

是长度为N的波束形成后信号的连续采样。

步骤4.确定干扰信号功率：利用已得的回波信号功率和发射信号功率，通过(4)、(5)、(6)三式分别确定距离旁瓣功率、同频干扰功率和噪声功率，最后通过式(7)确定干扰信号功率：

$R_{\mathrm{side},k}\left(m\right)={\left|{\mathrm{\γ}}_{k,k}\right|}^2\underset{n=-N+1,n\≠0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_k(m+n)s_{k,n}{s}_{k,n}^H---\left(4\right)$

$R_{I,k}\left(m\right)=\underset{i=1,i\≠k}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left({\left|{\mathrm{\γ}}_{k,i}\right|}^2\underset{n=-N+1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_i(m+n)s_{i,n}{s}_{i,n}^H\right)---\left(5\right)$

R_n，k(m)＝γ_k，kσ²I_N                        (6)

R_I(m)＝R_side，k(m)+R_I，k(m)+R_n，k(m)         (7)

其中：是第k个空间控制矢量与第i个空间控制矢量的归一化相关，s_i，n是第i个发射波形n采样平移，剩余的n个采样补零，如s_i，3＝[0，0，0，s_i(0)，s_i(1)，…，s_i(N-2)]^T，n＝3；s_i，-3＝[s_i(3)，…，s_i(N-1)，0，0，0]^T，n＝-3，σ²为噪声功率，I_N是N×N的单位矩阵；

步骤5.确定迭代加权向量：利用所得的回波信号功率和干扰信号功率通过下式确定迭代权向量：

$w_k\left(m\right)={\mathrm{\ρ}}_k\left(m\right)R_I^{-1}\left(m\right)s_k---\left(8\right)$

步骤6.确定各雷达回波信号功率：利用所得迭代加权向量和分离后的回波信号，通过式(9)进行脉冲压缩处理，以抑制同频干扰，并确定迭代后的距离像，进而根据式(10)确定迭代后的回波信号功率：

$x_{k,2}\left(m\right)=w_k^H\left(m\right){\tilde{z}}_k\left(m\right)---\left(9\right)$

ρ_k(m)＝|x_k(m)|²                    (10)

步骤7.本实施方式再重复步骤4、5、6，进行第二次迭代处理即达到对同频干扰的抑制要求。

本实施方式经一次迭代后，干扰峰值为-30dB，且输出的SIR(信号功率与干扰功率之比)为37dB；而对应的背景技术(MAPC)的干扰峰值为-18dB，输出的SIR为27dB；一次迭代后，本实施方式输出的SIR较背景技术(MAPC)改善了10dB；附图2即为分别经一次迭代处理后、本实施方式与背景技术对同频干扰抑制的效果对比示意图；

经两次迭代以后，本实施方式的干扰峰值为-72dB，输出的SIR为106dB；背景技术(MAPC)的干扰峰值为-26dB左右，输出的SIR为58dB；本实施方式输出的SIR较背景技术(MAPC)改善了40dB以上；附图3为分别经二次迭代处理后、本实施方式与背景技术对同频干扰抑制的效果对比示意图；

以上可看出：本实施方式经一次迭代后对同频干扰抑制的效果即与背景技术两次迭代的效果相当；此外，经运行，若背景技术的抑制效果要达到本实施方式两次迭代后的效果，则需经四次迭代处理才行。

Claims (3)

1.一种针对共享谱雷达同频干扰的抑制方法，包括：

首先根据拟接收到的各回波信号中的目标回波信号、距离旁瓣的回波信号、共享谱中其他雷达的回波信号及噪声信号四部分的能量之和作为建模参数，以脉冲压缩后的目标信号功率与干扰信号功率之差的最大值为基准、为每个距离单元对应设置一滤波器，并存储待用；

步骤1.回波信号的采样：对接收到的射频信号通过A/D转换器将其转变为数字信号，以对回波信号进行采样处理；

步骤2.信号分离：将经步骤1所得信号采用常规波束形成技术、对不同方向的回波信号进行分离处理，以抑制部分干扰信号；

步骤3.各雷达回波信号初始功率的确定：将步骤2所得分离处理后的信号采用传统方法经滤波器对各距离单元的信号进行脉冲压缩处理、以确定各雷达的初始距离像，并根据初始距离像进而确定各雷达回波信号的初始功率；

步骤4.干扰信号功率的确定：首先分别确定干扰信号中的距离旁瓣信号、同频干扰信号和干扰信号的功率，然后对三者的功率进行求和处理，以确定干扰信号功率；

4.1.距离旁瓣功率的确定：将已获得到的当前雷达的回波信号功率作为加权系数，对当前雷达发射信号的功率进行加权处理，以确定距离旁瓣功率；

4.2.同频干扰功率的确定：将所获得的系统中其他雷达的回波信号功率作为加权系数，对其他雷达的发射信号功率进行加权处理，以确定同频干扰功率；

4.3.噪声功率的确定：根据环境状况确定的辅助距离单元，对该距离单元的回波信号进行平方差处理，并将其结果作为噪声的功率；

4.4.干扰信号功率的确定：对所得距离旁瓣功率、同频干扰功率和噪声率功率进行求和处理，以确定干扰信号功率；

步骤5.迭代加权向量的确定：通过所得回波信号功率与干扰信号功率之差、确定目标回波信号功率，并以目标回波信号功率与干扰信号功率之差的最大值为基准、确定迭代加权向量；

步骤6.脉冲压缩处理以抑制同频干扰：将步骤5所得迭代加权向量作为加权系数更新存储待用的滤波器，对步骤2所得分离信号按不同距离单元、利用更新后的滤波器分别对不同距离单元的信号进行脉冲压缩处理，以进一步抑制其同频干扰；

步骤7.根据步骤6脉冲压缩处理后的信号确定各相应雷达的距离像、进而确定本次迭代后各雷达回波信号的功率后；重复步骤4、5、6，直至达到对同频干扰的抑制要求止。

2.按权利要求1所述针对共享谱雷达同频干扰的抑制方法，其特征在于所述波束形成技术为采用自适应或非自适应波束形成器进行波束形成处理。

3.按权利要求1所述针对共享谱雷达同频干扰的抑制方法，其特征在于在步骤3中所述滤波器为匹配滤波器。

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