CN104297734A - 基于频率分集阵列的mimo雷达的欺骗式干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达干扰抑制技术领域，特别涉及基于频率分集阵列的MIMO雷达的欺骗式干扰抑制方法。其具体步骤为：利用所述频率分集阵列发射信号，得出所述频率分集阵列中每个阵元发射的信号，频率分集阵列中任意两个阵元的发射波形相互正交；得出所述各阵元载频均相同的N元等距线阵中每个阵元接收的目标的回波信号；对n阵元发m阵元收的目标回波信号进行匹配滤波，得到经匹配滤波处理后的n阵元发m阵元收的目标回波信号r_s,mn；得出目标回波信号的快拍数据矢量x_s；对该目标回波信号进行自适应波束形成，从而对假目标产生器产生的假目标回波信号进行抑制。

Description

基于频率分集阵列的MIMO雷达的欺骗式干扰抑制方法

技术领域

本发明属于雷达干扰抑制技术领域，特别涉及基于频率分集阵列的MIMO雷达的欺骗式干扰抑制方法，主要用于实现对主瓣的欺骗式干扰的压制。

背景技术

随着军用雷达的发展，电子对抗技术引起了广泛的关注。假目标产生器(FTG)通过截获雷达信号，包括目标的速度，高度和位置等信息，然后产生一系列不同距离和多普勒频率的假目标来欺骗雷达系统，从而降低了识别真实目标的能力。

在传统的雷达系统中，一些电子反对抗的方法如脉冲分集在电子对抗环境中可以进行目标侦查，但脉冲分集会导致高的距离旁瓣，降低信干比并会限制压制干扰的能力。相控阵雷达可以实现波束形成，有压制多种干扰的能力，但当假目标产生器在相控阵的主瓣上时，它无法从由假目标产生器产生的众多假目标中分辨出真实的目标。

发明内容

本发明的目的在于提出基于频率分集阵列MIMO(多输入多输出)雷达的欺骗式干扰抑制方法，本发明充分利用频率分集阵列可控的自由度，在发送-接收平面内可以区分出真实目标和假目标。本发明是基于在FDA-MIMO雷达(频率分集阵列MIMO雷达)中，信号发送端的导向矢量不仅依赖于角度，还依赖于距离这样一个事实，因此，接收端的波束形成也是距离-角度依赖的。这样只有确定的距离和角度的目标才能被检测到。该方法不仅可以有效的抑制旁瓣的欺骗式干扰，还可以有效的抑制主瓣的欺骗式干扰。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

基于频率分集阵列的MIMO雷达的欺骗式干扰抑制方法包括以下步骤：

步骤1，在所述基于频率分集阵列的MIMO雷达中，构造所述频率分集阵列的阵列结构，所述频率分集阵列为具有N个阵元的均匀线阵，所述频率分集阵列的参考频率为f₀，所述频率分集阵列的频率增量为Δf；

步骤2，利用所述频率分集阵列发射信号，得出所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号s_n(t)，n＝1,2,…,N，t表示时间变量；所述频率分集阵列发射信号时，频率分集阵列中任意两个阵元的发射波形相互正交；

步骤3，利用所述具有N个阵元的均匀线阵接收目标的回波信号，每个阵元接收回波信号时使用相同的载频，得出所述各阵元载频均相同的N元等距线阵中第m个阵元接收的目标的回波信号r_s,m(t)，m＝1,2,…,N；

步骤4，对n阵元发m阵元收的目标回波信号进行匹配滤波，得到经匹配滤波处理后的n阵元发m阵元收的目标回波信号r_s,mn，所述n阵元发m阵元收的目标回波信号指：由所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号经目标反射后再由所述具有N个阵元的均匀线阵中第m个阵元接收的目标回波信号；得出目标回波信号的快拍数据矢量x_s，x_s＝[r_s,11,r_s,12,…,r_s,1N,…,r_s,mn,…,r_s,NN]^T，其中，上标T表示矩阵或向量的转置；得出目标回波信号的快拍数据矢量x_s的协方差矩阵、以及频率分集阵列发射信号的导向矢量；

步骤5，当所述各阵元载频均相同的N元等距线阵每接收到一个目标回波信号时，得出所述目标与所述具有N个阵元的均匀线阵的距离、以及所述目标的到达角；然后，根据所述目标与所述具有N个阵元的均匀线阵的距离、以及所述目标的到达角，得出目标对应的频率分集阵列发射信号的导向矢量；利用所述目标对应的频率分集阵列发射信号的导向矢量、以及目标回波信号的快拍数据矢量的协方差矩阵，对该目标回波信号进行自适应波束形成，得到对应的输出功率；根据每个目标的回波信号对应的输出功率，来对假目标产生器产生的假目标回波信号进行抑制。

本发明的特点和进一步改进在于：

在步骤1中，频率分集阵列中第n个阵元发射信号的载频f_n表示为：

f_n＝f₀+(n-1)Δf   n＝1,2,…,N；

在步骤2中，利用所述频率分集阵列发射信号，所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号s_n(t)表示为：

其中，是所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号的复包络，E表示所述频率分集阵列N个阵元发射的信号的总能量；f_n表示频率分集阵列中第n个阵元发射信号的载频，t表示时间变量，T表示所述频率分集阵列的脉冲重复周期。

在步骤3中，所述具有N个阵元的均匀线阵中第m个阵元接收的目标的回波信号r_s,m(t)表示为：

其中，ξ_s表示已知的目标的复系数，n＝1,2,…,N；是所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号的复包络，t表示时间变量，f_n表示频率分集阵列中第n个阵元发射信号的载频，τ_s(m,n)表示由所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号经目标反射后再由所述具有N个阵元的均匀线阵中第m个阵元接收的时间延迟，m＝1,2,…,N；τ_s(m,n)表示为：

${\mathrm{\τ}}_s(m,n)=\frac{{2r}_s}{c}-\frac{d\sin {\mathrm{\θ}}_s(n-1)+d\sin {\mathrm{\θ}}_s(m-1)}{c}$

其中，r_s表示目标与雷达天线阵列的距离，c为光速，θ_s表示目标的到达角，d表示所述具有N个阵元的均匀线阵的阵元间距。

在步骤4中，经匹配滤波处理后的n阵元发m阵元收的目标回波信号r_s,mn为：

r_s,mn＝ξ_sexp{-j4πf_nr_s/c}exp{j2πf_ndsinθ_s(n-1)/c}exp{j2πf_ndsinθ_s(m-1)/c}

其中，n＝1,2,…,N；m＝1,2,…,N；ξ_s表示已知的目标的复系数，f_n表示频率分集阵列中第n个阵元发射信号的载频，r_s表示目标与雷达天线阵列的距离，c为光速；d表示所述具有N个阵元的均匀线阵的阵元间距，θ_s表示目标的到达角；

在步骤4中，频率分集阵列发射信号的导向矢量a(θ_s,r_s)为：

其中，代表矩阵的点乘，并且有：

a_θ(θ_s)＝[1,exp(j2πd sinθ_s/λ₀),…,exp(j2πd sinθ_s(N-1)/λ₀)]^T

a_r(r_s)＝[1,exp(-j4πΔfr_s/c),…,exp(-j4πΔfr_s(N-1)/c)]^T

其中，上标T表示矩阵或向量的转置，λ₀＝c/f₀，c为光速，f₀为频率分集阵列的参考频率。

本发明的有益效果为：1)本发明实现了距离欺骗主瓣干扰的抑制。2)本发明利用FDA距离-角度依赖的特点，输出具有距离-角度的二维信息，可实现距离-角度的二维参数估计。3)本发明利用MIMO作为发送和接收阵列，分离发射的自由度，在联合发射-接收平面上，实现了真实目标和假目标的分离。

附图说明

图1为本发明的适用场景示意图；

图2为传统MIMO雷达和FDA-MIMO雷达中真实目标的频谱分布的比较示意图；

图3为FDA-MIMO雷达中真实目标和假目标产生器(FTG)产生的假目标的频谱分布的比较示意图；

图4a为仿真实验1中对真实目标和假目标采用本发明得出在联合发射-接收平面上的频谱分布示意图；

图4b为仿真实验1对真实目标和假目标采用本发明进行自适应波束形成后的输出功率；

图5a为仿真实验2中使用传统相控阵雷达进行自适应波束形成后在距离-速度平面上得出的输出功率图；

图5b为仿真实验2中使用传统MIMO雷达进行自适应波束形成后在距离-速度平面上得出的输出功率图；

图5c为仿真实验2中使用FDA-MIMO雷达进行自适应波束形成后在距离-速度平面上得出的输出功率图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参照图1，为本发明的适用场景示意图。本发明中使用雷达(图1中的机载雷达)来探测目标信号，机载雷达有可能探测到真实目标信号(例如，另一架飞机反射的目标回波信号)，也有可能接受到假目标信号(例如图1中由假目标产生器(FTG)生成的假目标1和假目标2)。在图1所示的场景中，本发明的基于频率分集阵列的MIMO雷达的欺骗式干扰抑制方法包括以下步骤：

步骤1，在所述基于频率分集阵列的MIMO雷达，构造所述频率分集阵列的阵列结构，所述频率分集阵列为具有N个阵元的均匀线阵，所述频率分集阵列的参考频率为f₀，所述频率分集阵列的频率增量为Δf。

其具体子步骤为：

构造含有N个阵元的无方向性的雷达天线阵列，雷达天线阵列为均匀线阵，雷达天线阵列的阵元间距为半个波长。雷达天线阵列每个阵元发射信号的载频依次成线性增加，雷达天线阵列中第n个阵元发射信号的载频f_n表示为：

f_n＝f₀+(n-1)Δf   n＝1,2,…,N

其中，f₀为雷达天线阵列的参考频率，Δf为已知的频率增量，和f₀相比可以忽略。此时，这样的雷达天线阵列称为频率分集阵列(简称为FDA)。

考虑远场中的一个点目标，该点目标的到达角表示为θ，该点目标与雷达天线阵列的距离表示为r，该点目标的到达角指：该点目标的回波信号的波达方向与雷达天线阵列的轴线的夹角，雷达天线阵列的轴线为与雷达天线阵列垂直的任一条直线。

这样，频率分集阵列第n个阵元和第1个阵元接收信号时的相位差(由于波程差而导致的相位差)Δφ_n为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\φ}}_n=-2\mathrm{\π}{f}_n\frac{r-(n-1)d\sin \mathrm{\θ}}{c}+2\mathrm{\π}{f}_1\frac{r}{c}\\ =2\mathrm{\π}[-\mathrm{\Δfr}(n-1)/c+f_{0}d\sin \mathrm{\θ}(n-1)/c+\mathrm{\Δ}\mathrm{fd}\sin \mathrm{\θ}{(n-1)}^2/c]\end{array}$

其中，d为频率分集阵列的阵元间距，c为光速，f_n表示频率分集阵列中第n个阵元发射信号的载频，n＝1,2,…,N，N为频率分集阵列的阵元数；r表示目标与频率分集阵列的距离，θ表示目标的到达角，Δf表示频率分集阵列的频率增量，f₀表示频率分集阵列的参考频率。

由上式可知，Δφ_n的展开式的第二个等号的右侧共有三项，其中，第一项2π[-Δfr(n-1)/c]为频率分集阵列中依赖于距离的相位差，第二项2π[f₀d sinθ(n-1)/c]与传统的相控阵雷达第n个阵元和第1个阵元接收信号时的相位差相同，当Δf(N-1)＜＜f₀时第三项2π[Δfd sinθ(n-1)²/c]可以被忽略，则频率分集阵列第n个阵元和第1个阵元接收信号时的相位差(由于波程差而导致的相位差)Δφ_n可近似地表示为：

Δφ_n≈2π[-Δfr(n-1)/c+f₀d sinθ(n-1)/c]

考虑阵列信号为窄带信号的情况，取所有阵元的权值均为1，则此频率分集阵列的所有阵元加权后得到的频率分集阵列的输出方向图P(θ,r)可以近似的表示为：

$\begin{array}{c}P(\mathrm{\θ},r)\≈\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left\{j2\mathrm{\π}\right[-\mathrm{\Δfr}(n-1)/c+f_{0}d\sin \mathrm{\θ}(n-1)/c\left]\right\}\\ =\frac{\sin \left[\mathrm{N\π}(-\mathrm{\Δfr}/c+d\sin \mathrm{\θ}/{\mathrm{\λ}}_0)\right]}{\sin \left[\mathrm{\π}(-\mathrm{\Δfr}/c+d\sin \mathrm{\θ}/{\mathrm{\λ}}_0)\right]}{e}^{j(N-1)\mathrm{\π}(-\mathrm{\ΔfR}/c+d\sin \mathrm{\θ}/{\mathrm{\λ}}_0)}\end{array}$

其中，λ₀＝c/f₀。由上式可知，此频率分集阵列的方向图要依赖于目标的距离和到达角。

步骤2，利用所述频率分集阵列发射信号，得出所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号s_n(t)，n＝1,2,…,N，t表示时间变量；所述频率分集阵列发射信号时，频率分集阵列中任意两个阵元的发射波形相互正交。

其具体子步骤为：

利用所述频率分集阵列发射信号，所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号s_n(t)表示为：

其中，是所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号的复包络，E表示所述频率分集阵列N个阵元发射的信号的总能量，N为频率分集阵列的阵元数；f_n表示频率分集阵列中第n个阵元发射信号的载频，n＝1,2,…,N，t表示时间变量，T表示所述频率分集阵列的脉冲重复周期(所述频率分集阵列的脉冲的持续时间)。

所述频率分集阵列发射信号时，任意两个阵元的发射波形相互正交，即有以下公式：

其中，l＝1,2,…,N且l≠n，τ为任意的时间延迟。

步骤3，构造含有N个阵元的无方向性的雷达天线阵列，雷达天线阵列为均匀线阵，雷达天线阵列的阵元间距为半个波长，雷达天线阵列每个阵元发射信号的载频均相同。利用所述各阵元载频均相同的N元等距线阵(利用所述具有N个阵元的均匀线阵接收目标的回波信号，每个阵元接收回波信号时使用相同的载频)接收目标的回波信号，得出所述各阵元载频均相同的N元等距线阵中第m个阵元接收的目标的回波信号r_s,m(t)，m＝1,2,…,N；

其具体子步骤为：

由步骤1中构造的频率分集阵列将步骤2中设计的正交波形发送出去，与此同时，假目标产生器在经过几个脉冲重复间隔后，利用数字调制频率存储器可以监听、存储雷达发送的波形，然后利用截获到的波形通过延时一定的存储脉冲时间来产生具有负的距离偏移的假目标，通过合适的数字调频调制时序，假目标就可以有正的和负的距离偏移，真实目标和假目标同时返回回波数据并由所述具有N个阵元的均匀线阵进行接收。

利用所述具有N个阵元的均匀线阵接收远场目标的回波信号，所述所述具有N个阵元的均匀线阵中第m个阵元接收的目标的回波信号r_s,m(t)表示为：

其中，ξ_s表示已知的目标的复系数，τ_s(m,n)表示由所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号经目标反射后再由所述具有N个阵元的均匀线阵中第m个阵元接收的时间延迟，t表示时间变量，m＝1,2,…,N；τ_s(m,n)表示为：

${\mathrm{\τ}}_s(m,n)={\mathrm{\τ}}_{s0}+{\mathrm{\τ}}_{s,\mathrm{mn}}=\frac{{2r}_s}{c}-\frac{d\sin {\mathrm{\θ}}_s(n-1)+d\sin {\mathrm{\θ}}_s(m-1)}{c}$

其中，τ_s0＝2r_s/c，表示波形的时间延迟，r_s表示目标与雷达天线阵列的距离；τ_s,mn为对应阵元之间的时间差，θ_s表示目标的到达角。

步骤4，对n阵元发m阵元收的目标回波信号进行匹配滤波，得到经匹配滤波处理后的n阵元发m阵元收的目标回波信号r_s,mn，所述n阵元发m阵元收的目标回波信号指：由所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号经目标反射后再由所述具有N个阵元的均匀线阵中第m个阵元接收的目标回波信号；得出目标回波信号的快拍数据矢量x_s，x_s＝[r_s,11,r_s,12,…,r_s,1N,…,r_s,mn,…,r_s,NN]^T，其中，上标T表示矩阵或向量的转置；得出频率分集阵列发射信号的导向矢量。

其具体子步骤为：

对步骤3中接收到的目标的回波信号进行处理。在窄带条件(发射信号为窄带信号)下，有

此时，对所述具有N个阵元的均匀线阵中第m个阵元接收的目标的回波信号r_s,m(t)进行匹配滤波，滤除掉则经匹配滤波处理后的所述具有N个阵元的均匀线阵中第m个阵元接收的目标的回波信号r_s,m'(t)为：

${r_{s,m}}^{\′}\left(t\right)={\mathrm{\ξ}}_s\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\exp \{-j2\mathrm{\π}{f}_n{\mathrm{\τ}}_s(m,n)\}$

其中，ξ_s表示已知的目标的复系数，具体形式为目标的散射系数、天线增益和脉压增益的乘积，n＝1,2,…,N，N为频率分集阵列的阵元数，f_n表示频率分集阵列中第n个阵元发射信号的载频，τ_s(m,n)表示由所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号经目标反射后再由所述具有N个阵元的均匀线阵中第m个阵元接收的时间延迟。

然后，对r_s,m'(t)进行分解，得出经匹配滤波处理后的n阵元发m阵元收的目标回波信号r_s,mn，所述n阵元发m阵元收的目标回波信号指：由所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号经目标反射后再由所述具有N个阵元的均匀线阵中第m个阵元接收的目标回波信号；所述经匹配滤波处理后的n阵元发m阵元收的目标回波信号r_s,mn为：

r_s,mn＝ξ_sexp{-j4πf_nr_s/c}exp{j2πf_ndsinθ_s(n-1)/c}exp{j2πf_ndsinθ_s(m-1)/c}≈ξ_sexp{-j4πΔfr_s(n-1)/c}exp{j2πdsinθ_s(n-1)/λ₀}exp{j2πdsinθ_s(m-1)/λ₀}

由于频率分集阵列的导向矢量是由电磁波在空间中的传播而产生的，而与假目标产生器中波形的调制无关，则接收到的目标回波信号的快拍数据矢量x_s可以表示为：

$x_s={[r_{s,11},r_{s,12},...,r_{s,1N},...,r_{s,\mathrm{mn}},...,r_{s,\mathrm{NN}}]}^T={\mathrm{\ξ}}_{s}b\left({\mathrm{\θ}}_s\right)\⊗a({\mathrm{\θ}}_s,r_s)$

其中，代表kronecker积，a(θ_s,r_s)表示频率分集阵列发射信号的导向矢量，b(θ_s)表示所述具有N个阵元的均匀线阵接收信号的导向矢量，上标T表示矩阵或向量的转置。

本发明实施例中，频率分集阵列发射信号的导向矢量a(θ_s,r_s)和所述具有N个阵元的均匀线阵接收信号的导向矢量b(θ_s)分别为：

b(θ_s)＝[1,exp(j2πd sinθ_s/λ₀),…,exp(j2πd sinθ_s(N-1)/λ₀)]^T

其中，代表矩阵的点乘，r_s表示目标与雷达天线阵列的距离，θ_s表示目标的到达角，d为所述具有N个阵元的均匀线阵的阵元间距，λ₀＝c/f₀，c为光速，f₀为频率分集阵列的参考频率；可以看出b(θ_s)为N×1维的矢量，a_θ(θ_s)和a_r(r_s)分别为：

a_θ(θ_s)＝[1,exp(j2πd sinθ_s/λ₀),…,exp(j2πd sinθ_s(N-1)/λ₀)]^T

a_r(r_s)＝[1,exp(-j4πΔf r_s/c),…,exp(-j4πΔfr_s(N-1)/c)]^T

其中，Δf为频率分集阵列的频率增量。

此时，频率分集阵列N个阵元发射信号的等效频率和所述具有N个阵元的均匀线阵N个阵元接收信号的等效频率分别为：

$f_{s,T_x}=d\sin {\mathrm{\θ}}_s/{\mathrm{\λ}}_0-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{fr}}_s/c$

$f_{{s,R}_x}=d\sin {\mathrm{\θ}}_s/{\mathrm{\λ}}_0$

由上式可知，与传统的MIMO(多输入多输出)雷达不同的是，采用频率分集阵列的MIMO雷达发射信号的导向矢量同时依赖于距离和角度，因此，若假目标回波的角度与真实目标回波信号的角度不同，真目标和由假目标产生器(FTG)产生的假目标可以在接收端的频率域被区分出来；若假目标和真实目标的角度很相近但相距较远，则他们也可以在发送端的频率域被区分出来。这样FDA-MIMO雷达就总可以区分出欺骗式干扰场景中的真实目标。

步骤5，得出目标回波信号的快拍数据矢量x_s的协方差矩阵，利用所述基于频率分集阵列的MIMO雷达在空间按距离和角度进行扫描，所述具有N个阵元的均匀线阵每接收到一个目标回波信号，就得出该目标与所述雷达天线阵列的距离、以及该目标的到达角；然后，根据该目标与所述雷达天线阵列的距离、以及该目标的到达角，得出该目标对应的频率分集阵列发射信号的导向矢量；利用该目标对应的频率分集阵列发射信号的导向矢量、以及该目标回波信号的快拍数据矢量的协方差矩阵，对该目标回波信号进行自适应波束形成(具体过程为：利用该目标对应的频率分集阵列发射信号的导向矢量、以及该目标回波信号的快拍数据矢量的协方差矩阵进行capon谱估计得到对应的输出功率)，得到对应的输出功率；根据每个目标的回波信号对应的输出功率，来对假目标产生器产生的假目标回波信号进行抑制。例如，如果对应目标的回波信号对应的输出功率大于设定阈值，则认为对应目标的回波信号为真实目标的回波信号，否则，认为对应目标的回波信号为真实目标的回波信号为假目标产生器产生的假目标回波信号，此时可以将其滤除掉。

下面对抑制假目标产生器产生的假目标回波信号的原理进行说明，假目标产生器的工作过程为：通过合适的数字调频调制时序来产生具有正的和负的距离偏移的假目标，然后把它放置在一定距离和角度的空间里，因此只要是由同一个假目标产生器产生的假目标，它们所携带的角度信息和距离信息(指与所述频率分集阵列的距离、以及对于所述频率分集阵列的到达角)都是相同的，即都是假目标产生器的距离和角度信息(假目标产生器与所述频率分集阵列的距离、以及经假目标产生器反射的回波信号的到达角)。当所述基于频率分集阵列的MIMO雷达在空间进行扫描时，扫描到一定的距离R和角度θ时，若有回波信号就对回波信号进行自适应波束形成，此时进行波束形成所用的导向矢量就是步骤4中得到的频率分集阵列发射信号的导向矢量a(θ_s,r_s)，a(θ_s,r_s)中的r_s和θ_s分别对应此处扫描到的距离R和角度θ。若在此距离R和角度θ上存在假目标，由于假目标所携带的信息是假目标产生器的信息(角度和距离信息)，所以假目标的回波信号中的距离和角度信息与a(θ_s,r_s)中的距离R和角度θ不一致，当用导向矢量a(θ_s,r_s)和接收到的回波信号的协方差矩阵进行capon谱估计得到输出功率P的时候，会在假目标的位置上形成凹点，而若是真实目标则会有很高的输出功率，因此，通过自适应波束形成就可以把假目标抑制掉。

本发明的效果可以由以下仿真结果进一步说明：

1)仿真条件

设置具有12个阵元的频率分集阵列，其阵元间距为半个波长，参考频率为1GHz，频率增量为10kHz，设置一个真实目标，其到达角为0°，距离为65km，速度为100m/s，信噪比为5dB，设置三个假目标产生器，其到达角分别为0°、45°和-25°，其与频率分集阵列的距离分别为122km、122km和160km，速度均为随机，干噪比分别为15dB、25dB和30dB。

2)仿真内容

仿真实验1：对真实目标和假目标采用本发明得出在联合发射-接收平面上的频谱分布、同时对真实目标和假目标采用本发明进行自适应波束形成。参照图2，为传统MIMO雷达和FDA-MIMO雷达中真实目标的频谱分布的比较示意图。参照图3，为FDA-MIMO雷达中真实目标和假目标产生器(FTG)产生的假目标的频谱分布的比较示意图。图2和图3中，横轴表示接收频率域，纵轴表示发射频率域。从图2中看出，在传统的MIMO雷达中，发送端阵列和接收端阵列的频率均为相同的，所以在发送-接收平面上，真实目标均为对角分布；而在FDA-MIMO雷达中，发送端的频率不仅依赖于角度还依赖于距离，所以由于距离偏移，真实目标可以分布在平面上的任何位置。从图3中看出，由于发送端频率的距离依赖特性，当真实目标和假目标产生器(FTG)产生的假目标的角度相同而距离不同时，由于距离偏移(-2Δfr/c)的不同依然可以在频谱上区分出真实目标和假目标。

参照图4a，为仿真实验1中对真实目标和假目标采用本发明得出在联合发射-接收平面上的频谱分布示意图。图4a中，横轴表示接收频率域，纵轴表示发射频率域。图4a中，真目标表示真实目标，FTG1、FTG2和FTG3分别表示第1个假目标产生器(其到达角为0°，其与频率分集阵列的距离为122km，速度为随机，干噪比为15dB)产生的假目标、第2个假目标产生器产生的假目标和第3个假目标产生器产生的假目标。参照图4b，为仿真实验1对真实目标和假目标采用本发明进行自适应波束形成后的输出功率，图4b中，横轴表示接收频率域，纵轴表示发射频率域，像素点越亮，则说明该对应的输出功率越高。从图4a中看出，没有一个目标分布在联合发射-接收平面的对角线上，真实目标和第1个假目标产生器的角度虽然相同，但它们的距离不同，因此在图4a中依然可以分辨。

从图4a和图4b的对比看出，在真实目标的位置有波束形成(对应图4b中的最亮的点)，而第1个假目标产生器产生的假目标、第2个假目标产生器产生的假目标，第3个假目标产生器产生的假目标都处于凹点，因此，无论假目标产生器(FTG)产生多少个假目标，由同一个假目标产生器产生的假目标都会重叠在一起，这样，欺骗式干扰由于距离不匹配而被抑制掉。

仿真实验2，使用传统相控阵雷达(单输入单输出雷达)，传统MIMO雷达和FDA-MIMO雷达进行自适应波束形成，并在距离-速度平面上得出输出功率图。使用FDA-MIMO雷达进行自适应波束形成时，采用本发明进行自适应波束形成。在仿真实验2中，第1个假目标产生器的到达角为0°，其与频率分集阵列的距离为122km，速度为随机，干噪比为15dB；由于真实目标到达角为0°，则第1个假目标产生器对真实目标产生主瓣干扰。第2个假目标产生器的到达角为45°，其与频率分集阵列的距离为122km，速度为随机，干噪比为25dB；第3个假目标产生器的到达角为-25°，其与频率分集阵列的距离为160km，速度为随机，干噪比为30dB。第2个假目标产生器和第3个假目标产生器对真实目标产生旁瓣干扰。

第1个假目标产生器产生三个假目标，第1个假目标产生器产生的三个假目标到雷达(传统相控阵雷达，传统MIMO雷达或FDA-MIMO雷达)距离的距离门分别为40、100和160；第2个假目标产生器产生三个假目标，第2个假目标产生器产生的三个假目标到雷达(传统相控阵雷达，传统MIMO雷达或FDA-MIMO雷达)距离的距离门分别为70、100和130；第3个假目标产生器产生三个假目标，第3个假目标产生器产生的三个假目标到雷达(传统相控阵雷达，传统MIMO雷达或FDA-MIMO雷达)距离的距离门分别为20、100和180。

参照图5a，为仿真实验2中使用传统相控阵雷达(单输入单输出雷达)进行自适应波束形成后在距离-速度平面上得出的输出功率图；参照图5b，为仿真实验2中使用传统MIMO雷达进行自适应波束形成后在距离-速度平面上得出的输出功率图；参照图5c，为仿真实验2中使用FDA-MIMO雷达进行自适应波束形成后在距离-速度平面上得出的输出功率图。图5a、图5b和图5c中，横轴表示速度，单位为m/s，纵轴表示距离门；图5a、图5b和图5c中，像素点越白，说明对应的输出功率越高。从图5a中看出，在使用传统相控阵雷达进行自适应波束形成后，在距离-速度平面上真实目标和假目标无法被区分出来，从而欺骗式干扰也就不能被抑制掉，雷达系统的性能就会严重的降低；从图5b中看出，在使用传统MIMO雷达进行自适应波束形成后，在距离-速度平面上的旁瓣干扰(如第2个假目标产生器和第3个假目标产生器产生的6个假目标)可以被有效的抑制掉，然而主瓣干扰(第1个假目标产生器产生的3个假目标)依然存在，传统MIMO雷达仍然不能检测到真实的目标。从图5c中看出，在使用FDA-MIMO雷达进行自适应波束形成后，在距离-速度平面上，无论是主瓣干扰还是旁瓣干扰都能得到很好的抑制。

综上所述，仿真实验验证了本发明的正确性、有效性和可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.基于频率分集阵列的MIMO雷达的欺骗式干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在所述基于频率分集阵列的MIMO雷达中，构造所述频率分集阵列的阵列结构，所述频率分集阵列为具有N个阵元的均匀线阵，所述频率分集阵列的参考频率为f₀，所述频率分集阵列的频率增量为Δf；

步骤2，利用所述频率分集阵列发射信号，得出所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号s_n(t)，n＝1,2,…,N，t表示时间变量；所述频率分集阵列发射信号时，频率分集阵列中任意两个阵元的发射波形相互正交；

步骤3，利用所述具有N个阵元的均匀线阵接收目标的回波信号，每个阵元接收回波信号时使用相同的载频，得出所述各阵元载频均相同的N元等距线阵中第m个阵元接收的目标的回波信号r_s,m(t)，m＝1,2,…,N；

步骤4，对n阵元发m阵元收的目标回波信号进行匹配滤波，得到经匹配滤波处理后的n阵元发m阵元收的目标回波信号r_s,mn，所述n阵元发m阵元收的目标回波信号指：由所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号经目标反射后再由所述具有N个阵元的均匀线阵中第m个阵元接收的目标回波信号；得出目标回波信号的快拍数据矢量x_s，x_s＝[r_s,11,r_s,12,…,r_s,1N,…,r_s,mn,…,r_s,NN]^T，其中，上标T表示矩阵或向量的转置；得出目标回波信号的快拍数据矢量x_s的协方差矩阵、以及频率分集阵列发射信号的导向矢量；

步骤5，当所述具有N个阵元的均匀线阵每接收到一个目标回波信号时，得出所述目标与所述具有N个阵元的均匀线阵的距离、以及所述目标的到达角；然后，根据所述目标与所述具有N个阵元的均匀线阵的距离、以及所述目标的到达角，得出目标对应的频率分集阵列发射信号的导向矢量；利用所述目标对应的频率分集阵列发射信号的导向矢量、以及目标回波信号的快拍数据矢量的协方差矩阵，对该目标回波信号进行自适应波束形成，得到对应的输出功率；根据每个目标的回波信号对应的输出功率，来对假目标产生器产生的假目标回波信号进行抑制。

2.如权利要求1所述的基于频率分集阵列的MIMO雷达的欺骗式干扰抑制方法，其特征在于，在步骤1中，频率分集阵列中第n个阵元发射信号的载频f_n表示为：

f_n＝f₀+(n-1)Δf    n＝1,2,…,N；

在步骤2中，利用所述频率分集阵列发射信号，所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号s_n(t)表示为：

其中，是所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号的复包络，E表示所述频率分集阵列N个阵元发射的信号的总能量；f_n表示频率分集阵列中第n个阵元发射信号的载频，t表示时间变量，T表示所述频率分集阵列的脉冲重复周期。

3.如权利要求1所述的基于频率分集阵列的MIMO雷达的欺骗式干扰抑制方法，其特征在于，在步骤3中，所述具有N个阵元的均匀线阵中第m个阵元接收的目标的回波信号r_s,m(t)表示为：

其中，ξ_s表示已知的目标的复系数，n＝1,2,…,N；是所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号的复包络，t表示时间变量，f_n表示频率分集阵列中第n个阵元发射信号的载频，τ_s(m,n)表示由所述频率分集阵列中第n个阵元发射的信号经目标反射后再由所述具有N个阵元的均匀线阵中第m个阵元接收的时间延迟，m＝1,2,…,N；τ_s(m,n)表示为：

${\mathrm{\τ}}_s(m,n)=\frac{{2r}_s}{c}-\frac{d\sin {\mathrm{\θ}}_s(n-1)+d\sin {\mathrm{\θ}}_s(m-1)}{c}$

其中，r_s表示目标与雷达天线阵列的距离，c为光速，θ_s表示目标的到达角，d表示所述具有N个阵元的均匀线阵的阵元间距。

4.如权利要求1所述的基于频率分集阵列的MIMO雷达的欺骗式干扰抑制方法，其特征在于，在步骤4中，经匹配滤波处理后的n阵元发m阵元收的目标回波信号r_s,mn为：

r_s，mn＝ξ_sexp{-j4πf_nr_s/c}exp{j2πf_ndsinθ_s(n-1)/c}exp{j2πf_ndsinθ_s(m-1)/c}

其中，n＝1,2,…,N；m＝1,2,…,N；ξ_s表示已知的目标的复系数，f_n表示频率分集阵列中第n个阵元发射信号的载频，r_s表示目标与雷达天线阵列的距离，c为光速；d表示所述具有N个阵元的均匀线阵的阵元间距，θ_s表示目标的到达角；

在步骤4中，频率分集阵列发射信号的导向矢量a(θ_s,r_s)为：

a(θ_s，r_s)＝a_θ(θ_s)⊙a_r(r_s)

其中，⊙代表矩阵的点乘，并且有：

a_θ(θ_s)＝[1，exp(j2πd sinθ_s/λ₀)，…，exp(j2πdsinθ_s(N-1)/λ₀)]^T

a_r(r_s)＝[1，exp(-j4πΔf r_s/c)，…，exp(-j4πΔfr_s(N-1)/c)]^T

其中，上标T表示矩阵或向量的转置，λ₀＝c/f₀，c为光速，f₀为频率分集阵列的参考频率。