CN104391289A - 一种用于识别旁瓣穿刺虚警的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于识别旁瓣穿刺虚警的方法，该方法包括：相位差获取步骤，根据预设波束调度模型调整雷达波束，使得雷达波束从目标方位扫过，并根据接收到的回波计算各个波束指向所对应的回波相位差；虚警识别步骤，根据回波相位差获取相位差实际变化趋势，将相位差实际变化趋势与预设相位差变化模型进行匹配，根据匹配结果判断是否存在旁瓣穿刺虚警。本方法能够够有效消除旁瓣穿刺造成的虚警问题，简单易行，不涉及硬件方面的改动，能够广泛应用于现有的具备和差双通道的雷达平台。

Description

一种用于识别旁瓣穿刺虚警的方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体地说，涉及一种用于识别旁瓣穿刺虚警的方法。

背景技术

由于具有波束调度灵活、快速便捷等特点，相控阵在二次雷达系统中具有广泛的应用。在相控阵体制中，和、差双通道接收技术是较常见的信道处理方式，通过对T/R组件及和差器的相位控制，形成和波束与差波束，利用差波束对和波束旁瓣的覆盖，实现旁瓣抑制。

然而，在实际工程应用中，受天线设计、制造工艺、安装位置等诸多因素的影响，与理论波束相比，实际的和波束与差波束在方向图上均会出现不规则的凹坑。其中，根据波束形成原理，差波束在波束指向关于阵面轴对称位置仍会出现零深，在和波束不圆度共同作用下此区域将出现穿刺现象。例如，图1示出了极坐标下波束指向0度时出现的旁瓣穿刺示意图，图2示出了极坐标下波束指向30度时出现的旁瓣穿刺示意图。

根据单一的二次雷达回波得到的时差、幅度、相位差等信息无法判定目标来自波束指向位置还是穿刺位置，若穿刺区域出现等距离虚假目标，将产生虚警，导致目标检测错误。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于识别旁瓣穿刺虚警的方法，所述方法包括：

相位差获取步骤，根据预设波束调度模型调整雷达波束，使得雷达波束从目标方位扫过，并根据接收到的回波计算各个波束指向所对应的回波相位差；

虚警识别步骤，根据所述回波相位差获取相位差实际变化趋势，将所述相位差实际变化趋势与预设相位差变化模型进行匹配，根据匹配结果判断是否存在旁瓣穿刺虚警。

根据本发明的一个实施例，根据预设波束调度模型调整雷达波束包括：

以目标方位为中心，以预设波束调整间隔调整雷达波束达到预设调整次数。

根据本发明的一个实施例，根据雷达的波束指向跃度确定所述预设波束调整间隔。

根据本发明的一个实施例，根据雷达的主瓣宽度确定所述预设调整次数。

根据本发明的一个实施例，所述雷达波束的扫描区间小于所述主瓣宽度。

根据本发明的一个实施例，根据获取到的回波计算回波相位差的步骤包括：

根据所述回波分别计算分别对应于各个波束指向的和波束相位及差波束相位；

分别计算各个波束指向所对应的和波束相位与差波束相位的差值，得到各个波束指向的回波相位差。

根据本发明的一个实施例，根据获取到的回波计算回波相位差的步骤还包括：

分别对所述各个波束指向所对应的和波束相位与差波束相位的差值进行归一化，将归一化后的相位差作为回波相位差。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：

旁瓣穿刺抑制步骤，利用控制波束对和波束旁瓣进行滤波，以消除所述控制波束内的旁瓣穿刺的影响。

根据本发明的一个实施例，在所述虚警识别步骤中，如果所述相位差实际变化趋势与预设相位差变化模型匹配，则判断接收到的回波来自目标，当前不存在旁瓣穿刺虚警，否则判断接收到的回波并不来自目标，当前存在旁瓣穿刺虚警。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：

平滑滤波步骤，对所述回波相位差进行平滑滤波，以滤除得到的回波相位差中的奇异点。

本发明通过多次调整雷达波束指向，根据回波的相位差变化趋势来判断接收到的回波来自于待测目标还是虚假目标，从而消除旁瓣穿刺造成的虚警问题。本发明所提供的方法简单易行，不涉及硬件方面的改动，现有的具备和差双通道的雷达平台能够在不增加成本、不影响平台架构的基础上，以最小的代价解决旁瓣穿刺虚警的问题。

此外，本发明提供的方法还可以通过增加控制波束来作为差波束的补充，用于与差波束共同覆盖和波束的旁瓣，从而消除控制波束内的旁瓣穿刺的影响，进一步提高识别结果的准确度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是极坐标下波束指向0度时的穿刺示意图；

图2是极坐标下波束指向30度时的穿刺示意图；

图3是根据本发明一个实施例的识别旁瓣穿刺虚警的流程图；

图4是根据本发明一个实施例的调整波束指向的示意图；

图5是根据本发明一个实施例的极坐标下波束指向30度时有控制波束的旁瓣抑制示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

由雷达的天线方向图可知，以差通道零深点为分界线，在波束指向主瓣左半边的和、差相位差区间与波束主瓣右半边相位差区间在相位上差别很大，在零深区域，和、差相位差将产生180度的相位反转。根据此特性，也就可判断出待测目标回波相位差位于波束指向的左侧还是右侧。同理，已知待测目标相对于波束指向的左右位置，根据方向图也可得到相位差值。

从雷达的不同波位的和、差方向图可知，天线正向(即主波束实际指向)的零深与旁瓣穿刺的零深关于天线阵面轴对称(如图1、图2所示)。由于正向零深随波束指向同向移动，因此波束指向与穿刺零深也关于天线阵面轴对称。

雷达的主波束顺时针扫过待测目标，等效于目标相对于波束指向反向移动(即逆时针移动)。根据目标相对于波束指向的动态位置变化(即从指向右侧移动到左侧)，可以得多个相位差值，通过滤波平滑处理从而得到相位差变化趋势。如果在待测目标关于天线阵面轴对称的穿刺区域存在虚假目标，那么当主波束顺时针扫过待测目标时，穿刺零深将逆时针扫过虚假目标，等效于虚假目标相对于穿刺零深反向移动。根据虚假目标相对于穿刺零深的动态位置变化(即从穿刺零深左侧移动到右侧)，通过滤波平滑处理可以得到虚假目标相位差变化趋势。

由于正向零深与穿刺零深区域相位差产生180度反转的正负方向一致，而待测目标与虚假目标相对各自零深位置的动态变化方向相反，即得到的相位差跳变趋势正好相反。若事先定义好波束正向(即波束实际指向)目标相位差的跳变趋势，通过对检测到的相位差跳变趋势进行模式匹配，即可判定目标是否来自正向(实际波束指向)区域。

基于上述原理，本发明提供了一种新的用于识别旁瓣穿刺虚警的方法。图3示出了本实施例中该方法的流程图。

如图3所示，首先在步骤S301中根据预设波束调度模型调整雷达波束，使得雷达波束从目标方位扫过。本实施例中，以目标位置为中心，以预设波束调整间隔调整雷达波束预设调整次数，使得雷达波束从目标方位扫过。

具体地，根据雷达系统的性能参数来确定预设波束调度模型。其中，根据雷达的波束指向跃度来确定预设波束调整间隔，根据雷达的主瓣宽度来确定预设调整次数。本实施例中所采用的雷达系统的波束指向精度δ为1度，波束指向跃度θ为5度，主瓣宽度(本实施例中为3dB主瓣宽度)β为20度，零深相位差反转区域宽度γ为3度。

在调整雷达波束时，预设波束调整间隔需要为雷达系统的波束指向跃度的整数倍，即预设波束调整间隔Δ＝kθ，其中，k为正整数。同时，雷达波束的调整次数(即预设调整次数)N为大于或等于2的正整数，预设调整次数的取值越大，相位差样本值也就越多，这样也就越有助于奇异点的检测与过滤以及平滑处理。由于雷达波束的扫描区间要小于主瓣宽度β，所以本实施例中，将预设波束调整间隔Δ设为5度，预设调整次数设为4次。

本实施例中，如图4所示，假设现有目标A和目标B，其中目标A为待测目标(即正向目标)，其在极坐标中位于28度方位，目标B为虚假目标，其在极坐标中位于152度方位，目标A与目标B关于天线面轴近似对称。当雷达波束指向目标A时，由于目标A与目标B距离天线面轴的距离相等，所以也就无法判别此时接收到的回波来自目标A还是来自目标B。

所以本实施例中进行雷达波束调整时，通过4次调整雷达波束，使得雷达波束以目标A所在的方位(即28度方位)为中心，扫过20度的区间。

再次如图3所示，在步骤S302中，根据雷达波束扫过上述区间时获取到的回波来计算各个波束指向所对应的回波相位差。具体地，首先根据回波分别计算分别对应于各个波束指向的和波束相位及差波束相位，随后分别计算各个波束指向所对应的和波束相位与差波束相位的差值，从而得到各个波束指向的回波相位差。为了更准确地获取回波相位差的变化趋势，本实施例中，还分别对各个波束指向所对应的和波束相位与差波束相位的差值进行归一化，将归一化后的相位差作为回波相位差。

如果约定方位值以阵面法线右侧为“+”，相位差值以目标位于主瓣指向左侧围“+”，将相位差的跳变临界值归一化为+90度和-90度，那么当目标从主瓣指向右侧移动到左侧时，其相位差则会从-90度变为+90度。

表1示出了本实施例中的波速扫描结果。

表1

在步骤S303中，根据步骤S302中所得到的各个回波相位差获取相位差实际变化趋势。从表1中可以看出，本实施例中，目标A的回波的相位差实际变化趋势为从-90度变为+90度，目标B的回波的相位差实际变化趋势为从+90度变为-90度。在本发明的一个实施例中，为了进一步提高所得到的相位差实际变化趋势的准确性，还对步骤S302中得到的各个回波相位差进行平滑滤波，以滤除所得到的回波相位差中的奇异点。

在步骤S304中，将所得到的回波的相位差实际变化趋势与预设相位差变化趋势模型进行匹配。如果所得到的回波的相位差实际变化趋势与预设相位差变化模型匹配，则判断接收到的回波来自待测目标，当前不存在旁瓣穿刺虚警，否则判断接收到的回波并不来自目标(即来自目标B)，当前存在旁瓣穿刺虚警。

本实施例中，由于雷达的波束指向是从+20度扫向+35度，波束沿顺时针扫过目标A，所以正常情况下得到的回波的相位差变化趋势应从-90度变为+90度。因此，如果得到的回波的相位差变化趋势为从-90度变为+90度，则表明接收到的回波来自目标A，也就表明当前不存在旁瓣穿刺虚警；而如果得到的回波的相位差变化趋势为从+90度变为-90度，则表明接收到的回波来自目标B，该回波因予以过滤。

如图5所示，在本发明的其他实施例中，还可以增加控制波束来作为差波束的补充，用于与差波束共同覆盖和波束的旁瓣，从而消除控制波束内的旁瓣穿刺的影响，进一步提高识别结果的准确度。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，回波的相位差的变化趋势也可以设定为其他合理的变化趋势，本发明不限于此。

从上述描述中可以看出，本发明通过多次调整雷达波束指向，根据回波的相位差变化趋势来判断接收到的回波来自于待测目标还是虚假目标，从而消除旁瓣穿刺造成的虚警问题。本发明所提供的方法简单易行，不涉及硬件方面的改动，现有的具备和差双通道的雷达平台能够在不增加成本、不影响平台架构的基础上，以最小的代价解决旁瓣穿刺虚警的问题。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

为了方便，在此使用的多个项目、结构单元、组成单元和/或材料可出现在共同列表中。然而，这些列表应解释为该列表中的每个元素分别识别为单独唯一的成员。因此，在没有反面说明的情况下，该列表中没有一个成员可仅基于它们出现在共同列表中便被解释为相同列表的任何其它成员的实际等同物。另外，在此还可以连同针对各元件的替代一起来参照本发明的各种实施例和示例。应当理解的是，这些实施例、示例和替代并不解释为彼此的等同物，而被认为是本发明的单独自主的代表。

此外，所描述的特征、结构或特性可以任何其他合适的方式结合到一个或多个实施例中。在上面的描述中，提供一些具体的细节，例如长度、宽度、形状、角度等，以提供对本发明的实施例的全面理解。然而，相关领域的技术人员将明白，本发明无需上述一个或多个具体的细节便可实现，或者也可采用其它方法、组件、材料等实现。在其它示例中，周知的结构、材料或操作并未详细示出或描述以免模糊本发明的各个方面。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (10)

1.一种用于识别旁瓣穿刺虚警的方法，其特征在于，所述方法包括：

相位差获取步骤，根据预设波束调度模型调整雷达波束，使得雷达波束从目标方位扫过，并根据接收到的回波计算各个波束指向所对应的回波相位差；

虚警识别步骤，根据所述回波相位差获取相位差实际变化趋势，将所述相位差实际变化趋势与预设相位差变化模型进行匹配，根据匹配结果判断是否存在旁瓣穿刺虚警。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设波束调度模型调整雷达波束包括：

以目标方位为中心，以预设波束调整间隔调整雷达波束达到预设调整次数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据雷达的波束指向跃度确定所述预设波束调整间隔。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据雷达的主瓣宽度确定所述预设调整次数。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述雷达波束的扫描区间小于所述主瓣宽度。

6.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，根据获取到的回波计算回波相位差的步骤包括：

根据所述回波分别计算分别对应于各个波束指向的和波束相位及差波束相位；

分别计算各个波束指向所对应的和波束相位与差波束相位的差值，得到各个波束指向的回波相位差。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据获取到的回波计算回波相位差的步骤还包括：

分别对所述各个波束指向所对应的和波束相位与差波束相位的差值进行归一化，将归一化后的相位差作为回波相位差。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

旁瓣穿刺抑制步骤，利用控制波束对和波束旁瓣进行滤波，以消除所述控制波束内的旁瓣穿刺的影响。

9.如权利要求1～8中任一项所述的方法，其特征在于，在所述虚警识别步骤中，如果所述相位差实际变化趋势与预设相位差变化模型匹配，则判断接收到的回波来自目标，当前不存在旁瓣穿刺虚警，否则判断接收到的回波并不来自目标，当前存在旁瓣穿刺虚警。

10.如权利要求1～9中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

平滑滤波步骤，对所述回波相位差进行平滑滤波，以滤除得到的回波相位差中的奇异点。