CN104678365A - 一种雷达干扰器自适应干扰对消方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种雷达干扰器自适应干扰对消方法,获取雷达干扰器上侦测天线实时接收到的外部信号d,同时,获取雷达干扰器中产生、经其发射天线发射之前的干扰信号,作为参考干扰信号J,然后将外部信号d和参考干扰信号J输送至自适应滤波器中进行自适应干扰对消,本发明采用有源数字自适应对消技术,利用相关对消原理,调整收敛步长,有效的实现了自适应干扰对消算法中的收敛速度与收敛稳定性的折衷,最终能够有效消除掉进入侦测天线中的干扰信号,获得有用侦测信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种雷达干扰器自适应干扰对消方法,涉及一种解决在小型化平台上需要侦收-发射同时工作的干扰设备的收发隔离问题的方法。
背景技术
雷达辐射源的侦察是实行有效电子干扰的前提,利用侦察接收机来接收敌方发射的雷达信号,发现敌方雷达的存在与否、并快速测量其相关参数以及识别雷达的威胁程度,引导干扰机对敌方雷达进行干扰和破坏。雷达信号的侦收是雷达对抗的基础,是夺取电磁优势的前提和克敌制胜的关键。
干扰机自身发射的干扰不影响自身侦察接收机的正常工作,称为干扰机的收发隔离,干扰机的收发隔离是电磁兼容的重要内容之一。干扰机发射和侦收往往是同距离或近距离、同频率、同方向、同时间、同带宽的信号,且干扰机辐射功率很大,远高于侦收设备的灵敏度。若收发隔离不好,轻则降低侦察接收机的实际灵敏度,减少侦察作用距离;重则使得干扰机自发自收,形成自激励,无法检测外界雷达信号,也就是自己发射的干扰信号漏入到自己的接收机中,扰乱了自身接收机的正常工作,使自身的瞄频接收机不能正常的对雷达信号进行瞄频工作,使自身的角跟踪接收机不能对雷达信号正常接收,使角跟踪系统不能对准被干扰的目标。
目前的干扰机中普遍采用收发分时工作方式,即对干扰机的发射时间开窗,在窗口时间宽度内关闭干扰发射,保证侦察接收机有足够的工作时间,在窗口宽度之外为干扰发射时间,闭锁侦察接收机。一般侦察时间与干扰时间按1:9进行分配。
随着雷达采用灵活的相控阵体制以及复杂多变的信号形式和频率、重频等参数捷变等雷达先进抗干扰技术,通常采用时分方法实现侦察和干扰,雷达侦察机难以实现快速的干扰引导。为了实现对参数捷变雷达的高概率截获,并实时进行有效干扰,必须侦察和干扰同时进行,做到“侦中扰,扰中侦”。
若干扰和侦察同时工作时,存在着侦察接收天线和干扰发射天线之间的收发隔离问题。在干扰过程中,由于作战环境导致干扰系统的布置受到各种局限,或者受到机载干扰机的平台的限制,收发天线间的间距不可能足够大,干扰信号有可能在空间中直接耦合或者经过周围近距离环境物体的发射形成多路径信号进入干扰机的侦察接收机,从而可能导致轻则降低侦察接收机的实际灵敏度,减少侦察作用距离;重则使干扰机自发自收,形成自激励,无法检测雷达信号。
传统的提高收发隔离度的方法,如增大收发天线的间距、减少收发天线的侧向辐射以及在收发天线间增加正交吸收性隔离屏等,无法满足小平台干扰机对隔离度的高要求,因此需要寻找一种有效削弱干扰信号对侦察接收系统影响的方法,增加干扰机收发隔离度是转发式干扰技术急需解决的重要问题。
发明内容
针对上述技术问题,本发明所要解决的技术问题是提供一种雷达干扰器自适应干扰对消方法,针对小型化雷达干扰器上发射天线与侦测天线同时工作,采用有源数字自适应对消技术,利用相关对消原理,能够有效消除掉进入侦测天线中的干扰信号,获得有用侦测信号。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本发明设计了一种雷达干扰器自适应干扰对消方法,雷达干扰器中设置自适应滤波器,所述自适应干扰对消方法包括如下步骤:
步骤001.获取雷达干扰器上侦测天线实时接收到的外部信号d,同时,获取雷达干扰器中产生、经其发射天线发射之前的干扰信号,作为参考干扰信号J,进入步骤002;
步骤002.将该参考干扰信号J经自适应滤波器处理,获得滤波输出信号Y,并将该滤波输出信号Y与该外部信号d进行反相叠加,获得该滤波输出信号Y与该外部信号d之间的误差信号e,进入步骤003;
步骤003.计算该误差信号e的均方误差E{e2},并判断该均方误差E{e2}是否小于预设阈值,若是则将该滤波输出信号Y当作为该外部信号d中的外部干扰信号,并将该误差信号e作为该外部信号d中的有用侦测信号;否则进入步骤004;
步骤004.将该误差信号e反馈至自适应滤波器当中,并根据该误差信号e调整自适应滤波器的数据处理方法,返回步骤002。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤002至步骤003中采用基于均方误差最小的LMS算法。
作为本发明的一种优选技术方案:所述自适应滤波器中的权矢量W,定义为W=[w0,w1,…,wj]T,其中,wj为所述雷达干扰器上第j根接收天线的权值,T为权矢量W的共轭转置,并初始化权矢量和迭代收敛步长系数,所述步骤002中具体包括如下步骤:
步骤00201.将该参考干扰信号J经自适应滤波器处理,根据Y=J·W当前次,W当前次表示由步骤001至步骤004循环操作过程中当前次迭代的权矢量,获得滤波输出信号Y,进入步骤00202;
步骤00202.根据e=d-Y,将该滤波输出信号Y与该外部信号d进行反相叠加,获得该滤波输出信号Y与该外部信号d之间的误差信号e,进入步骤00203;
步骤00203.根据W下一次=W当前次+2μ当前次·e·J,获得W下一次,作为步骤001至步骤004循环操作过程中下一次迭代的权矢量,其中,μ当前次为步骤001至步骤004循环操作过程中当前次迭代的迭代收敛步长系数;
根据μ下一次=α·μ当前次+β·e2,获得μ下一次,作为步骤001至步骤004循环操作过程中下一次迭代的迭代收敛步长系数,并进入步骤003,其中,α和β为预设参数,且0<α<1,β>0。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤003中的外部干扰信号包括所述雷达干扰器向外发射的干扰信号在空间中直接耦合的信号,以及该干扰信号经环境物体反射的信号。
作为本发明的一种优选技术方案:所述自适应滤波器为数字延迟自适应滤波器。
本发明所述一种雷达干扰器自适应干扰对消方法采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:本发明设计雷达干扰器自适应干扰对消方法,针对现有技术中,小型化雷达干扰器上发射天线与侦测天线同时工作时的收发隔离问题,通过在雷达干扰器中设置自适应滤波器,设计采用有源数字自适应对消技术,利用相关对消原理,调整收敛步长,有效的实现了自适应干扰对消算法中的收敛速度与收敛稳定性的折衷,最终能够有效消除掉进入侦测天线中的干扰信号,获得有用侦测信号。
附图说明
图1为本发明设计雷达干扰器自适应干扰对消方法的流程示意图;
图2为本发明设计自适应干扰对消原理框图;
图3为本发明设计干扰对消前功率示意图;
图4为本发明设计干扰对消后功率示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图针对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1和图2所示,本发明设计一种雷达干扰器自适应干扰对消方法在实际应用过程当中,雷达干扰器中设置数字延迟自适应滤波器,针对数字延迟自适应滤波器中的权矢量W,定义为W=[w0,w1,…,wj]T,其中,wj为所述雷达干扰器上第j根接收天线的权值,T为权矢量W的共轭转置,并初始化权矢量和迭代收敛步长系数,所述自适应干扰对消方法包括如下步骤:
步骤001.获取雷达干扰器上侦测天线实时接收到的外部信号d,同时,获取雷达干扰器中产生、经其发射天线发射之前的干扰信号,作为参考干扰信号J,进入步骤002;
步骤002.将该参考干扰信号J经数字延迟自适应滤波器处理,获得滤波输出信号Y,并将该滤波输出信号Y与该外部信号d进行反相叠加,获得该滤波输出信号Y与该外部信号d之间的误差信号e,进入步骤003;
其中,所述步骤002中具体包括如下步骤:
步骤00201.将该参考干扰信号J经数字延迟自适应滤波器处理,根据Y=J·W当前次,W当前次表示由步骤001至步骤004循环操作过程中当前次迭代的权矢量,获得滤波输出信号Y,进入步骤00202;
步骤00202.根据e=d-Y,将该滤波输出信号Y与该外部信号d进行反相叠加,获得该滤波输出信号Y与该外部信号d之间的误差信号e,进入步骤00203;
步骤00203.根据W下一次=W当前次+2μ当前次·e·J,获得W下一次,作为步骤001至步骤004循环操作过程中下一次迭代的权矢量,其中,μ当前次为步骤001至步骤004循环操作过程中当前次迭代的迭代收敛步长系数;
根据μ下一次=α·μ当前次+β·e2,获得μ下一次,作为步骤001至步骤004循环操作过程中下一次迭代的迭代收敛步长系数,并进入步骤003,其中,α和β为预设参数,且0<α<1,β>0。
这其中,对于自适应滤波的干扰对消算法来说,存在着迭代过程的收敛速度和稳定性问题,其中收敛速度,影响到干扰对消处理的系统时间,直接决定是否能做到收发同时进行;而稳定性是由干扰对消算法的有效性和收敛性决定的,直接影响到干扰对消的效果。因此,一般在保证干扰对消算法收敛的前提下,应尽量选用较大的迭代收敛步长系数μ以提高收敛速度,增强自适应干扰对消系统的实际应用价值。同时,也要考虑由于步长因子过大引起的失调噪声过大,从而降低对消系统的性能。通过调整收迭代收敛步长系数更新公式中的参数α和β,在收敛速度和稳态失调之间达到更好的折衷。
步骤003.计算该误差信号e的均方误差E{e2},并判断该均方误差E{e2}是否小于预设阈值,若是则将该滤波输出信号Y当作为该外部信号d中的外部干扰信号,并将该误差信号e作为该外部信号d中的有用侦测信号;否则进入步骤004;
其中,这里的外部干扰信号经分析,该外部干扰信号包括所述雷达干扰器向外发射的干扰信号在空间中直接耦合的信号,以及该干扰信号经环境物体反射的信号。
步骤004.将该误差信号e反馈至数字延迟自适应滤波器当中,并根据该误差信号e调整数字延迟自适应滤波器的数据处理方法,返回步骤002。
上述本发明设计的雷达干扰器自适应干扰对消方法,针对现有技术中,小型化雷达干扰器上发射天线与侦测天线同时工作时的收发隔离问题,通过在雷达干扰器中设置自适应滤波器,设计采用有源数字自适应对消技术,利用相关对消原理,调整收敛步长,有效的实现了自适应干扰对消算法中的收敛速度与收敛稳定性的折衷。使得最终能够有效消除掉进入侦测天线中的干扰信号,获得有用侦测信号。
本发明设计的雷达干扰器自适应干扰对消方法在实际应用过程当中,在应用数字延迟自适应滤波器的过程中,根据测量延时决定对消网络的粗延迟,粗延迟的精度与对消系统的工作时钟密切相关,若工作时钟为100MHz,则延迟精度为10ns,对于对消系统严格的时间对准要求这样的精度是不能实现很好的对消效果的,所以对消网络的延迟称为粗延迟;对于粗延迟所不能实现的延迟时间,也就是小于粗延迟精度的时间则通过微调发射天线与侦测天线距离来实现,微调平台的距离调整可实现几个毫米的精度,可实现小于纳秒级的时间延迟,大大提高了延迟时间的精度。保证数字延迟自适应滤波器的两个输入的数据同步;然后再根据数字延迟自适应滤波器动态调整收敛步长,最终使得数字延迟自适应滤波器的输出在均方意义上逼近上述外部干扰信号经分析,包括所述雷达干扰器向外发射的干扰信号在空间中直接耦合的信号,以及该干扰信号经环境物体反射的信号,并作为数字延迟自适应滤波器的另一路输入,最终数字延迟自适应滤波器的输入即为需要侦收的雷达信号。
如图3和图4所示,针对两幅图进行比较,可以看出,经过干扰对消后,干扰功率明显下降,可提高收发系统22dB的隔离度。将本发明设计的雷达干扰器自适应干扰对消方法在实际应用过程中,针对某舰载新型预警机雷达干扰技术研究中,采用了自适应数字对消技术设计方案,通过实验测试可提高收发系统15dB的隔离度。通过进一步优化自适应算法和优化设计预计隔离度达30dB。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (5)
1.一种雷达干扰器自适应干扰对消方法,其特征在于:雷达干扰器中设置自适应滤波器,所述自适应干扰对消方法包括如下步骤:
步骤001.获取雷达干扰器上侦测天线实时接收到的外部信号d,同时,获取雷达干扰器中产生、经其发射天线发射之前的干扰信号,作为参考干扰信号J,进入步骤002;
步骤002.将该参考干扰信号J经自适应滤波器处理,获得滤波输出信号Y,并将该滤波输出信号Y与该外部信号d进行反相叠加,获得该滤波输出信号Y与该外部信号d之间的误差信号e,进入步骤003;
步骤003.计算该误差信号e的均方误差E{e2},并判断该均方误差E{e2}是否小于预设阈值,若是则将该滤波输出信号Y当作为该外部信号d中的外部干扰信号,并将该误差信号e作为该外部信号d中的有用侦测信号;否则进入步骤004;
步骤004.将该误差信号e反馈至自适应滤波器当中,并根据该误差信号e调整自适应滤波器的数据处理方法,返回步骤002。
2.根据权利要求1所述一种雷达干扰器自适应干扰对消方法,其特征在于:所述步骤002至步骤003中采用基于均方误差最小的LMS算法。
3.根据权利要求1或2所述一种雷达干扰器自适应干扰对消方法,其特征在于:所述自适应滤波器中的权矢量W,定义为W=[w0,w1,…,wj]T,其中,wj为所述雷达干扰器上第j根接收天线的权值,T为权矢量W的共轭转置,并初始化权矢量和迭代收敛步长系数,所述步骤002中具体包括如下步骤:
步骤00201.将该参考干扰信号J经自适应滤波器处理,根据Y=J·W当前次,W当前次表示由步骤001至步骤004循环操作过程中当前次迭代的权矢量,获得滤波输出信号Y,进入步骤00202;
步骤00202.根据e=d-Y,将该滤波输出信号Y与该外部信号d进行反相叠加,获得该滤波输出信号Y与该外部信号d之间的误差信号e,进入步骤00203;
步骤00203.根据W下一次=W当前次+2μ当前次·e·J,获得W下一次,作为步骤001至步骤004循环操作过程中下一次迭代的权矢量,其中,μ当前次为步骤001至步骤004循环操作过程中当前次迭代的迭代收敛步长系数;
根据μ下一次=α·μ当前次+β·e2,获得μ下一次,作为步骤001至步骤004循环操作过程中下一次迭代的迭代收敛步长系数,并进入步骤003,其中,α和β为预设参数,且0<α<1,β>0。
4.根据权利要求1所述一种雷达干扰器自适应干扰对消方法,其特征在于:所述步骤003中的外部干扰信号包括所述雷达干扰器向外发射的干扰信号在空间中直接耦合的信号,以及该干扰信号经环境物体反射的信号。
5.根据权利要求1所述一种雷达干扰器自适应干扰对消方法,其特征在于:所述自适应滤波器为数字延迟自适应滤波器。
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