CN104678368A - 一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法,雷达系统分配侦测脉冲资源，信号处理分系统对各行天线、各方位角、各俯仰角的回波侦测接收，先进行数字下变频处理，沿俯仰角方向等间隔波束加权，获得空间-距离域数据，然后进行一维傅里叶变换，并在频域内提取干扰特征信息，作干扰判决，当判决为干扰，则记录干扰方位角度、俯仰角度；同时，信号处理系统根据上一次扫描周期所记录的干扰角度、当前目标期望方向，使用唯相位法进行波束权值流水方式求解，经过多波束加权，形成在干扰方向上置零的接收多波束。本发明结合一维相扫三坐标雷达的特点，将空域自适应干扰抑制应用到脉冲多普勒雷达中，有效提高了雷达在干扰环境中的生存能力和目标检测能力。

Description

一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法

技术领域

本发明涉及一种车载式一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制的方法。

背景技术

在现有技术中,相控阵雷达大体可分为两大类，即全电扫相控阵和有限电扫相控阵。全电扫相控阵又可称固定式相控阵，即在方位上和仰角上都采用电扫，天线阵是固定不动的。有限电扫相控阵是一种混合设计的天线，即把两种以上天线技术结合起来，以获得所需要的效果，起初把相扫技术与反射面天线技术相结合，其电扫角度小，只需少量的辐射单元，因此可大大降低设备造价和复杂程度。天线阵，根据扫描情况可分为相扫、频扫、相/相扫、相/频扫、机/相扫、机/频扫、有限扫等多种体制。相扫系列利用移相器改变相位关系来实现波束电扫。频扫是利用改变工作频率的方法来实现波束电扫。相/相扫是利用移相器控制平面阵两个角坐标实现波束电扫。相/频扫是利用移相器控制平面阵一个坐标而另一坐标利用频率变化控制来实现波束电扫，机/相扫是在方位上采用机扫、仰角上采用相扫。机/频扫是在方位上采用机扫、仰角上采用频扫。由于现代雷达常处于日益复杂的有源和无源干扰环境中，干扰波形日趋复杂，干扰频段宽，干扰功率高。在强干扰的压制下，小目标或远距离目标很容易被干扰信号压制而导致目标得不到正确检测。为了提高雷达在干扰环境中的生存能力，雷达系统设计不仅仅考虑信噪比、信杂比的改善，更多的还要考虑信干比的改善。信干比的改善可以从时间、空间、频率多角度出发，根据干扰与目标的特征差异，对干扰信号进行抑制。传统的干扰抑制，通常采用AFT方式，先监测干扰信号工作频点，再令雷达工作于其它频点来抑制干扰；然而，当干扰为宽频带干扰时，AFT方法也不能避开干扰，更有甚者，先进的干扰机能够在当前PRT内将雷达的波形、工作频点等信息实时侦测，并立即存储转发，使得目标回波信号与干扰信号在时间、频率域内很难区分，只能在空域(空间角度)上进行区分。

在空域干扰抑制方面，传统空域干扰抑制的方法主要有旁瓣消隐和旁瓣对消两种。旁瓣消隐采用直接阻断信号的方式，当干扰信号为高占空比的脉冲信号或噪声干扰时，目标信号大部分时间内被关闭，导致了雷达失效。而旁瓣相消技术主要依赖于辅助天线来抑制干扰，由于辅助天线的数量有限，导致干扰角度分辨力低，干扰抑制个数少。

随着阵列天线及阵列信号处理的发展，根据干扰环境的变化自适应地调整权值以抵消干扰并增强期望方向上的目标信号已成为现代雷达空域干扰抑制研究的热点问题，近年来，空域自适应干扰抑制权值求解算法已日趋成熟，如最小方差无畸变响应算法、采样矩阵求逆算法(SMI)、最小均方(LMS)算法、递归最小二乘(RLS)算法等，然而这些算法对于车载式一维相扫三坐标雷达而言，由于雷达数据率较高，每个方位波束内雷达驻留时间有限，难以保证权值实时求解，制约了工程应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种能够准确侦测干扰方向、抑制干扰信号、降低计算量，提高信干比，检测真实目标，易于实现自适应旁瓣抑制和自适应抗各种干扰的方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。一种一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法，其特征在于包括如下步骤：

雷达宽波束侦测接收：在一维相扫三坐标脉冲多普勒雷达体制下，雷达系统分配时间资源，在每个方位波束宽度内驻留一个脉冲重复间隔PRT，波束控制器、数字接收机、信号处理系统在同步脉冲的同步下对接收信号协同处理，同步脉冲起始后，第一个PRT内，发射机关闭，雷达天线对所关心的俯仰空域作宽波束接收；

信号处理沿俯仰方向多波束加权：各行天线中频模拟信号经A/D芯片同步采样后，将L个阵元所接收的中频信号A/D变换，获得L×N维中频数据；再作K个波束加权，形成指向K个俯仰方向的K×N维空时二维数据C_K×N，数字接收机将每行天线的中频数据作数字下变频处理，获得L×N维基带数据C_L×N；然后沿俯仰方向对基带数据在所需侦测空域上作K个波束加权，获得K×N维空时二维数据C_K×N；

多波束频域特征分析：信号处理系统对空时二维数据沿快时间维作快速傅里叶变换，分析频谱信息，在同一个方位波束上同时形成多个俯仰波束，对各波束进行开环信号处理，作特征提取，进行恒虚警处理，并与雷达基底噪声作比较，识别出干扰数量、干扰强度，并作为唯相位法的约束条件作权值求解；

干扰判定与干扰方向记录：当多波束频谱中被检测单元幅度大于干扰识别门限η，信号处理系统判为干扰，记录该干扰的方位角度和俯仰角度，作为自适应干扰抑制波束权值求解输入参数；

信号处理系统基于天线方向增益最大约束算法构建方程组：信号处理系统中波束权值求解单元根据当前方位角度、当前期望目标俯仰角度、前一次扫描周期所获取的干扰参数作唯相位法权值解算，权值求解的过程为解2J+2个非线性方程组的过程；

拟牛顿法迭代求解自适应干扰抑制权值：信号处理系统根据前一次扫描周期内侦测到的干扰方向、当前期望目标方向构建拉格朗日函数，求偏导后获得2J+2个方程组，采用拟牛顿法以迭代方式进行求解，求解过程中通过唯相位算法调节精度ε，调整步长h，或改变方程组g_i(x)＝0,i＝1,2,…,2J+2中各方程的顺序来保证迭代的收敛性；

对雷达回波作多波束干扰抑制加权：雷达系统分配时间资源，在每个方位单元上驻留M个脉冲，天线发射宽波束，经接收机处理后获得L×M×N维零中频数据将唯相位法所得的各权值矢量w_k并行作用到零中频数据上，获得K个波束的干扰抑制结果，并输出结果。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明结合一维相扫三坐标雷达的特点，将空域自适应干扰抑制方法应用到了脉冲多普勒雷达中，有效地提高了雷达在干扰环境中的生存能力，提高了目标检测能力。结合一维相扫三坐标雷达目标期望方向可控的特点，将唯相位算法应用到空域自适应干扰抑制上，通过对干扰方向的侦测，记录，流水方式求解波束权值，达到抑制干扰信号，提高信干比，检测真实目标的目的。

本发明针对一维相扫雷达俯仰方向可多波束接收的特点，在同一个方位波束上同时形成多个俯仰波束，对各波束进行开环信号处理，特征提取，识别出干扰数量、干扰强度，并作为唯相位法的约束条件作权值求解；上述措施缩短了权值求解时间，避免了波束畸变。

本发明将拟牛顿法应用到了非线性方程组求解中，不需要求互相关矩阵、不需要作矩阵求逆运算，只需要迭代求解，避免了方程组无解的情况，保证了算法的稳健性。

本发明利用一维相控阵天线所有行天线接收信号，与常规旁瓣相消雷达相比，扩充了干扰信号维度，加大了干扰零深，更有利于干扰信号抑制。

本发明适用于一维相扫雷达干扰方向侦测、干扰信号抑制，提高雷达在强干扰环境中对目标检测能力。

附图说明

图1所示为本发明一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制原理示意图。

图2所示为图1唯相位法自适干扰抑制波束权值求解的流程图。

具体实施方式

参阅图1。为了方便描述本发明的内容，首先作以下技术术语定义：

定义1三坐标脉冲多普勒雷达体制。在雷达系统中，为了探测目标的空间位置，需要获取其相对于雷达原点的方位角度、俯仰角度、径向距离，而脉冲多普勒指雷达发射波形为脉冲，并通过多个脉冲的联合处理，可以实现对目标能量的积累，并获取目标的多普勒信息。

定义2基带数据。基带数据表示该信号已经过下变频处理，无载波信息。

定义3扫描周期。雷达天线扫描周期是指雷达对整个监视区域完成一次完整的扫描所用的时间。

定义4信号处理距离量化分辨率。雷达信号处理中，数字接收机沿雷达回波距离维划分多个距离单元，距离单元间的间距为距离量化分辨率。

定义5空时二维数据矩阵。空时二维数据矩阵的行代表距离向；矩阵的列代表波束号，每个波束代表一个俯仰方向。假设雷达同时形成K个波束，每个波束回波处理N个距离单元，则一个PRT内K个波束数据为K行N列的二维矩阵。

定义6唯相位法。在实现自适应接收波束时，为了节约衰减器，希望只改变各路接收信号的相位而不改变其幅度(即功率)的加权算法。

定义7波束零陷约束。在空域干扰抑制中，当干扰角度和干扰功率确知后，在波束方向图对应干扰的方向处形成零陷，干扰功率越高，则零陷越深，并作为波束权值求解的约束条件。

定义8拟牛顿法。拟牛顿法是求解非线性优化问题最有效方法之一，该算法只要求每一步迭代时知道目标函数的梯度，通过测量梯度的变化，构造一个目标函数的模型使之足以产生超线性收敛性。

定义9干噪比。干噪比是指干扰的功率与环境噪声功率的比值。

定义10期望方向。期望方向指当前方位波束宽度内，雷达所要观测的俯仰空域的方向，当需要同时监视多个俯仰方向时，将有多个期望方向，与之对应有多个权值矢量。

定义11同步脉冲。同步脉冲指一维相扫三坐标雷达用于同步方位波束驻留的时序脉冲，天线沿方位方向转动时，每个方位波束宽度产生一个同步脉冲，每一个同步脉冲内包含多个PRF脉冲。雷达系统采用同步脉冲作为清零脉冲，采用PRF作为计数时钟进行计数，各分系统根据脉冲计数序号响应不同的任务。

定义12：“时间换面积”是指在FPGA多波束加权过程中，每个波束所用的FPGA资源相同，若采用并行计算，则K个波束需要K份资源，若将K个波束加权以串行方式分解到K个时间片上，则K个波束加权仅需1份资源，为了保证运算实时性，则运算速率将要提高K倍。这种通过提高FPGA运算速度来减少消耗资源的策略成为“时间换面积”策略。

在一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制中，雷达宽波束侦测接收：在一维相扫三坐标脉冲多普勒雷达体制下，雷达系统分配时间资源，在每个方位波束宽度内驻留一个PRT(脉冲重复间隔)，波束控制器、数字接收机、信号处理系统在同步脉冲的同步下对接收信号协同处理，同步脉冲起始后，第一个PRT内，发射机关闭，雷达天线对所关心的俯仰空域作宽波束接收；

信号处理沿俯仰方向多波束加权：各行天线中频模拟信号经A/D芯片同步采样后，将L个阵元所接收的中频信号A/D变换，获得L×N维中频数据；再作K个波束加权，形成指向K个俯仰方向的K×N维空时二维数据C_K×N，数字接收机将每行天线的中频数据作数字下变频处理，获得L×N维基带数据C_L×N；然后沿俯仰方向对基带数据在所需侦测空域上作K个波束加权，获得K×N维空时二维数据C_K×N；

多波束频域特征分析：信号处理系统对空时二维数据沿快时间维作快速傅里叶变换，分析频谱信息，在同一个方位波束上同时形成多个俯仰波束，对各波束进行开环信号处理，作特征提取，进行恒虚警处理，并与雷达基底噪声作比较，识别出干扰数量、干扰强度，并作为唯相位法的约束条件作权值求解；

干扰判定与干扰方向记录：当多波束频谱中被检测单元幅度大于干扰识别门限η，信号处理系统判为干扰，记录该干扰的方位角度和俯仰角度，作为自适应干扰抑制波束权值求解输入参数；

信号处理系统基于天线方向增益最大约束算法构建方程组：信号处理系统中波束权值求解单元根据当前方位角度、当前期望目标俯仰角度、前一次扫描周期所获取的干扰参数作唯相位法权值解算，权值求解的过程为解2J+2个非线性方程组的过程；

拟牛顿法迭代求解自适应干扰抑制权值：信号处理系统根据前一次扫描周期内侦测到的干扰方向、当前期望目标方向构建拉格朗日函数，求偏导后获得2J+2个方程组，采用拟牛顿法以迭代方式进行求解，求解过程中通过唯相位算法调节精度ε，调整步长h，或改变方程组g_i(x)＝0,i＝1,2,…,2J+2中各方程的顺序来保证迭代的收敛性；

对雷达回波作多波束干扰抑制加权：雷达系统分配时间资源，在每个方位单元上驻留M个脉冲，天线发射宽波束，经接收机处理后获得L×M×N维零中频数据将唯相位法所得的各权值矢量w^k并行作用到零中频数据上，获得K个波束的干扰抑制结果，并输出结果。

根据本发明，在一维相扫三坐标脉冲多普勒雷达体制下，雷达系统在每个方位波束驻留时间内，波束控制器和接收机、信号处理系统在同步脉冲的同步下对接收信号协同处理，完成以下步骤：

同步脉冲起始后，第一个PRT内，发射机关闭，雷达对所关心的俯仰空域作宽波束接收；各行天线中频模拟信号经A/D芯片同步采样后，得到L×N维中频数据，将每行天线的中频信号作数字下变频处理，再作K个波束加权，形成指向K个俯仰方向的K×N维空时二维数据C_K×N，将K个波束的数据沿快时间维作傅里叶变换，并在频域内对各波束数据作特征分析、门限检测，记录超过虚警门限η的波束所对应的方位角度、俯仰角度、干扰功率，并作为唯相位法波束权值求解零陷约束输入。同步脉冲起始后其它M个PRT内，发射机正常发射信号，接收机接收各行天线的回波信号，变换到基带。信号处理系统汇集所有行天线的基带数据，并根据上一个扫描周期唯相位法求解所得的K个波束权值进行波束加权，形成K个波束回波，此时的波束数据已在空域上抑制了干扰。同时，在整个方位波束驻留时间内，信号处理系统根据上次扫描周期内侦测到的干扰方向、当前期望目标方向构建拉格朗日函数，求偏导后获得2J+2个方程组，并采用拟牛顿法迭代方式求解权值。上述干扰监测、自适应波束权值求解、多波束合成采用流水方式计算。

参阅图2。本发明主要采用计算机仿真的方法进行验证，所有步骤、结论都在MATLAB-R2010b上验证正确,并构建了DBF信号处理系统，所有算法都在场可编程门阵列器件FPGA和数字信号处理器DSP芯片里得到验证。所描述的一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制算法具体包括如下步骤：

步骤1、雷达系统相关参数的初始化。初始化参数包括：一维相扫天线阵面参数和雷达工作波形参数、定时控制参数。天线阵面参数包括：天线行数目L，行间距d；工作波形的具体参数包括：载频F_c，时宽T_p，带宽B，方位波束宽度内波束驻留时间T_d，雷达脉冲重复频率为F_prf，中频频率F₀，信号处理距离量化分辨率δ_r；干扰个数为J个，干扰角度为θ_J，A/D采样频率为F_s，每个PRT沿快时间维采样点数为N，第l行天线的侦测样本数据为雷达相参处理的脉冲个数为M。假设干扰波形与目标回波波形相同，为瞄准式干扰，干扰检测虚警概率P_fa，唯相位法迭代过程中差商步长为h；天线行数目L＝20，行间距d＝0.055，载频F_c＝3.26GHZ，带宽B＝2MHZ，时宽T_p＝30μs，天线驻留时间T_d＝12.3ms。雷达脉冲重复频率为F_prf＝3.33KHz，中频频率F₀＝60MHz,A/D采样频率为F_s＝80MHz，信号处理距离量化分辨力δ_r＝30m；仿真假设目标在15km处，干扰与目标回波处于同一距离段，雷达沿距离向上的采样点数为N＝1300；雷达相参处理的脉冲个数为M＝40；假设目标速度为5m/s～250m/s,加速度在10m/s²以内,干扰虚警概率P_fa＝10^-6；信噪比SNR＝20dB，干噪比为0dB；干扰俯仰角度θ_J在-30度到+30度之间随机生成；仿真背景噪声为复高斯白噪声，其均值为零，方差为1。

步骤2、数字接收机对各天线行的回波并行作数字下变频处理；每片A/D对4行天线的中频信号进行数字转换，各A/D芯片在PRF、采样时钟同步下对模拟信号进行采样，每片A/D的采样时钟相位可单独控制，以补偿板卡间采样时钟走线路径差导致的延迟，确保各天线行信号同步采样。数字接收机由5个接收模块构成，每个接收模块含一片A/D器件、一片FPGA和一个光纤通信模块，每个接收模块对4行天线接收信号同步采样，在频率为80MHz的采样时钟控制下，与FPGA内的数字本振混频，再通过带宽为2.6MHz的低通滤波器滤除高频分量，提取出基带信号，经FPGA片内RAM存储后，将4行天线的基带数据打包，采用auora协议经光纤传输到信号处理系统。其中，光纤通信速率为2.5Gbps。

步骤3、信号处理系统采用5根光纤将步骤2所述20行天线的基带数据接收、存储，在同步脉冲的同步下，根据当前脉冲序号判别出当前脉冲的特征属性，并作相应处理。当脉冲序号为1时，表征当前脉冲为侦测脉冲，雷达天线宽波束接收，信号处理系统将16个权矢量并行作用于20行天线基带信号上作内积，获得16个波束的侦测数据C_K×N，每个波束携带了方位角、俯仰角信息；为了节约FPGA资源，采用“时间换面积”策略，每个侦测波束分时加权，“复乘累加模块”共复用16次，相应的计算时钟频率为80MHz。将侦测数据作频域变换，匹配滤波，特征分析，恒虚警检测，过门限比较，当超过虚警门限η时(假设背景噪声为方差为σ²、均值为零的复高斯白噪声，干扰识别门限为)，判定为干扰，并记录对应的方位角度、俯仰角度和干扰功率。

步骤4、波束权值求解单元根据上一次方位扫描所记录的干扰方位角度、俯仰角度以及当前俯仰空域期望方向，采用唯相位法求解波束权值。当干扰方向与目标期望方向间角度差小于波束宽度的一半时，直接采用泰勒加权方式给出期望方向所对应的波束权值，以防止由于干扰方向与目标期望方向不能分辨开而导致方向图畸变。

算法分为如下4个小步骤：参阅图2。

步骤4.1、波束权值求解单元根据目标期望方向θ₀，干扰源个数J，以及干扰信号的波达方向θ₁,θ₂,…,θ_J，构造拉格朗日函数

$f=\frac{1}{2}[{\left(\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{u}_l\right)}^2+{\left(\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{v}_l\right)}^2]+\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}[{\mathrm{\α}}_j\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}(u_l\cos \left({\mathrm{l\Δ}}_j\right)-v_l\sin \left({\mathrm{l\Δ}}_j\right))+{\mathrm{\β}}_j\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}(u_l\sin \left({\mathrm{l\Δ}}_j\right)+v_l\cos \left({\mathrm{l\Δ}}_j\right))]$ $-\frac{1}{2}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_l(u_l^2+v_l^2-A_l^2),{\mathrm{\Δ}}_j=\frac{2\mathrm{\πd}}{\mathrm{\λ}}(\sin {\mathrm{\θ}}_j-\sin {\mathrm{\θ}}_0),$ j＝1,2,…J，其中的λ为波长，参数α_j,β_j,λ_l均为拉格朗日因子，u_l和v_l为第l个阵元权值的实部和虚部，为了取得极值，令此拉格朗日函数f分别对参数u_l,v_l,λ_l,α_j,β_j求偏导，并令所求得各偏导值为零，可得一组偏导函数方程，为计算方便，令并对未知参数初始化：K_u＝L/2＝10，K_v＝L/2＝10，α_j＝0，β_j＝0,j＝1,2,…J。转到步骤4.2；

步骤4.2、构造向量λ_l，并令 ${\mathrm{\λ}}_l=\±\frac{1}{A_l}\{{[K_u+\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}[{\mathrm{\α}}_j\cos l{\mathrm{\Δ}}_j+{\mathrm{\β}}_j\sin {\mathrm{l\Δ}}_j]}^2+{[K_v+\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}[-{\mathrm{\α}}_j\sin {\mathrm{l\Δ}}_j+{\mathrm{\β}}_j\cos {\mathrm{l\Δ}}_j]}^2{\}}^{1/2},$ u_l、v_l分别为第l行阵元权系数的实部和虚部，则有 将步骤4.1中的参数初始值代入，求得参数λ_l,u_l,v_l的值，并转到步骤4.3；

步骤4.3、将偏导方程组简化为2J+2个方程，含有2J+2个未知数。偏导函数方程表示为g_j(x)＝g_j(K_u,K_v,α₁,…,α_J,β₁,…,β_J)＝0j＝1,2,…,2J+2，采用拟牛顿法通过迭代过程进行未知数x＝(K_u,K_v,α₁,…,α_J,β₁,…,β_J)^T的求解。通过步骤4.1求得的这组偏导函数方程具体为， $g_1\left(x\right)=K_u-\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{u}_l,g_2\left(x\right)=K_v-\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{v}_l,$ $g_m\left(x\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}[u_l\cos \left({\mathrm{l\Δ}}_{m-2}\right)-v_l\sin \left({\mathrm{l\Δ}}_{m-2}\right)],m=3:J+2,$ $g_n\left(x\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}[u_l\sin \left({\mathrm{l\Δ}}_{n-J-2}\right)+v_l\cos \left({\mathrm{l\Δ}}_{n-J-2}\right)],n=J+3:J+2,$ 记为g(x)＝(g₁(x),g₂(x),…g_2J+2(x))^T。将求得的参数λ_l,u_l,v_l的值均代入此偏导函数方程组，得到偏导函数方程g_j(x),j＝1,2,…2J+2的值。

是Jacobian矩阵，用差商代替偏导数进行计算。假设h为差商步长，x^(k)为向量x的第k次迭代值，则i,j＝1,2,…,2J+2。此时向量x第k+1次迭代后的结果可由第k次迭代后的结果得到循环执行步骤4.2和步骤4.3，直到g_j(x),j＝1,2,…2J+2的值均小于精度控制参数eps，此时输出向量值x＝(K_u,K_v,α₁,…,α_J,β₁,…,β_J)^T。转到步骤4.4；

步骤4.4、将步骤4.3中得出的向量值x＝(K_u,K_v,α₁,…,α_J,β₁,…,β_J)^T代入步骤4.2中进行求解，求出各阵元复加权系数u_l+jv_l，最后根据公式l＝1,2,…L求得最终所需权值。转到步骤5；

步骤5、雷达天线在方位上连续转动，在全空域范围内不间断地侦测干扰信号，当前脉冲为非侦测脉冲时，信号处理系统根据其携带的方位角度信息查找相应的干扰抑制权值，并作多波束加权，从而在空域上对干扰信号进行抑制。

由上述具体实施可以看出，本发明采用接收多波束侦测干扰信号，获取干扰方向，在干扰方向上形成零陷和期望方向上增益最大的约束下求解自适应干扰抑制权值，将权值并行作用于雷达回波信号上，在空域上实现对干扰信号抑制。通过仿真和实物样机测试，表明该方法能够实时抑制干扰，具备工程可实现性。与现有干扰抑制算法相比，本发明所采用的开环干扰监测保证了算法的收敛性，多波束并行流水计算节约了硬件系统资源，唯相位拟牛顿法求解降低了计算复杂度，减小了计算量。

Claims (10)

1.一种一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法，其特征在于包括如下步骤：

雷达宽波束侦测接收：在一维相扫三坐标脉冲多普勒雷达体制下，雷达系统分配时间资源，在每个方位波束宽度内驻留一个脉冲重复间隔PRT，波束控制器、数字接收机、信号处理系统在同步脉冲的同步下对接收信号协同处理，同步脉冲起始后，第一个PRT内，发射机关闭，雷达天线对所关心的俯仰空域作宽波束接收；

信号处理沿俯仰方向多波束加权：各行天线中频模拟信号经A/D芯片同步采样后，将个阵元所接收的中频信号A/D变换，获得维中频数据；再作K个波束加权，形成指向K个俯仰方向的维空时二维数据矩阵，数字接收机将每行天线的中频数据作数字下变频处理，获得维基带数据；然后沿俯仰方向对基带数据在所需侦测空域上作个波束加权，获得维空时二维数据；

多波束频域特征分析：信号处理系统对空时二维数据沿快时间维作快速傅里叶变换，分析频谱信息，在同一个方位波束上同时形成多个俯仰波束，对各波束进行开环信号处理，作特征提取，进行恒虚警处理，并与雷达基底噪声作比较，识别出干扰数量、干扰强度，并作为唯相位法的约束条件作权值求解；

干扰判定与干扰方向记录：当多波束频谱中被检测单元幅度大于干扰识别门限，信号处理系统判为干扰，记录该干扰的方位角度和俯仰角度，作为自适应干扰抑制波束权值求解输入参数；

信号处理系统基于天线方向增益最大约束算法构建方程组：信号处理系统中波束权值求解单元根据当前方位角度、当前期望目标俯仰角度、前一次扫描周期所获取的干扰参数作唯相位法权值解算，权值求解的过程为解个非线性方程组的过程；

拟牛顿法迭代求解自适应干扰抑制权值：信号处理系统根据前一次扫描周期内侦测到的干扰方向、当前期望目标方向构建拉格朗日函数，求偏导后获得2J+2个方程组，采用拟牛顿法以迭代方式进行求解，求解过程中通过唯相位算法调节精度，调整步长，或改变方程组中各方程的顺序来保证迭代的收敛性；

对雷达回波作多波束干扰抑制加权：雷达系统分配时间资源，在每个方位单元上驻留M个脉冲，天线发射宽波束，经接收机处理后获得维零中频数据，将唯相位法所得的各权值矢量并行作用到零中频数据上，获得K个波束的干扰抑制结果，并输出结果。

2.如权利要求1所述的一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法，其特征在于：雷达信号处理中，数字接收机沿雷达回波距离维划分多个距离单元，距离单元间的间距为距离量化分辨率。

3.如权利要求1所述的一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法,其特征在于：空时二维数据矩阵的行代表距离向，矩阵的列代表波束号，每个波束代表一个俯仰方向，每个波束回波处理N个距离单元，则一个PRT内K个波束数据为N行K列的二维矩阵。

4.如权利要求1所述的一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法,其特征在于：在空域干扰抑制中，当干扰角度和干扰功率确知后，在波束方向图对应干扰的方向处形成零陷，并作为波束权值求解的约束条件。

5.如权利要求1所述的一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法,其特征在于：拟牛顿法根据每一步迭代目标函数的梯度，通过测量梯度的变化，构造一个目标函数的模型使之足以产生超线性收敛性。

6.如权利要求1所述的一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法,其特征在于：天线沿方位方向转动时，每个方位波束宽度产生一个同步脉冲，每一个同步脉冲内包含多个PRF脉冲，雷达系统采用同步脉冲作为清零脉冲，采用PRF作为计数时钟进行计数，各分系统根据脉冲计数序号响应不同的任务。

7.如权利要求1所述的一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法,其特征在于：在FPGA多波束加权过程中，每个波束所用的FPGA资源相同，若采用并行计算，则K个波束需要K份资源，若将K个波束加权以串行方式分解到K个时间片上，则K个波束加权仅需1份资源。

8.如权利要求1所述的一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法,其特征在于：数字接收机由5个接收模块构成，每个接收模块含一片A/D器件、一片FPGA和一个光纤通信模块，每个接收模块对4行天线接收信号同步采样，在频率为80MHz的采样时钟控制下，与FPGA内的数字本振混频，再通过带宽为2.6MHz的低通滤波器滤除高频分量，提取出基带信号，经FPGA片内RAM存储后，将4行天线的基带数据打包，采用auora协议经光纤传输到信号处理系统。

9.如权利要求1所述的一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法,其特征在于：当脉冲序号为1时，表征当前脉冲为侦测脉冲，雷达天线宽波束接收，信号处理系统将16个权矢量并行作用于20行天线基带信号上作内积，获得16个波束的侦测数据，空时二维数据矩阵，每个波束携带了方位角、俯仰角信息。

10.如权利要求1所述的一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法,其特征在于：为了节约FPGA资源，采用“时间换面积”策略，每个侦测波束分时加权，“复乘累加模块”共复用16次，相应的计算时钟频率为80MHz,，将侦测数据作频域变换，匹配滤波，特征分析，恒虚警检测，过门限比较，当超过虚警门限时，判定为干扰，并记录对应的方位角度、俯仰角度和干扰功率。