CN104765021A - 一种雷达抗干扰系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种雷达抗干扰系统及其方法，属于通信技术领域，雷达抗干扰系统包括雷达发射器和雷达接收机，雷达接收机中包括若干个接收通道、信号混合器、信号处理器和检测信号准确的信号验证单元，每个接收通道均连接到信号混合器，信号混合器连接信号处理器，信号处理器连接信号验证单元。本发明基于抗干扰原理和多元统计技术，这种抗干扰方法能有效地完成在复杂、密集信号环境中的抗干扰处理，同时具有一定普遍适用性，能较好地完成对目标信号的检测和提取，即使在强噪声背景下亦可获得较好的结果，解决了现有技术中雷达抗干扰技术在复杂环境下使用局限性的问题。

Description

一种雷达抗干扰系统及其方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种雷达抗干扰系统及其方法。

背景技术

近些年来，由于电子技术的不断发展，而在电子对抗抗干扰斗争也日趋激烈，各种针对雷达的干扰手段层出不穷。其中“灵巧噪声干扰”作为一种新型干扰技术日益受到国内外关注，该干扰利用干扰机在雷达的中心频率附近发射许多噪声碎发脉冲，这些脉冲在时间上与雷达真正的目标回波重叠并且覆盖住目标回波，这样就使得“灵巧噪声干扰”兼具了压制性干扰和欺骗性干扰的优点，能够更充分地利用干扰能量，从而大大降低雷达采用抗干扰措施所造成的影响。但是该方法具有一下缺陷：1.该背景技术是信号层的抗灵巧噪声干扰算法，需要对干扰信号的特征有一定的先验知识，随着先进的数字电子技术和智能技术在干扰设备中的广泛应用，干扰信号的形式更加多变，给特征提取和干扰剔除带来了更多困难；2.不能实现多目标情况下干扰源所在载体的鉴别。故要不断发展雷达的抗干扰技术应对不断发展的要求，提高自身的安全水平。

发明内容

为了克服现有技术中雷达抗干扰技术在复杂环境下使用局限性的不足，本发明提供一种雷达抗干扰方法。

本发明的技术方案是：一种雷达抗干扰系统，所述雷达抗干扰系统包括雷达发射器和雷达接收机，所述雷达接收机中包括若干个接收通道、信号混合器、信号处理器和检测信号准确的信号验证单元，每个接收通道均连接到信号混合器，信号混合器连接信号处理器，信号处理器连接信号验证单元。所述信号混合器中设有分离回波信号和噪声信号的信号分离单元，信号分离单元连接信号处理器。所述信号处理器中设有对信号进行去除噪声处理的映射处理单元，映射处理单元连接到信号处理器。所述信号处理器还设有运用第二次典范相关分离方法的二次分离信号处理单元，二次分离信号处理单元连接到信号处理器。

一种雷达抗干扰系统的方法，所述方法步骤包括：步骤一、雷达接收机接收到雷达信号后，利用接收到的信号建立数学模型；步骤二、对步骤一中信号数据，采用基于典范相关的分离算法进行噪声背景下分离，获得多路分离信号；步骤三、对步骤二中的分离信号进行非线性映射处理，去除作为源信号的噪声及干扰信号；步骤四、对步骤三得到的整合后的含噪分离信号与雷达本身的发射信号作为接收信号分组，进行第二次典范相关分离。所述方法步骤一中的数学模型为：

$\begin{array}{c}x\left(t\right)=H\·\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}r\left({\mathrm{\θ}}_i\right)s_i\left(t\right)+n\left(t\right)=\\ A\·s\left(t\right)+n\left(t\right)\end{array},$ 式中x(t)即为雷达接收到的观测信号；A为m*n混叠矩阵，为天线阵的响应函R＝〔r(θ₁)，…，r(θ_n)〕和传播过程中的混叠矩阵H的乘积；s(t)为源信号包括回波信号、干扰信号等；n(t)为m*1维噪声信号。所述方法步骤三中的非线性映射处理的处理是由映射处理单元完成，映射处理单元中设置了分离不同映射区间信号的滤波器。所述方法还包括选择性步骤五：对最终得到的信号进行验证，误差分析。所述方法中的信号验证包括步骤：通过典范相关进行加噪分离过程；信号获取过程；信号恢复过程。

本发明有如下积极效果：本发明基于抗干扰原理和多元统计技术，提出了一种新的雷达抗干扰系统及其方法，这种抗干扰方法能有效地完成在复杂、密集信号环境中的抗干扰处理，同时具有一定普遍适用性，能较好地完成对目标信号的检测和提取，即使在强噪声背景下亦可获得较好的结果，从而在一定程度上提高雷达的检测能力。

附图说明

图1是本发明中的雷达抗干扰系统的工作原理框图；

图2是本发明中的雷达抗干扰系统方法的工作流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

一种雷达抗干扰系统，该系统的工作原理如图1所示，雷达抗干扰系统包括雷达发射器和雷达接收机，雷达接收机中包括若干个接收通道、信号混合器、信号处理器和检测信号准确的信号验证单元，每个接收通道均连接到信号混合器，信号混合器连接信号处理器，信号处理器连接信号验证单元。

现有的雷达天线中包括众多的天线单元，每一个天线接收单元就是一个接收通道，若干接收通道连接到信号混合器，信号混合器设置有信号分离单元，信号分离单元对回波信号和噪声信号进行分离，信号分离单元连接到信号处理器。信号处理器中设有映射处理单元和二次分离信号处理单元，信号处理单元接收到信号后，信号处理单元中的映射处理单元对信号进行去除噪声处理，然后二次分离信号处理单元对去噪后的信号运用第二次典范相关分离方法进行信号处理。

一种雷达抗干扰系统的方法，其方法步骤流程如图2所示，方法步骤具体包括：

步骤一、雷达接收机接收到雷达信号后，利用接收到的信号建立数学模型。假设雷达系统有m路接收通道，相互等距为d,有n(n≤m)路窄带信号，r(θ_i)为在方向θ_i上对窄带信号的天线响应，则

$r\left({\mathrm{\θ}}_i\right)={[1,e^{j{\mathrm{\Φ}}_i},...,e^{j(m-1){\mathrm{\Φ}}_i}]}^T$ 这里

Φ_i＝2(πd/λ)sinθ_i，则λ为其波长，则雷达接收信号的数学模型可表示为：

$\begin{array}{c}x\left(t\right)=H\·\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}r\left({\mathrm{\θ}}_i\right)s_i\left(t\right)+n\left(t\right)=\\ A\·s\left(t\right)+n\left(t\right)\end{array},$ 式中x(t)即为雷达接收到的观测信号；A为m*n混叠矩阵，为天线阵的响应函R＝〔r(θ₁)，…，r(θ_n)〕和传播过程中的混叠矩阵H的乘积；s(t)为源信号包括回波信号、干扰信号等；n(t)为m*1维噪声信号，包括外部噪声、内部热噪声、电噪声等，通常视为高斯白噪声。

步骤二、对步骤一中信号数据，采用基于典范相关的分离算法进行噪声背景下分离，获得多路分离信号。典范相关与其他统计方法的最大区别就是典范相关分析类似于互信息，这样典范相关分析就可在两组数据集中找到最本质的信息，典范相关的典型变量与典范相关系数的求解过程可描述为以下的步骤:

(1)求两组原变量间的相关系数：

，上式右边为分块矩阵。

(2)求典范相关系数r_i：先求两个矩阵L和M，其中 $L={\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{xx}}^{-1}{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{xy}}{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{yy}}^{-1}{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{yx}},M={\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{yy}}^{-1}{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{yx}}{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{xx}}^{-1}{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{xy}},$ 再求矩阵L和M的特征值λ_i，得λ₁≥λ₂≥…≥λ_i≥…λ_p,则

步骤三、对步骤二中的分离信号进行非线性映射处理，去除作为源信号的噪声及干扰信号。步骤二完成的分离结果仍是含噪的信号，在强噪背景下，特别是在非线性、非平稳等实际信号环境中，利用非线性映射完成步骤三的数据处理，主要根据信号的幅度和相位的绝对变化来反映信号变化的程度。为避免绝对振幅和相位对映射值定义的影响，应对需要进行映射处理的函数或数据进行规范化。确知信号的高阶导数小，振荡小，根据映射关系其映射值就低；而随机信号特别是噪声的高阶导数大，振荡也大，根据映射关系其映射值就高。通过映射值区间建立相应的滤波器，就可将不同映射值区间的信号分离。

步骤四、对步骤三得到的整合后的含噪分离信号与雷达本身的发射信号作为接收信号分组，进行第二次典范相关分离。步骤四简称为回波提取：在回波提取这一步就是将获取信号进行相关分离，选用雷达发射信号作为跟踪信号，简单的雷达回波信号与雷达发射信号主要相差时延和频移，信号跟踪过程就是回波提取和去噪过程，包含第二步分离和更新迭代运算。分离过程将含噪信号与雷达发射信号作为混合信号，实际上就转换为雷达信号与一路噪声信号的混合，同时存在一个时延和频移问题，这个问题在更新迭代运算过程中加以逼近，直至几乎一致，从而得到标准的雷达回波信号和噪声信号。

本发明提供的抗干扰方法还包括选择性步骤五：对最终得到的信号进行验证，误差分析。步骤五是为了验证抗干扰性能，所以是选择性的，不必要每次进行，具体信号验证步骤包括：(1)假设四路接收通道有四种类型信号，通过典范相关进行加噪分离过程，这时的加噪混合信号，即是雷达接收通道获取的信号；(2)信号获取过程，通过低通获取受噪声污染的两路雷达回波信号；(3)信号恢复过程，通过与跟踪信号的相关计算，将含噪回波信号剔除，分离噪声环境中的干扰信号和雷达回波信号。本发明提供的抗干扰方法能有效地完成在复杂、密集信号环境中的抗干扰处理，同时具有一定普遍适用性，能较好地完成对目标信号的检测和提取，即使在强噪声背景下亦可获得较好的结果，更可以进行抗干扰验证，从而在一定程度上提高雷达的检测能力。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种雷达抗干扰系统，所述雷达抗干扰系统包括雷达发射器和雷达接收机，其特征在于，所述雷达接收机中包括若干个接收通道、信号混合器、信号处理器和检测信号准确的信号验证单元，每个接收通道均连接到信号混合器，信号混合器连接信号处理器，信号处理器连接信号验证单元。

2.根据权利要求1所述的雷达抗干扰系统，其特征在于，所述信号混合器中设有分离回波信号和噪声信号的信号分离单元，信号分离单元连接信号处理器。

3.根据权利要求1所述的雷达抗干扰系统，其特征在于，所述信号处理器中设有对信号进行去除噪声处理的映射处理单元，映射处理单元连接到信号处理器。

4.根据权利要求3所述的雷达抗干扰系统，其特征在于，所述信号处理器还设有运用第二次典范相关分离方法的二次分离信号处理单元，二次分离信号处理单元连接到信号处理器。

5.一种雷达抗干扰系统的方法，其特征在于，所述方法步骤包括：

步骤一、雷达接收机接收到雷达信号后，利用接收到的信号建立数学模型；

步骤二、对步骤一中信号数据，采用基于典范相关的分离算法进行噪声背景下分离，获得多路分离信号；

步骤三、对步骤二中的分离信号进行非线性映射处理，去除作为源信号的噪声及干扰信号；

步骤四、对步骤三得到的整合后的含噪分离信号与雷达本身的发射信号作为接收信号分组，进行第二次典范相关分离。

6.根据权利要求5所述的雷达抗干扰系统的方法，其特征在于，所述方法步骤一中的数学模型为：

$\begin{array}{c}x\left(t\right)=H\·\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}r\left({\mathrm{\θ}}_i\right)s_i\left(t\right)+n\left(t\right)=\\ A\·s\left(t\right)+n\left(t\right)\end{array}$ 式中x(t)即为雷达接收到的观测信号；A为m*n混叠矩阵，为天线阵的响应函

R＝〔r(θ₁)，...，r(θ_n)〕和传播过程中的混叠矩阵H的乘积；s(t)为源信号包括回波信号、干扰信号等；n(t)为m*1维噪声信号。

7.根据权利要求5所述的雷达抗干扰系统的方法，其特征在于，所述方法步骤三中的非线性映射处理的处理是由映射处理单元完成，映射处理单元中设置了分离不同映射区间信号的滤波器。

8.根据权利要求5所述的雷达抗干扰系统的方法，其特征在于，所述方法还包括选择性步骤五：对最终得到的信号进行验证，误差分析。

9.根据权利要求8所述的雷达抗干扰系统的方法，其特征在于，所述方法中的信号验证包括步骤：通过典范相关进行加噪分离过程；信号获取过程；信号恢复过程。