CN104777468B - 利用雷达天线和差通道抑制雷达旁瓣截获的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用雷达天线和差通道抑制雷达旁瓣截获的方法，通过优化雷达主天线的和通道与差通道的天线方向图，利用雷达系统的自校信号获取以和通道为基准的幅度与相位误差，用于和差通道误差校正；根据和通道内目标位置查询目标在差通道内的对应位置，利用和差通道幅度与相位误差，对差通道目标所在位置的复数值进行幅相校正；对和通道目标所在位置的复数取模值和校正后的差通道目标复数取模值进行比较，判断目标回波从主天线的主瓣进入还是从旁瓣进入。因此，利用本发明所述方法的雷达系统，能够直接利用主天线实现旁瓣目标识别，而不再依赖辅助天线，从而有效降低雷达天线设计难度，减少天线通道数量，提高天线可靠性。

Description

利用雷达天线和差通道抑制雷达旁瓣截获的方法

技术领域

本发明所涉及的是雷达系统天线旁瓣对消领域，特别涉及一种利用雷达天线和差通道抑制雷达旁瓣截获的方法。

背景技术

现代雷达系统具备和差通道接收处理能力，用于实现雷达与目标空域相对角位置判断与高精度测角功能。但旁瓣截获问题会引起雷达测角错误，导致雷达系统无法稳定跟踪目标，更无法给出目标的正确角度。

当前，雷达设计师在系统设计之初就对雷达主天线方向图进行了优化。主天线主瓣的最大增益比其旁瓣最大增益大十几分贝至几十分贝，可有效降低旁瓣截获目标的情况。但如果在雷达探测区域出现多目标的情况，且从主天线旁瓣进入的目标回波能量大于从主天线主瓣进入的目标回波能量，则雷达系统很容易出现旁瓣截获现象。

为解决旁瓣截获目标引起的测角错误问题，雷达设计师一般采用在主天线附近增加辅助天线的方式实现旁瓣截获抑制。利用辅助天线的天线方向图的全向性特点，使其增益小于主天线的主瓣增益，但又大于主天线旁瓣增益。雷达系统在检测目标时，通过对比主天线回波信号能量与辅助天线回波信号能量，可屏蔽掉旁瓣进入的干扰信号，实现抑制旁瓣截获的功能。

现有技术中，《火控雷达技术》2006年第35卷第2期的论文《自适应旁瓣对消在雷达中的应用》提出了一种自适应旁瓣对消是雷达对抗有源干扰的有效方法，采用辅助通道实现干扰方向的波束图零点，抑制干扰信号进入雷达接收机。该方法需要在雷达主天线附近加装多套辅助天线，并利用软件加权的方式实现旁瓣干扰抑制。本质上是采用辅助天线抑制雷达旁瓣截获，增加了系统复杂度。

《雷达与对抗》2010年第30卷第1期的论文《基于FPGA和DSP的自适应旁瓣对消的工程实现》详细介绍了旁瓣对消技术的工程实现方法。利用DSP与FPGA的高性能运算能力，在双精度浮点计算加权系数的条件下，可以获得较好的对消效果。该型雷达同样需要多路辅助天线协助，以获得抑制旁瓣截获能力。文章侧重于高精度运算处理，增加了系统软硬件实现难度。

《火控雷达技术》2011年第40卷第1期的论文《机扫雷达旁瓣对消算法研究》提出了一种雷达在转动条件下的旁瓣对消算法。文章通过矩阵求逆和递归最小二乘算法实现旁瓣截获抑制，本质上是利用多个辅助天线的回波能量加权实现雷达旁瓣截获抑制，系统复杂度较高。

专利《基于随机空时编码的集中式MIMO雷达旁瓣压缩方法》(申请号：CN201210493292，公开号：CN102998657)，公开了一种基于随机空时编码的集中式MIMO雷达旁瓣压缩方法，主要解决现有方法不能进一步压低MIMO雷达波形旁瓣的问题。该专利具有大幅压低雷达回波旁瓣的优点，但该方法压低了信号旁瓣而不是雷达波束旁瓣，无法从空域角度解决旁瓣截获的问题。

发明内容

本发明提供一种利用雷达天线和差通道抑制雷达旁瓣截获的方法，用以解决雷达系统在无辅助天线条件下的旁瓣截获问题，仅利用雷达主天线自身的和差通道信号，即可获得抑制旁瓣截获的能力，有效降低雷达天线设计难度，减少天线通道数量，提高天线可靠性。

为了解决现有技术的以上问题，需要判断主天线和通道与差通道回波信号能量差异，确定目标回波是从主天线主瓣进入还是从旁瓣进入。本发明的技术方案在于提供一种利用雷达天线和差通道抑制雷达旁瓣截获的方法，包含以下过程：一是，优化设计雷达主天线的和通道与差通道的天线方向图，要求在和通道天线方向图的主瓣波束宽度以内，其主瓣增益需高于差通道增益，而在和通道天线方向图主瓣波束宽度以外，其旁瓣增益需低于差通道增益；二是，利用雷达系统的自校信号，获取雷达和差处理通道幅度与相位数据，以和通道为基准，记录保存雷达系统和差通道幅度与相位误差，该误差用于和差通道误差校正；三是，根据和通道内目标位置，查询目标在差通道内的对应位置，利用和差通道幅相误差对差通道目标所在位置的复数值进行幅相校正；四是，对和通道目标所在位置的复数取模值，同时对校正后的差通道目标复数取模值，并对两者进行比较。若和通道数值大于差通道数值，则表明目标回波从主天线的主瓣进入，若和通道数值小于差通道数值，则表明目标回波从主天线的旁瓣进入。

本发明所涉及的是雷达系统天线旁瓣对消领域，是针对传统的主天线与辅助天线结合抑制旁瓣截获的方法提出的。本发明的核心部分在于仅利用主天线自身的和差通道数据即可完成主瓣与旁瓣回波识别, 而不再依赖辅助天线。因而，本发明可降低雷达系统天线复杂度，减少雷达处理通道数量，在不增加系统硬件的条件下解决旁瓣截获问题。将本发明的成果应用于雷达系统中，能够通过实验室内场测试与外场验证，具有工程可实现性。

附图说明

图1为雷达系统主瓣截获与旁瓣截获示意图。

图2为优化后的雷达主天线和通道与差通道方向图。

图3为和差通道幅相误差提取示意图。

图4为雷达获取目标回波在和差通道内的复数数据示意图。

图5为差通道数据幅相校正示意图。

图6为和差通道数据比幅抑制旁瓣截获示意图。

具体实施方式

本发明提供一种利用雷达天线和差通道抑制雷达旁瓣截获的方法，在优化雷达主天线和差通道天线方向图的基础上，通过分析比对和差通道回波幅相差异，实现雷达旁瓣截获抑制的功能。本发明特别适用于雷达系统在复杂电磁环境下屏蔽由天线旁瓣进入的干扰回波，实现雷达对目标空域位置的正确判断，完成高精度测角功能。

下面结合附图1～附图6对本发明做进一步的描述。

(1) 明确雷达主天线和差通道方向图相对关系；

图1为雷达系统主瓣截获与旁瓣截获示意图。如图1所示，目标1的回波从雷达主天线主瓣进入系统内部，雷达系统处于主瓣截获状态。在该状态下，主瓣内和差通道天线方向图之间为线性关系。雷达系统通过比较主瓣内和差通道回波能量，并利用两者线性关系，可获得目标角度误差。将修正误差后可使主天线零位对准目标，实现高精度测角与角度跟踪功能。目标2的回波从雷达主天线旁瓣进入系统内部，雷达系统处于旁瓣截获状态。在该状态下，旁瓣内和差通道天线方向图为非线性关系，且两个通道方向图不规则，雷达系统难以获取目标角度误差，导致测角错误。

因此，为了确保不出现旁瓣截获现象，在雷达主天线设计初期需要优化和差通道方向图的相对关系，这是实现和差通道抑制雷达旁瓣截获的关键步骤。图2为优化后的雷达主天线和通道与差通道方向图。如图2所示，要求在主天线和通道方向图3dB波束宽度以内，和通道方向图增益必须高于差通道方向图增益。在主天线和通道方向图3dB波束宽度以外，和通道方向图增益必须低于差通道方向图增益。通过以上处理，雷达系统可以从和差通道回波能量差异来判断回波是否从主瓣进入，进而确定目标与雷达的空域相对位置。

(2) 计算雷达系统和差通道幅相校正值；

由于雷达系统和差接收处理通道由多级硬件组成，包括：天线和差器、高频接收机、中频接收机和信号处理机。导致和差通道之间的幅度与相位特性不可能做到完全一致。若直接对和差通道回波能量进行比较，容易引起旁瓣截获的误判。因此，需首先获取两个通道间的幅度与相位误差值。

图3为和差通道幅相误差提取示意图。根据图3所示的方法，雷达系统信号处理机控制微波源产生自校信号，所述自校信号经过主天线与和差器后，等幅等相地馈入和通道与差通道，该自校信号将遍历和差通道内所有的接收处理环节。信号处理机解析通过和差通道的自校信号，获得自校信号在两个通道内的结果X与Y。将自校信号在和通道中的复数值X，除以自校信号在差通道中的复数值Y，得到以和通道数据为基准的幅度与相位误差值（即差通道幅相校正值Z），该数据用于后续差通道幅相校正和差通道数据幅度比较，实现比幅判决时的数据校正。

(3) 提取目标回波在和差通道内的数值并进行幅相校正；

图4为雷达获取目标回波在和差通道内的复数数据示意图。如图4所示，信号处理机控制微波源与发射机，将高功率信号辐射到探测空域中。目标回波经过雷达系统后，将形成和通道与差通道两个二维时频域检测平面，目标在两个检测平面中的坐标点是相同的。雷达信号处理机在和通道二维时频域平面检测目标，并获取目标在时间维与频率维的坐标，记录目标在该点位的复数值A。同时，查询目标在差通道二维时频域平面中对应点位，记录该点位在差通道二维时频域平面中的复数值B。

图5为差通道数据幅相校正示意图。如图5所示，根据目标在差通道的复数值B，结合差通道幅相校正值Z（即和通道为基准的幅相误差值），完成对数据B的幅相校正计算，以获得幅相校正后的差通道复数值C，计算公式为C=ZB。

(4) 比较和差通道回波能量抑制旁瓣截获；

图6为和差通道数据比幅抑制旁瓣截获示意图。按照图6的方法，分别对和通道复数值A与幅相校正后的差通道复数值C进行取模运算。比较取模后的数值MOD(A)与MOD(C)的大小。若MOD(A)>MOD(C)，则表明目标回波从雷达主天线的主瓣进入，雷达系统可判定该目标有效，转入目标识别、截获、跟踪等处理状态。若MOD(A)≤MOD(C)，则表明目标回波从雷达主天线的旁瓣进入，雷达系统可判定该目标无效，直接剔除该目标，实现抑制旁瓣截获的功能。

采用以上抑制旁瓣截获的措施后，雷达可对目标回波方向进行正确判断，实现对目标在角度域正常跟踪与高精度测角功能。将该方法应用于某型号的雷达系统，能够通过外场搜索跟踪海面船只的实验考核，雷达可正确搜索与持续稳定跟踪船只目标，未出现旁瓣截获现象。

综上所述，本发明在优化雷达主天线和差通道天线方向图的基础上，利用主天线和差通道回波能量差异，判断目标回波进入方向，实现雷达旁瓣截获抑制的功能。在雷达系统中利用本发明成果，可抑制雷达旁瓣截获现象，而无需在雷达主天线附近增加辅助天线，因此有效简化了雷达主天线复杂度，减少天线通道数量，提高天线可靠性，可在雷达系统上实现工程化应用。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种利用雷达天线和差通道抑制雷达旁瓣截获的方法，其特征在于，包含以下过程：

优化雷达主天线的和通道与差通道的天线方向图，使得在和通道天线方向图的主瓣波束宽度以内，其主瓣增益高于差通道增益，而在和通道天线方向图主瓣波束宽度以外，其旁瓣增益低于差通道增益；

利用雷达系统的自校信号，获取雷达和差处理通道幅度与相位数据，以和通道为基准，记录保存雷达系统的和差通道幅度与相位误差，并将该误差用于和差通道误差校正；

根据和通道内目标位置，查询目标在差通道内的对应位置，利用和差通道幅度与相位误差，对差通道目标所在位置的复数值进行幅相校正；

对和通道目标所在位置的复数取模值记为和通道数值，同时对校正后的差通道目标复数取模值记为差通道数值，并对两者进行比较：若和通道数值大于差通道数值，则表明目标回波从主天线的主瓣进入；若和通道数值小于差通道数值，则表明目标回波从主天线的旁瓣进入；

其中，由雷达系统的信号处理机控制微波源产生自校信号，将该自校信号等幅等相地馈入和通道与差通道，并遍历和差通道内所有的接收处理环节；

由信号处理机解析通过和差通道的自校信号，获得自校信号在和通道中的复数值X和自校信号在差通道中的复数值Y；将复数值X除以复数值Y得到的差通道幅相校正值Z，作为以和通道数据为基准的和差通道幅度与相位误差。

2.如权利要求1所述利用雷达天线和差通道抑制雷达旁瓣截获的方法，其特征在于，

由信号处理机控制微波源与发射机，将发射信号辐射到探测空域中；目标回波经过雷达系统的和差通道接收处理环节之后，形成和通道二维时频域检测平面及差通道二维时频域检测平面；

由信号处理机在和通道二维时频域平面检测目标，获取目标的坐标点并记录目标在该点位的复数值A；同时，查询目标在差通道二维时频域平面中的对应点位，记录该对应点位在差通道二维时频域平面中的复数值B；

利用算式C=ZB，根据差通道幅相校正值Z，完成对目标在差通道的复数值B的幅相校正计算，以获得幅相校正后的差通道复数值C。

3.如权利要求2所述利用雷达天线和差通道抑制雷达旁瓣截获的方法，其特征在于，

对从和通道二维时频域平面获得的目标的坐标点的复数值A，和幅相校正后的差通道复数值C分别进行取模运算；比较取模后的数值MOD(A)与MOD(C)的大小：

若MOD(A)>MOD(C)，则表明目标回波从雷达主天线的主瓣进入，雷达系统判定目标有效；若MOD(A)≤MOD(C)，则表明目标回波从雷达主天线的旁瓣进入，雷达系统判定目标无效，完成旁瓣截获抑制。