CN105372633B - 一种相控阵雷达降维四通道抗主副瓣干扰的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于信号处理领域，公开了大型降维四通道抗主副瓣干扰的方法。包括：根据所有子阵接收的数据分别形成降维后的和波束、俯仰差波束、方位差波束、双差波束以及多个旁瓣干扰波束；得到俯仰和波束的抗干扰权值，方位和波束的抗干扰权值；根据双差波束、俯仰差波束和方位差波束，得到双差波束的自协方差矩阵、双差波束和俯仰差波束的互协方差矩阵、双差波束和方位差波束的互协方差矩阵；求解方位差波束的抗干扰权值和俯仰差波束的抗干扰权值；获取沿俯仰方向进行抗干扰后的方位和波束和方位差波束，以及沿着方位方向进行抗干扰后的俯仰和波束和俯仰差波束；采用和差测角求得目标的方向。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种相控阵雷达降维四通道抗主副瓣干扰的方法，可用于相控阵雷达抗主副瓣干扰，从而实现和差跟踪。
背景技术
随着当今电磁环境的日益复杂化，干扰式样的多样化，各种有意或者无意的人为的或是自然的电磁干扰导致阵列系统受到临时的或者是可逆性的影响和破坏，增加了信号处理的复杂度和困难性。面对存在天线波束主体而不是旁瓣部分的干扰，常用的典型ADBF会恶化天线主波束形成，并造成谱峰偏移，旁瓣电平上升的后果，严重影响目标信号的测向性能和角度跟踪的精度。同样的，主瓣内外均存在干扰时，自适应单脉冲技术在主波束的内外均会形成凹口，也会使方向图严重变形，目标的估计会产生较大误差。因此，能够很好的协调调零抗干扰性能与波束保形测角性能是很重要的。
针对上面的问题，已经有很多算法被提出。李荣峰，王永良等发表的文章“主瓣抗干扰下自适应方向图保形方法的研究”(《现代雷达》2002，24(3)：50-55)，运用的就是最典型的主瓣抗干扰及保形的方法基于阻塞矩阵预处理的干扰抑制保形方法(BMB)，及基于特征投影预处理(EPB)的干扰抑制保形方法，但是对于大型阵来说，构造主瓣抗干扰矩阵太麻烦，运算复杂度太大，因此胡航，张皓在电子学报上发表了“一种改进的两级子阵级自适应单脉冲方法”(《电子学报》2009，37(9)：1996-2003)。提出了先进行大型阵降维，然后对子阵进行处理，利用四通道单脉冲系统模型，分两级进行主瓣内外抗干扰，第一级先撇除主波束内的干扰，对剩下的旁瓣干扰进行调零的同时确保主波束形状；第二级对主瓣进行自适用调零的同时保持自适应单脉冲性能。
但是，求第一级权值进行主瓣抗干扰时撇除主波束内的干扰是不可能的，为此本文在此基础上对上述方法进行了改进。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的实施例提供一种相控阵雷达降维四通道抗主副瓣干扰的方法，以在含有一个主瓣干扰多个旁瓣的情况下，实现对主瓣、旁瓣干扰的抑制及主瓣的保形，实现准确的和差跟踪。
本发明的技术思路为：只需要用已经估计出来的旁瓣干扰方向，形成旁瓣干扰波束，由此可以在原来四通道的基础上，添加了旁瓣干扰波束，利用多旁瓣相消的方法即可实现主瓣内外的同时抗干扰，并且保形效果也比较好，不用求第一级权值，算法复杂度降低，不用撇除主波束内的干扰，工程上也可以得到很好的应用。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。
一种相控阵雷达降维四通道抗主副瓣干扰的方法，所述方法用于大型相控阵雷达抗主副瓣干扰，实现对目标的跟踪，其中，所述大型相控阵雷达含有一个主瓣干扰多个旁瓣干扰，所述方法包括如下步骤：
步骤1，相控阵雷达获取相控阵接收的数据，对所述相控阵接收的数据进行降维，得到所有子阵接收的数据，根据所述所有子阵接收的数据分别形成和波束、俯仰差波束、方位差波束、双差波束以及多个旁瓣干扰波束；
步骤2，获取辅助波束，根据所述辅助波束和所述方位差波束，得到俯仰和波束的抗干扰权值，并根据所述辅助波束和所述俯仰差波束，得到方位和波束的抗干扰权值，所述辅助波束由所述多个旁瓣干扰波束组成；
步骤3，根据所述双差波束、所述俯仰差波束和所述方位差波束，得到所述双差波束的自协方差矩阵、所述双差波束和所述俯仰差波束的互协方差矩阵、所述双差波束和所述方位差波束的互协方差矩阵；
步骤4，根据所述双差波束的自协方差矩阵、所述双差波束和所述方位差波束的互协方差矩阵，求解所述方位差波束的抗干扰权值，并根据所述双差波束的自协方差矩阵、所述双差波束和所述俯仰差波束的互协方差矩阵，求解所述俯仰差波束的抗干扰权值；
步骤5，根据所述俯仰差波束的抗干扰权值、所述俯仰和波束的抗干扰权值对所述相控阵沿方位方向进行抗干扰，得到俯仰和波束的方向性函数、俯仰差波束的方向性函数，并根据所述方位差波束的抗干扰权值、所述方位和波束的抗干扰权值对所述相控阵沿俯仰方向进行抗干扰，得到方位和波束的方向性函数、方位差波束的方向性函数；
步骤6，获取沿俯仰方向进行抗干扰后的方位和波束和方位差波束，以及沿着方位方向进行抗干扰后的俯仰和波束、俯仰差波束；
步骤7，根据所述方位和波束的方向性函数、所述方位差波束的方向性函数、所述俯仰和波束的方向性函数、所述俯仰差波束的方向性函数以及抗干扰后的方位和波束、抗干扰后的方位差波束、抗干扰后的俯仰和波束、抗干扰后的俯仰差波束，求得目标的方向。
本发明的特点和进一步的改进为：
(1)步骤1具体包括：
(1a)对所述相控阵接收的数据在方位方向上依次分别加泰勒窗和贝叶斯窗，并对所述相控阵接收的数据在俯仰方向上依次分别加泰勒窗和贝叶斯窗，得到和波束权值W_sum，方位差波束权值W_diff_phi，俯仰差波束权值W_diff_theta，双差波束权值W_diff_both，其中W_sum、W_diff_phi、W_diff_theta、W_diff_both均属于CN，C表示复数，N为所述相控阵雷达总的阵元个数，CN表示维度为N×1，矩阵元素为复数的矩阵集合；
需要说明的是，所述泰勒窗和贝叶斯窗是根据现有生成窗函数的方法随机产生的。
(1b)设定对所述相控阵进行降维的转换矩阵T，并根据所述相控阵雷达的波束指向确定所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_ele，其中，T∈CN*L，L为对所述相控阵降维后子阵的个数；CN*L表示维度为N×L，矩阵元素为复数的矩阵集合。
(1c)根据所述转换矩阵T、所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_ele、以及和波束权值W_sum，方位差波束权值W_diff_phi，俯仰差波束权值W_diff_theta，双差波束权值W_diff_both，求出和波束转换矩阵T_sum＝diag(steer_ele)*diag(W_sum)*T，方位差波束转换矩阵T_diff_phi＝diag(steer_ele)*diag(W_diff_phi)*T，俯仰差波束转换矩阵T_diff_theta＝diag(steer_ele)*diag(W_diff_theta)*T，双差波束的转换矩阵T_diff_both＝diag(steer_ele)*diag(W_diff_both)*T，其中，*表示相乘，steer_ele∈CN表示相控阵雷达的波束指向的导向矢量，diag表示将向量变成对角矩阵的操作，其中T_sum、T_diff_phi、T_diff_theta、T_diff_both均属于CN*L；
(1d)所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_ele和所述转换矩阵T，求出降维后所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_sub∈CL，利用降维后所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_sub∈CL，得到和波束y_sum＝steer_subH*T_sumH*X，方位差波束y_diff_phi＝steer_subH*T_diff_phiH*X，俯仰差波束y_diff_theta＝steer_subH*T_sub_thetaH*X，双差波束y_diff_both＝steer_subH*T_diff_bothH*X，(·)H表示共轭转置，X表示相控阵接收的数据，CL表示维度为L×1，矩阵元素为复数的矩阵集合；
(1e)根据预先获取的多个旁瓣干扰方向分别求每个旁瓣干扰方向对应的旁瓣干扰权值steer_jam(i)，i＝1，2，…I-1，根据所述旁瓣干扰权值得到旁瓣干扰波束y_jam(i)＝steer_jam(i)H*TH*X，其中，steer_jam∈CL*(I-1)，其中I为总的干扰个数，包含有1个主瓣干扰，I-1个旁瓣干扰。
(2)步骤2具体包括：
(2a)根据所述方位差波束和所述旁瓣干扰波束构造矩阵Xe，并求所述矩阵Xe的自协方差矩阵Re，所述矩阵Xe与所述和波束y_sum的互协方差矩阵re，从而得到俯仰和波束的抗干扰权值We；
其中，
Re＝Xe*XeH∈CI*I
re＝Xe*v_sumH∈CI
We＝Re-1*re∈CI
S表示快拍数。
(2b)根据所述俯仰差波束和所述旁瓣干扰波束构造矩阵Xa，并求所述矩阵Xa的自协方差矩阵Ra，所述矩阵Xa与所述和波束的互协方差矩阵ra，从而得到方位和波束的抗干扰权值Wa；
其中，
Ra＝Xa*XaH∈CI*I
ra＝Xa*y_sumH∈CI
Wa＝Ra-1*ra∈CI
(3)步骤3具体包括：
求所述双差波束的自协方差矩阵R_both_both，俯仰差波束与双差波束的互协方差矩阵R_theta_both，方位差波束与双差波束的互协方差矩阵R_phi_both，
其中，
R_both_both＝y_diff_both*y_diff_bothH/S，
R_theta_both＝y_diff_theta*y_diff_bothH/S，
R_phi_both＝y_diff_phi*y_diff_bothH/S。
(4)步骤4具体包括：
根据所述双差波束的自协方差矩阵R_both_both和所述俯仰差波束与双差波束的互协方差矩阵R_theta_both，得到俯仰差波束的抗干扰权值W_adpt_diff_theta，根据所述双差波束的自协方差矩阵R_both_both和所述方位差波束与双差波束的互协方差矩阵R_phi_both，得到方位差波束的抗干扰权值W_adpt_diff_phi；
其中，
(5)步骤5具体包括：
根据所述俯仰差波束的抗干扰权值、所述俯仰和波束的抗干扰权值对所述相控阵沿着方位方向抗干扰后的俯仰和波束的方向性函数及俯仰差波束的方向性函数为：
pattern_sum_theta＝pattern_sum-WeH(1)*pattern_diff_phi-WeH(2)*pattern_jam(1)-…-WeH(i)*pattern_jam(i)
pattern_diff_theta_adpt＝pattern_diff_theta-W_adpt_diff_theta*pattern_diff_both
根据所述方位差波束的抗干扰权值、所述方位和波束的抗干扰权值对所述相控阵沿着俯仰方向抗干扰后的方位和波束的方向性函数及方位差波束的方向性函数为：
pattern_sum_phi＝pattern_sum-WaH(1)*pattern_diff_theta-WaH(2)*pattern_jam(1)-…-WaH(i)*pattern_jam(i)
pattern_diff_phi_adpt＝pattern_diff_phi-W_adpt_diff_phiH*pattern_diff_both
其中，pattern_sum表示和波束的方向性函数，pattern_diff_theta表示俯仰差波束的方向性函数，pattern_diff_phi表示方位差波束的方向性函数，pattern_jam(1)表示第一个旁瓣干扰波束的方向性函数，pattern_jam(i)表示第i个旁瓣干扰。
(6)步骤6具体包括：
获取沿着俯仰方向抗干扰后的方位和波束y_sum_phi及方位差波束y_diff_phi_adpt，其中，
y_sum_phi＝y_sum-WaH(1)*y_diff_theta-WaH(2)*y_jam(1)-…-WaH(i)*y_jam(i)
y_diff_phi_adpt＝y_diff_phi-W_adpt_diff_phiH*y_diff_both
获取沿着方位方向抗干扰后的俯仰和波束y_sum_theta及俯仰差波束y_diff_theta_adpt，其中，
y_sum_theta＝y_sum-WeH(1)*y_diff_phi-WeH(2)*y_jam(1)-…-WeH(i)*y_jam(i)
y_diff_theta_adpt＝y_diff_theta-W_adpt_diff_thetaH*y_diff_both
其中，y_sum表示和波束，y_diff_theta表示俯仰差波束，y_diff_phi表示方位差波束，y_jam(i)表示第i个旁瓣干扰波束。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明对相控阵降维主瓣内外同时抗干扰只用加一级权值就可以实现同时对主瓣内外的抗干扰；(2)本发明对相控阵进行降维，运算量降低，对于相控阵不用构造大型的阻塞矩阵，同样可以实现主瓣抗干扰及主瓣保形；(3)本发明不用计算不含有主瓣干扰的协方差矩阵及不含有干扰的协方差矩阵，也可以进行旁瓣抗干扰。
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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的相控阵雷达降维四通道抗主副瓣干扰的方法的流程示意图；
图2是本发明的四通道单脉冲示意图；
图3是本发明的相控阵降维主瓣内外抗干扰结构示意图；
图4是本发明的仿真所用的阵元模型示意图；
图5是本发明的同时抗主瓣内外干扰俯仰固定为1度方位方向截图；
图6是本发明的同时抗主瓣内外干扰方位固定为1度俯仰方向截图；
图7是本发明的同时抗主瓣内外干扰俯仰固定为25度方位方向截图；
图8是本发明的同时抗主瓣内外干扰方位固定为20度在俯仰方向截图；
图9是本发明的同时抗主瓣内外干扰俯仰固定为-10度方位方向截图；
图10是本发明的同时抗主瓣内外干扰方位固定为-15度在俯仰方向截图；
图11是用本发明方法测角误差随信噪比变化曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种相控阵雷达降维四通道抗主副瓣干扰的方法，所述方法用于大型相控阵雷达抗主副瓣干扰，实现对目标的跟踪，其中，所述大型相控阵雷达含有一个主瓣干扰多个旁瓣干扰，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
步骤1，相控阵雷达获取相控阵接收的数据，对所述相控阵接收的数据进行降维，得到所有子阵接收的数据，根据所述所有子阵接收的数据分别形和波束、俯仰差波束、方位差波束、双差波束以及多个旁瓣干扰波束。
步骤1具体包括：
(1a)对所述相控阵接收的数据在方位方向上依次分别加泰勒窗和贝叶斯窗，并对所述相控阵接收的数据在俯仰方向上依次分别加泰勒窗和贝叶斯窗，得到和波束权值W_sum，方位差波束权值W_diff_phi，俯仰差波束权值W_diff_theta，双差波束权值W_diff_both，其中W_sum、W_diff_phi、W_diff_theta、W_diff_both均属于CN，C表示复数，N为所述相控阵雷达总的阵元个数，CN表示维度为N×1，矩阵元素为复数的矩阵集合；
(1b)设定对所述相控阵进行降维的转换矩阵T，并根据所述相控阵雷达的波束指向确定所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_ele，其中，T∈CN*L，L为对所述相控阵降维后子阵的个数，CN*L表示维度为N×L，矩阵元素为复数的矩阵集合；
(1c)根据所述转换矩阵T、所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_ele、以及和波束权值W_sum，方位差波束权值W_diff_phi，俯仰差波束权值Wdiff_theta，双差波束权值Wdiff_both，求出和波束转换矩阵T_sum＝diag(steer_ele)*diag(W_sum)*T，方位差波束转换矩阵T_diff_phi＝diag(steer_ele)*diag(W_diff_phi)*T，俯仰差波束转换矩阵T_diff_theta＝diag(steer_ele)*diag(W_diff_theta)*T，双差波束的转换矩阵T_diff_both＝diag(steer_ele)*diag(W_diff_both)*T，其中，*表示相乘，steer_ele∈CN表示相控阵雷达的波束指向的导向矢量，diag表示将向量变成对角矩阵的操作，其中T_sum、T_diff_phi、T_diff_theta、T_diff_both均属于CN*L；
(1d)所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_ele和所述转换矩阵T，求出降维后所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_sub∈CL，利用降维后所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_sub∈CL，得到和波束y_sum＝steer_subH*T_sumH*X，方位差波束y_diff_phi＝steer_subH*T_diff_phiH*X，俯仰差波束y_diff_theta＝steer_subH*T_sub_thetaH*X，双差波束y_diff_both＝steer_subH*T_diff_bothH*X，(·)H表示共轭转置，X表示相控阵接收的数据，CL表示维度为L×1，矩阵元素为复数的矩阵集合；
(1e)根据预先获取的多个旁瓣干扰方向分别求每个旁瓣干扰方向对应的旁瓣干扰权值steer_jam(i)，i＝1，2，…I-1，根据所述旁瓣干扰权值得到旁瓣干扰波束y_jam(i)＝steer_jam(i)H*TH*X，其中，steer_jam∈CL*(I-1)，其中I为总的干扰个数，包含有1个主瓣干扰，I-1个旁瓣干扰。
步骤2，获取辅助波束，根据所述辅助波束和所述方位差波束，得到俯仰和波束的抗干扰权值，并根据所述辅助波束和所述俯仰差波束，得到方位和波束的抗干扰权值，所述辅助波束由所述多个旁瓣干扰波束组成。
步骤2具体包括：
(2a)根据所述方位差波束和所述旁瓣干扰波束构造矩阵Xe，并求所述矩阵Xe的自协方差矩阵Re，所述矩阵Xe与所述和波束y_sum的互协方差矩阵re，从而得到俯仰和波束的抗干扰权值We；
其中，
Re＝Xe*XeH∈CI*I
re＝Xe*y_sumH∈CI
We＝Re-1*re∈CI
S表示快拍数。
(2b)根据所述俯仰差波束和所述旁瓣干扰波束构造矩阵Xa，并求所述矩阵Xa的自协方差矩阵Ra，所述矩阵Xa与所述和波束的互协方差矩阵ra，从而得到方位和波束的抗干扰权值Wa；
其中，
Ra＝Xa*XaH∈CI*I
ra＝Xa*y_sumH∈CI
Wa＝Ra-1*ra∈CI
步骤3，根据所述双差波束、所述俯仰差波束和所述方位差波束，得到所述双差波束的自协方差矩阵、所述双差波束和所述俯仰差波束的互协方差矩阵、所述双差波束和所述方位差波束的互协方差矩阵。
步骤3具体包括：
求所述双差波束的自协方差矩阵R_both_both，俯仰差波束与双差波束的互协方差矩阵R_theta_both，方位差波束与双差波束的互协方差矩阵R_phi_both，
其中，
R_both_both＝y_diff_both*y_diff_bothH/S，
R_theta_both＝y_diff_theta*y_diff_bothH/S，
R_phi_both＝y_diff_phi*y_diff_bothH/S
步骤4，根据所述双差波束的自协方差矩阵、所述双差波束和所述方位差波束的互协方差矩阵，求解所述方位差波束的抗干扰权值，并根据所述双差波束的自协方差矩阵、所述双差波束和所述俯仰差波束的互协方差矩阵，求解所述俯仰差波束的抗干扰权值。
步骤4具体包括：
根据所述双差波束的自协方差矩阵R_both_both和所述俯仰差波束与双差波束的互协方差矩阵R_theta_both，得到俯仰差波束的抗干扰权值W_adpt_diff_theta，根据所述双差波束的自协方差矩阵R_both_both和所述方位差波束与双差波束的互协方差矩阵R_phi_both，得到方位差波束的抗干扰权值W_adpt_diff_phi；
其中，
步骤5，根据所述俯仰差波束的抗干扰权值、所述俯仰和波束的抗干扰权值对所述相控阵沿方位方向进行抗干扰，得到俯仰和波束的方向性函数、俯仰差波束的方向性函数，并根据所述方位差波束的抗干扰权值、所述方位和波束的抗干扰权值对所述相控阵沿俯仰方向进行抗干扰，得到方位和波束的方向性函数、方位差波束的方向性函数。
步骤5具体包括：
根据所述俯仰差波束的抗干扰权值、所述俯仰和波束的抗干扰权值对所述相控阵沿着方位方向抗干扰后的俯仰和波束的方向性函数及俯仰差波束的方向性函数为：
pattern_sum_theta＝pattern_sum-WeH(1)*pattern_diff_phi-WeH(2)*pattern_jam(1)-…-WeH(i)*pattern_jam(i)
pattern_diff_theta_adpt＝pattern_diff_theta-W_adpt_diff_theta*pattern_diff_both
根据所述方位差波束的抗干扰权值、所述方位和波束的抗干扰权值对所述相控阵沿着俯仰方向抗干扰后的方位和波束的方向性函数及方位差波束的方向性函数为：
pattern_sum_phi＝pattern_sum-WaH(1)*pattern_diff_theta-WaH(2)*pattern_jam(1)-…-WaH(i)*pattern_jam(i)
pattern_diff_phi_adpt＝pattern_diff_phi-W_adpt_diff_phiH*pattern_diff_both
其中，pattern_sum表示和波束的方向性函数，pattern_diff_theta表示俯仰差波束的方向性函数，pattern_diff_phi表示方位差波束的方向性函数，pattern_jam(1)表示第一个旁瓣干扰波束的方向性函数，pattern_jam(i)表示第i个旁瓣干扰。
步骤6，获取沿俯仰方向进行抗干扰后的方位和波束和方位差波束，以及沿着方位方向进行抗干扰后的俯仰和波束、俯仰差波束。
步骤6具体包括：
获取沿着俯仰方向抗干扰后的方位和波束y_sum_phi及方位差波束y_diff_phi_adpt，其中，
y_sum_phi＝y_sum-WaH(1)*y_diff_theta-WaH(2)*y_jam(1)-…-WaH(i)*y_jam(i)
y_diff_phi_adpt＝y_diff_phi-W_adpt_diff_phiH*y_diff_both
获取沿着方位方向抗干扰后的俯仰和波束y_sum_theta及俯仰差波束y_diff_theta_adpt，其中，
y_sum_theta＝y_sum-WeH(1)*y_diff_phi-WeH(2)*y_jam(1)-…-WeH(i)*y_jam(i)
y_diff_theta_adpt＝y_diff_theta-W_adpt_diff_thetaH*y_diff_both
其中，y_sum表示和波束，y_diff_theta表示俯仰差波束，y_diff_phi表示方位差波束，y_jam(i)表示第i个旁瓣干扰波束。
步骤7，根据所述方位和波束的方向性函数、所述方位差波束的方向性函数、所述俯仰和波束的方向性函数、所述俯仰差波束的方向性函数以及抗干扰后的方位和波束、抗干扰后的方位差波束、抗干扰后的俯仰和波束、抗干扰后的俯仰差波束，、求得目标的方向。
具体的，可以采用和差测角的方法求得目标的方向。
本发明的效果可以通过以下仿真结果进一步说明。
1.仿真条件
本发明的仿真所用的阵元天线排布如图3所示，它为有320个阵元的井字型阵，采用点频信号进行仿真，阵元天线的间距为半波长，波长λ＝0.0176m，采样频率为200MHz，其他仿真参数如表1：
表1
2.仿真结果
从图5与图6可以看出，本发明方法可以进行主瓣抗干扰，并且能够和加两级权值的四通道抗干扰在抗主瓣干扰时零深几乎相同，都小于-30dB，并且本方法的保形效果也很好，误差也比较小。由旁瓣抗干扰截图可以看出，本发明可以进行旁瓣抗干扰，并且零深也很深，均低于-50dB。从图11可以看出，和差测角在俯仰及方位方向在存在3个干扰时，侧角误差小于0.1度。
综上，本发明可以同时进行主瓣内外抗干扰，并且进行和差测角，适用于有1个主瓣干扰，多个旁瓣干扰。与加两级权值进行主瓣抗干扰方法比较，第一，进行保形时不用撇除主瓣干扰，也不用撇除干扰便可实现旁瓣抗干扰及主瓣保形，第二，不用加两级权值进行抗干扰，本发明只用加一级权值便可实现主瓣内外同时抗干扰。本发明由于不用构造阻塞矩阵，也不用求两级权值，因此算法复杂度降低，并且实现了主瓣内外同时抗干扰的效果，工程上完全可以使用本发明进行主瓣内外同时抗干扰。通过以上仿真，验证了本发明的有效性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种相控阵雷达降维四通道抗主副瓣干扰的方法，所述相控阵雷达含有一个主瓣干扰多个旁瓣干扰，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，相控阵雷达获取相控阵接收的数据，对所述相控阵接收的数据进行降维，得到所有子阵接收的数据，根据所述所有子阵接收的数据分别形成和波束、俯仰差波束、方位差波束、双差波束以及多个旁瓣干扰波束；
步骤2，获取辅助波束，根据所述辅助波束和所述方位差波束，得到俯仰和波束的抗干扰权值，并根据所述辅助波束和所述俯仰差波束，得到方位和波束的抗干扰权值，所述辅助波束由所述多个旁瓣干扰波束组成；
步骤3，根据所述双差波束、所述俯仰差波束和所述方位差波束，得到所述双差波束的自协方差矩阵、所述双差波束和所述俯仰差波束的互协方差矩阵、所述双差波束和所述方位差波束的互协方差矩阵；
步骤4，根据所述双差波束的自协方差矩阵、所述双差波束和所述方位差波束的互协方差矩阵，求解所述方位差波束的抗干扰权值，并根据所述双差波束的自协方差矩阵、所述双差波束和所述俯仰差波束的互协方差矩阵，求解所述俯仰差波束的抗干扰权值；
步骤5，根据所述俯仰差波束的抗干扰权值、所述俯仰和波束的抗干扰权值对所述相控阵沿方位方向进行抗干扰，得到俯仰和波束的方向性函数、俯仰差波束的方向性函数，并根据所述方位差波束的抗干扰权值、所述方位和波束的抗干扰权值对所述相控阵沿俯仰方向进行抗干扰，得到方位和波束的方向性函数、方位差波束的方向性函数；
步骤6，获取沿俯仰方向进行抗干扰后的方位和波束和方位差波束，以及沿着方位方向进行抗干扰后的俯仰和波束、俯仰差波束；
步骤7，根据所述方位和波束的方向性函数、所述方位差波束的方向性函数、所述俯仰和波束的方向性函数、所述俯仰差波束的方向性函数以及抗干扰后的方位和波束、抗干扰后的方位差波束、抗干扰后的俯仰和波束、抗干扰后的俯仰差波束，求得目标的方向。
2.根据权利要求1所述一种相控阵雷达降维四通道抗主副瓣干扰的方法，其特征在于，步骤1具体包括：
(1a)对所述相控阵接收的数据在方位方向上依次分别加泰勒窗和贝叶斯窗，并对所述相控阵接收的数据在俯仰方向上依次分别加泰勒窗和贝叶斯窗，得到和波束权值W_sum，方位差波束权值W_diff_phi，俯仰差波束权值W_diff_theta，双差波束权值W_diff_both，其中W_sum、W_diff_phi、W_diff_theta、W_diff_both均属于CN，C表示复数，N为所述相控阵雷达总的阵元个数，CN表示维度为N×1，矩阵元素为复数的矩阵集合；
(1b)设定对所述相控阵进行降维的转换矩阵T，并根据所述相控阵雷达的波束指向确定所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_ele，其中，T∈CN*L，L为对所述相控阵降维后子阵的个数，CN*L表示维度为N×L，矩阵元素为复数的矩阵集合；
(1c)根据所述转换矩阵T、所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_ele、以及和波束权值W_sum，方位差波束权值W_diff_phi，俯仰差波束权值W_diff_theta，双差波束权值W_diff_both，求出和波束转换矩阵T_sum＝diag(steer_ele)*diag(W_sum)*T，方位差波束转换矩阵T_diff_phi＝diag(steer_ele)*diag(W_diff_phi)*T，俯仰差波束转换矩阵T_diff_theta＝diag(steer_ele)*diag(W_diff_theta)*T，双差波束的转换矩阵T_diff_both＝diag(steer_ele)*diag(W_diff_both)*T，其中，*表示相乘，steer_ele∈CN表示相控阵雷达的波束指向的导向矢量，diag表示将向量变成对角矩阵的操作，其中T_sum、T_diff_phi、T_diff_theta、T_diff_both均属于CN*L；
(1d)所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_ele和所述转换矩阵T，求出降维后所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_sub∈CL，利用降维后所述相控阵雷达的波束指向的导向矢量steer_sub∈CL，得到和波束y_sum＝steer_subH*T_sumH*X，方位差波束y_diff_phi＝steer_subH*T_diff_phiH*X，俯仰差波束y_diff_theta＝steer_subH*T_sub_thetaH*X，双差波束y_diff_both＝steer_subH*T_diff_bothH*X，(·)H表示共轭转置，X表示相控阵接收的数据，CL表示维度为L×1，矩阵元素为复数的矩阵集合；
(1e)根据预先获取的多个旁瓣干扰方向分别求每个旁瓣干扰方向对应的旁瓣干扰权值steer_jam(i)，i＝1，2，...I-1，根据所述旁瓣干扰权值得到旁瓣干扰波束y_jam(i)＝steer_jam(i)H*TH*X，其中，steer_jam∈CL*(I-1)，其中I为总的干扰个数，包含有1个主瓣干扰，I-1个旁瓣干扰。
3.根据权利要求1所述一种相控阵雷达降维四通道抗主副瓣干扰的方法，其特征在于，步骤2具体包括：
(2a)根据所述方位差波束和所述旁瓣干扰波束构造矩阵Xe，并求所述矩阵Xe的自协方差矩阵Re，所述矩阵Xe与所述和波束y_sum的互协方差矩阵re，从而得到俯仰和波束的抗干扰权值We；
其中，
<mrow>
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</msup>
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Re＝Xe*XeH∈CI*I
re＝Xe*y_sumH∈CI
We＝Re-1*re∈CI
S表示快拍数，y_diff_phi为方位差波束，y_jam为旁瓣干扰波束，y_sum为和波束，CI*S表示维数为I×S的复矩阵，CI*I表示维数为I×I的复矩阵，CI表示维数为I×1的复矩阵；
(2b)根据所述俯仰差波束和所述旁瓣干扰波束构造矩阵Xa，并求所述矩阵Xa的自协方差矩阵Ra，所述矩阵Xa与所述和波束的互协方差矩阵ra，从而得到方位和波束的抗干扰权值Wa；
其中，
<mrow>
<mi>X</mi>
<mi>a</mi>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "[" close = "]">
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<mo>*</mo>
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</mrow>
</msup>
</mrow>
Ra＝Xa*XaH∈CI*I
ra＝Xa*y_sumH∈CI
Wa＝Ra-1*ra∈CI
y_diff_theta为俯仰差波束。
4.根据权利要求1所述一种相控阵雷达降维四通道抗主副瓣干扰的方法，其特征在于，步骤3具体包括：
求所述双差波束的自协方差矩阵R_both_both，俯仰差波束与双差波束的互协方差矩阵R_theta_both，方位差波束与双差波束的互协方差矩阵R_phi_both，
其中，
R_both_both＝y_diff_both*y_diff_bothH/S，
R_theta_both＝y_diff_theta*y_diff_bothH/S，
R_phi_both＝y_diff_phi*y_diff_bothH/S
y_diff_both为双差波束，y_diff_theta为俯仰差波束，y_diff_phi为方位差波束。
5.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达降维四通道抗主副瓣干扰的方法，其特征在于，步骤4具体包括：
根据所述双差波束的自协方差矩阵R_both_both和所述俯仰差波束与双差波束的互协方差矩阵R_theta_both，得到俯仰差波束的抗干扰权值W_adpt_diff_theta，根据所述双差波束的自协方差矩阵R_both_both和所述方位差波束与双差波束的互协方差矩阵R_phi_both，得到方位差波束的抗干扰权值W_adpt_diff_phi；
其中，
<mrow>
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</mfrac>
<mo>,</mo>
</mrow>
R_both_both为双差波束的自协方差矩阵，R_theta_both为俯仰差波束与双差波束的互协方差矩阵，R_phi_both为方位差波束与双差波束的互协方差矩阵。
6.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达降维四通道抗主副瓣干扰的方法，其特征在于，步骤5具体包括：
根据所述俯仰差波束的抗干扰权值、所述俯仰和波束的抗干扰权值对所述相控阵沿着方位方向抗干扰后的俯仰和波束的方向性函数及俯仰差波束的方向性函数为：
pattern_sum_theta＝pattern_sum-WeH(1)*pattern_diff_phi-WeH(2)*pattern_jam(1)-...-WeH(i)*pattern_jam(i)
pattern_diff_theta_adpt＝pattern_diff_theta-W_adpt_diff_theta*pattern_diff_both
根据所述方位差波束的抗干扰权值、所述方位和波束的抗干扰权值对所述相控阵沿着俯仰方向抗干扰后的方位和波束的方向性函数及方位差波束的方向性函数为：
pattern_sum_phi＝pattern_sum-WaH(1)*pattern_diff_theta-WaH(2)*pattern_jam(1)-...-WaH(i)*pattern_jam(i)
pattern_diff_phi_adpt＝pattern_diff_phi-W_adpt_diff_phiH*pattern_diff_both
其中，pattern_sum表示和波束的方向性函数，pattern_diff_theta表示俯仰差波束的方向性函数，pattern_diff_phi表示方位差波束的方向性函数，pattern_jam(1)表示第一个旁瓣干扰波束的方向性函数，pattern_jam(i)表示第i个旁瓣干扰。
7.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达降维四通道抗主副瓣干扰的方法，其特征在于，步骤6具体包括：
获取沿着俯仰方向抗干扰后的方位和波束y_sum_phi及方位差波束y_diff_phi_adpt，其中，
y_sum_phi＝y_sum-WaH(1)*y_diff_theta-WaH(2)*y_jam(1)-...-WaH(i)*y_jam(i)
y_diff_phi_adpt＝y_diff_phi-W_adpt_diff_phiH*y_diff_both
获取沿着方位方向抗干扰后的俯仰和波束y_sum_theta及俯仰差波束y_diff_theta_adpt，其中，
y_sum_theta＝y_sum-WeH(1)*y_diff_phi-WeH(2)*y_jam(1)-...-WeH(i)*y_jam(i)
y_diff_theta_adpt＝y_diff_theta-W_adpt_diff_thetaH*y_diff_both
其中，y_sum表示和波束，y_diff_theta表示俯仰差波束，y_diff_phi表示方位差波束，y_jam(i)表示第i个旁瓣干扰波束，We表示俯仰和波束的抗干扰权值，Wa为方位和波束的抗干扰权值。
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