CN105785340B - 单脉冲雷达对主瓣内目标和诱饵干扰的测角与识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷达信号处理技术领域，公开一种单脉冲雷达对主瓣内目标和诱饵干扰的测角与识别方法，是采用改进雷达接收机，提取对角差通道的回波信号，判断是否存在诱饵干扰；采用单目标测角、目标和诱饵的单脉冲测角，进行真假目标角度识别；并且根据真实目标的角度测量输出，控制单脉冲雷达的角度跟踪波门。本发明通过接收机提取双差信号和信号处理，就能够实现两个不可分辨目标的角位置估计，并完成诱饵干扰的检测和真实目标的识别，提高了干扰检测、识别准确率和计算效率，增强了干扰检测的实时性。对于提高单脉冲雷达角度分辨力，并且能够改进现有的目标指示雷达、跟踪制导雷达、末制导雷达，具有重要的现实意义。

Description

单脉冲雷达对主瓣内目标和诱饵干扰的测角与识别方法

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种单脉冲雷达对主瓣内目标和诱饵干扰的测角与识别方法。

背景技术

单脉冲雷达测角已是一种相对成熟的技术并广泛应用于高精度的雷达测角系统中，然而角度相近的两点源角度欺骗干扰却给单脉冲测角系统带来了严重威胁。当天线主瓣内存在两个目标时，常规单脉冲测角的输出为物理空间两目标角度的加权平均，无法给出正确的角度指示，两个目标的角度量测值合成、混淆为一个，无法进行角度分辨，进而破坏雷达角度跟踪系统。

有源雷达诱饵干扰(towed radar active decoy，TRAD)通常比真实目标回波信号的幅度要大很多，在空间上和目标保持一定的距离关系，在雷达主波束范围内目标和诱饵干扰角度不可分辨，构成典型的两点源角度欺骗干扰，极大的破坏了单脉冲雷达对真实目标的测角及跟踪的精准度，目前还没有很有效的对抗措施，对诱饵干扰进行分辨和识别。

当前，单脉冲雷达对主瓣内目标与诱饵干扰的检测识别方法主要有：通过波形设计改善雷达系统距离分辨力，从距离上对目标和诱饵进行分辨；增加相参积累时间来增大系统的速度分辨力，从速度上对目标和诱饵进行分辨；利用单脉冲比虚部的检测方法等。但这些方法需要大幅度改进雷达结构，或是利用多个脉冲才能实现对干扰的检测，并且准确率不高，而且即使多个脉冲周期检测到干扰后，也没有办法识别正确目标，从而维持有效的角度跟踪。

发明内容

本发明提供一种单脉冲雷达对主瓣内目标和诱饵干扰的测角与识别方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种单脉冲雷达对主瓣内目标和诱饵干扰的测角与识别方法，单脉冲雷达接收回波信号后，根据四个通道的输出信号计算单脉冲比(MR)，确定是否存在诱饵干扰。若不存在干扰，则按常规单脉冲测角处理方法，获取目标的角度信息；若存在干扰，则利用新的测角算法，确定两个目标的角度信息，并提取幅度特征信息，完成真假目标的识别。

本发明分四步进行：

步骤一：改进雷达接收机，提取对角差通道的回波信号。

当目标到达单脉冲雷达的视距内，雷达信号照射到目标表面，产生雷达表面回波，同时诱饵转发的干扰信号将与目标的回波信号一起进入雷达接收机。

常规单脉冲雷达一般有四个天线单元和三个接收通道，同时接收回波信号。单脉冲测角时，通常利用桥接电路，将四路接收信号形成三路，∑信号(和信号)、Δ_E信号(俯仰差信号)和Δ_A信号(方位差信号)。但是，对角差通道获得的Δ_Δ信号(双差信号)常常被认为是无用信号，被接入的匹配负载吸收。

实际中，当目标处于不同角度时，Δ_Δ信号具有不同的响应，这表示Δ_Δ中含有目标的角度信息。本发明提出将匹配负载去掉，增加一个接收机，将对角差通道的双差信号Δ_Δ接收下来作为辅助信息进行处理，从而实现对主波束内干扰检测、目标分辨和识别。

步骤二：判断是否存在诱饵干扰。

利用单次脉冲回波的和信号、俯仰差信号、方位差信号和双差信号计算四个通道的单脉冲比，根据单脉冲比的一致性判断是否存在诱饵干扰。若不存在干扰，则执行步骤三；若存在干扰，则执行步骤四。

常规的单脉冲测角时，角度鉴别信号可以用单脉冲比表示为

式中，m_A为方位角鉴别信号，m_E为俯仰角鉴别信号。

增加了对角差通道后，可以获得一组新的角度鉴别信号，可以表示为

当只有一个目标时，由于∑Δ_Δ＝Δ_AΔ_E，因此有m_A＝m′_A，m_E＝m′_E。

当雷达主波束内存在诱饵干扰时，也即存在两个信号相干的辐射源时，公式(1)、(2)可以表示为

式中，(m_A1,m_E1)和(m_A2,m_E2)分别是两个目标的角度鉴别信号。

利用对角差通道进行计算，公式(3)、(4)可以表示为

当存在两个目标时，m_A不等于m′_A，m_E不等于m′_E。

根据m_A、m′_A和m_E、m′_E的关系，可作为诱饵干扰是否存在的判据：若m_A与m′_A相等或者近似，且m_E与m′_E相等或者近似，则认为两种方法得到方位角和俯仰角单脉冲比一致，判断不存在干扰；否则判断存在诱饵干扰。

步骤三：单目标测角。

当不存在干扰时，采用常规单脉冲测角。角度鉴别曲线中每个单脉冲比都有对应的角度值。根据每个雷达脉冲回波可以计算出一组目标单脉冲比，计算方法如公式(1)和(2)所示，计算得到的单脉冲比表示为m_A和m_E，然后用单脉冲比对角度鉴别曲线进行插值，进而获得目标的方位角和俯仰角，干扰检测结束。

步骤四：目标和诱饵的单脉冲测角。

当存在干扰时，根据本发明所述测角算法，首先建立单脉冲比和差矩阵，然后对矩阵进行特征值分解计算，最后根据特征值分解计算结果对角度鉴别曲线进行插值，分别获取目标和诱饵的角度信息。

本发明所述测角新算法中，当存在两个目标(真实目标和诱饵)时，可以建立单脉冲和差比矩阵，矩阵的计算方法如下

式中

对上式进行特征值分解，得到

式中，V为特征向量矩阵。提取单脉冲和差比矩阵特征值的实部和虚部，可以得到(m_A1,m_E1)、(m_A2,m_E2)，分别为两个目标的方位和俯仰单脉冲比，然后对角度鉴别曲线进行插值，可以得到两个目标的方位角和俯仰角。

步骤五：真假目标角度识别。

根据步骤四获取的两个目标的角度鉴别信号，计算两个目标的幅度信息，利用识别策略完成目标和诱饵的区分和检测。

根据公式(6)可知

Δ_A＝m_A1∑₁+m_A2∑₂ (12)

∑＝∑₁+∑₂ (13)

由于角度鉴别信号(m_A1,m_E1)和(m_A2,m_E2)已在步骤四中求出，因此根据式(12)、式(13)可以求得两个目标的幅度信息

∑₁和∑₂分别为两个目标在和通道的响应，即幅度特征。通常而言，诱饵干扰为了捕获雷达的距离跟踪波门和角度跟踪波门，诱饵转发的干扰信号幅度要大于目标回波信号幅度，因此在雷达接收机中诱饵干扰响应一般大于目标的响应。依此建立干扰识别准则：如果|∑₁|＞|∑₂|，则∑₂为真实目标响应，根据(m_A2,m_E2)进行插值得到的角度信息为真实目标位置；反之，如果|∑₁|＜|∑₂|，则∑₁为真实目标响应，根据(m_A1,m_E1)进行插值得到的角度信息为真实目标位置。

步骤六：根据真实目标的角度测量输出，控制单脉冲雷达的角度跟踪波门。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

一种单脉冲雷达对主瓣内目标和诱饵干扰的测角与识别方法，是在常规单脉冲雷达测角的基础上，增加了一个接收机，提取并利用对角线差通道的输出，得到了一个双差信号，并通过设计的新的测角算法，一次脉冲就能够实现两个不可分辨目标的角位置估计，并完成诱饵干扰的检测和真实目标的识别，多次脉冲测量更有助于改善目标的角度估计精度，提高干扰检测和识别准确率。本发明所述的新方法，不需要改变雷达发射信号的频率、极化、重复频率等，只需一个脉冲就可以确定雷达波束内目标和诱饵干扰的角度信息，有效提高了计算效率，增强了干扰检测的实时性。本发明可用于改进现有的目标指示雷达、跟踪制导雷达、末制导雷达等，通过提取双差信号和信号处理，就可以快速识别干扰，对于提高单脉冲雷达角度分辨力，具有重要的现实意义。

附图说明

图1是常规雷达单脉冲天线示意图。

图2是常规单脉冲雷达天线接收前端组成结构图

图3是本发明改进后的单脉冲雷达天线接收前端组成结构图。

图4是单脉冲雷达的角度鉴别曲线。

图5是本发明的单脉冲雷达对主瓣内目标和诱饵干扰的测角与识别基本流程图。

图6是常规单脉冲测角仿真结果。

图7是本发明所述目标和诱饵干扰检测与测角仿真实验结果。

图8是真假目标识别结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明进一步说明。

图1为常规单脉冲雷达天线示意图。单脉冲雷达天线由四个天线波束组成，覆盖方位和俯仰区域，排列方式如图所示。四个天线单元同时发射和接收回波信号，可以实现在方位和俯仰两个平面内的目标定向。

图2为常规单脉冲雷达天线接收前端组成结构图，有四个天线单元和接收通道，同时接收回波信号。单脉冲测角时，通常利用桥接电路，将四路接收信号形成三路，∑信号(和信号)、Δ_E信号(俯仰差信号)和Δ_A信号(方位差信号)。而对角差通道获得的Δ_Δ信号(双差信号)常常被认为是无用信号，被接入的匹配负载吸收

图3为本发明改进后的单脉冲雷达天线接收前端组成结构图，将匹配负载去掉，将对角差通道获得的Δ_Δ信号引出来，和其它三路信号(∑信号、Δ_E信号和Δ_A信号)一起使用，用于角度分辨、干扰检测和识别。

图4为角度鉴别曲线，它给出了角度鉴别信号(单脉冲比)与角度的对应关系。

图5为本发明所述的单脉冲雷达对主瓣内目标和诱饵干扰的测角与识别基本流程图。步骤如下：

步骤一：雷达接收机接收目标回波信号和诱饵转发的干扰信号，四路接收信号通过桥接电路形成和信号、俯仰差信号、方位差信号和双差信号。

步骤二：根据雷达接收到的四路信号分别计算常规的单脉冲比和增加对角差通道后的单脉冲比。若两种方法结果相等或近似，则判断只有一个目标，不存在干扰，执行步骤三；否则判断有两个目标，存在诱饵干扰，执行步骤四。

步骤三：不存在干扰时，利用常规的单脉冲测角方法，根据和差信号得到单脉冲比，对角度鉴别曲线进行插值，即可确定目标的角度信息，干扰检测结束。

步骤四：存在干扰时，根据测角新方法：建立单脉冲比和差矩阵，并对矩阵进行特征值分解。根据分解后得到的两个特征值的实部和虚部对角度鉴别曲线进行插值，得到两个目标的方位、俯仰角度信息。

步骤五：根据两个目标的角度鉴别信号，分别计算出两个目标在和通道的响应，比较两个信号响应的大小，较小的响应为真实目标，较大的响应为诱饵干扰，诱饵干扰识别结束。

步骤六：根据真实目标的角度测量输出，控制雷达角度跟踪波门，跟踪真实目标。

图6为常规单脉冲测角结果。

利用常规单脉冲方法进行目标和诱饵的角度测量试验。单脉冲雷达天线的各个子天线采用的是高斯波束，天线的波束宽度为6°，波束内有两个目标，分别对应真实目标和诱饵，角度分别为(0°，0°)和(3°，3°)，信噪比为30dB，进行了50次单脉冲测角。可以看出，常规的单脉冲测角仿真结果分布于两个目标的连线上，无法确定真实目标角度位置，目标和诱饵无法分辨。

图7是本发明所述目标和诱饵干扰检测与测角仿真实验结果

采用本发明给出的测角算法后，进行了50次单脉冲测角，输出了100个角度信息测量值，分别对应了目标和诱饵的50次方位角和俯仰角测量值，这说明一次脉冲就可以同时得到两个目标的角度位置信息。从本发明的实验结果可以看出，波束内存在两个目标，一个位于(0°，0°)附近，一个位于(3°，3°)附近，基本位于真实值附近，本发明能够实现对有源诱饵干扰的分辨。

图8为真假目标识别结果。

采用本发明给出的真假目标识别算法进行了目标和诱饵识别的仿真试验。仿真试验中，诱饵转发的信号幅度是目标回波幅度的1.5倍，其余参数和前面所述相同。利用了50次脉冲进行了50次试验，每次脉冲均能得到的单脉冲角度估计值，得到一组和通道响应，然后根据该响应的大小判断是目标还是诱饵干扰。采用识别方法后，方位和俯仰角度(0°，0°)所在位置被识别为目标所在位置，方位和俯仰角度(3°，3°)所在位置被识别为诱饵干扰所在位置。本发明给出的识别算法能够正确识别出真目标和诱饵。

Claims (1)

1.一种单脉冲雷达对主瓣内目标和诱饵干扰的测角与识别方法，其特征是：单脉冲雷达接收回波信号后，根据四个通道的输出信号计算单脉冲比MR，确定是否存在诱饵干扰，若不存在干扰，则按常规单脉冲测角处理方法，获取目标的角度信息；若存在干扰，则利用本测角算法，确定两个目标的角度信息，并提取幅度特征信息，完成真假目标的识别；其步骤如下：

步骤一：改进雷达接收机，提取对角差通道的回波信号；

当目标到达单脉冲雷达的视距内，雷达信号照射到目标表面，产生雷达表面回波，同时诱饵转发的干扰信号将与目标的回波信号一起进入雷达接收机；

常规单脉冲雷达一般有四个天线单元和三个接收通道，同时接收回波信号；单脉冲测角时，通常利用桥接电路，将四路接收信号形成三路，∑和信号、Δ_E俯仰差信号和Δ_A方位差信号；但是，对角差通道获得的Δ_Δ双差信号常常被认为是无用信号，被接入的匹配负载吸收；

实际中，当目标处于不同角度时，Δ_Δ双差信号具有不同的响应，这表示Δ_Δ双差信号中含有目标的角度信息；具体是将匹配负载去掉，增加一个接收机，将对角差通道的双差信号Δ_Δ接收下来作为辅助信息进行处理，从而实现对主波束内干扰检测、目标分辨和识别；

步骤二：判断是否存在诱饵干扰；

利用单次脉冲回波的和信号、俯仰差信号、方位差信号和双差信号计算四个通道的单脉冲比，根据单脉冲比的一致性判断是否存在诱饵干扰；若不存在干扰，则执行步骤三；若存在干扰，则执行步骤四；

常规的单脉冲测角时，角度鉴别信号可以用单脉冲比表示为

式中，m_A为方位角鉴别信号，m_E为俯仰角鉴别信号；

增加了对角差通道后，获得一组新的角度鉴别信号，表示为

当只有一个目标时，由于∑Δ_Δ＝Δ_AΔ_E，因此有m_A＝m′_A，m_E＝m′_E

当雷达主波束内存在诱饵干扰时，也即存在两个信号相干的辐射源时，公式(1)、(2)表示为

式中，(m_A1,m_E1)和(m_A2,m_E2)分别是两个目标的角度鉴别信号；

利用对角差通道进行计算，公式(3)、(4)表示为

当存在两个目标时，m_A不等于m′_A，m_E不等于m′_E

根据m_A、m′_A和m_E、m′_E的关系，可作为诱饵干扰是否存在的判据：若m_A与m′_A相等或者近似，且m_E与m′_E相等或者近似，则认为两种方法得到方位角和俯仰角单脉冲比一致，判断不存在干扰；否则判断存在诱饵干扰；

步骤三：单目标测角；

当不存在干扰时，采用常规单脉冲测角，角度鉴别曲线中每个单脉冲比都有对应的角度值；根据每个雷达脉冲回波计算出一组目标单脉冲比，计算方法如公式(1)和(2)所示，计算得到的单脉冲比表示为m_A和m_E，然后用单脉冲比对角度鉴别曲线进行插值，进而获得目标的方位角和俯仰角，干扰检测结束；

步骤四：目标和诱饵的单脉冲测角；

当存在干扰时，根据所述测角算法，首先建立单脉冲比和差矩阵，然后对矩阵进行特征值分解计算，最后根据特征值分解计算结果对角度鉴别曲线进行插值，分别获取目标和诱饵的角度信息；

所述测角算法中，当存在两个目标：真实目标和诱饵目标时，建立单脉冲和差比矩阵，矩阵的计算方法如下

式中

对上式进行特征值分解，得到

式中，V为特征向量矩阵；提取单脉冲和差比矩阵特征值的实部和虚部，得到(m_A1,m_E1)、(m_A2,m_E2)，分别为两个目标的方位和俯仰单脉冲比，然后对角度鉴别曲线进行插值，得到两个目标的方位角和俯仰角；

步骤五：真假目标角度识别；

根据步骤四获取的两个目标的角度鉴别信号，计算两个目标的幅度信息，利用识别策略完成目标和诱饵的区分和检测；

根据公式(6)可知

Δ_A＝m_A1∑₁+m_A2∑₂ (12)

∑＝∑₁+∑₂ (13)

由于角度鉴别信号(m_A1,m_E1)和(m_A2,m_E2)已在步骤四中求出，因此根据式(12)、式(13)求得两个目标的幅度信息

Σ₁和Σ₂分别为两个目标在和通道的响应，即幅度特征；通常而言，诱饵干扰为了捕获雷达的距离跟踪波门和角度跟踪波门，诱饵转发的干扰信号幅度要大于目标回波信号幅度，因此在雷达接收机中诱饵干扰响应一般大于目标的响应；依此建立干扰识别准则：如果|Σ₁|＞|Σ₂|，则Σ₂为真实目标响应，根据(m_A2,m_E2)进行插值得到的角度信息为真实目标位置；反之，如果|Σ₁|＜|Σ₂|，则Σ₁为真实目标响应，根据(m_A1,m_E1)进行插值得到的角度信息为真实目标位置；

步骤六：根据真实目标的角度测量输出，控制单脉冲雷达的角度跟踪波门。