CN105891799A - 适用于机械扫描雷达的有源干扰侦察方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应于机械扫描雷达的有源干扰侦察方法，主要解决现有技术侦察准确性低和可靠性差的问题，其实现过程为：1)获得机械扫描雷达的回波数据；2)确定干扰侦察通道回波数据中干扰回波所在的脉组及功率值；3)利用干扰侦察通道的回波数据确定干扰强度、干扰频点、干扰指向线及干扰类型；4)利用主辅通道的回波数据消除3)中的虚假指向线。本发明增强了侦察结果的准确性和可靠性，利用侦察得到的干扰源的相关信息，可以采取对应的抗干扰措施，增强雷达的抗干扰能力，可用于机械扫描体制雷达。

Description

适用于机械扫描雷达的有源干扰侦察方法

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，具体的说是一种有源干扰侦察方法，可用于机械扫描体制雷达。

背景技术

随着现代战争的发展，在高技术局部战争日益发展、日趋成熟的情况下，现代雷达的工作环境也越来越复杂，对雷达系统性能的要求也不断提高。一方面，随着电子技术的发展和电子技术在武器装备的不断应用，军事与民用电磁波设备使用越来越频繁，设备涉及波段也在不断增宽，造成雷达工作环境中的电磁污染愈发严重。另一方面，在现代战争中，敌我双方在摧毁对方雷达时,还要保证自己雷达可以正常探测目标和收集情报,所以双方将会采取各种措施，在陆上、海上乃至空中等多维空间展开干扰与反干扰的激烈斗争，以期在战争中取得主动权。因此军用雷达在未来战争中，将工作于各种复杂的电磁环境下，要提高雷达的生存能力，雷达必须具有对各种恶劣环境的良好适应能力，同时也需要对复杂的电子战环境具有良好适应能力。

电子干扰即电子战中卓为有效的一种方式，它主要是一种通过主动发射电磁波，或转换发射、反射特定的电磁波信号以破坏雷达对电磁信息的获取和利用的手段。随着雷达信号处理算法研究的快速发展，干扰侦察技术已经成为现代雷达中重要的一部分。现代雷达不仅要求信号处理要不断提高目标检测概率，而且还要求在复杂的背景,如杂波、噪声、干扰下提取出目标信息，并进一步获取更多的目标信息，同时还要求雷达能够根据干扰回波准确的侦察出干扰特征，如干扰频点、干扰方位、干扰强度等。正确判断出这些信息便于后面的抗干扰处理，操作员能根据干扰信息更有针对性的采取抗干扰措施，减弱干扰信号，提高目标检测概率。

传统机械扫描雷达由于受自身体制的影响，通常采取在主通道之外再增加一路辅助通道来进行干扰侦查检测，用这种方法侦查出的干扰指向线中往往会存在虚假指向线。而且，由于辅助通道和主通道工作在同一频点下，所以只有当干扰和主通道在同一频点时才能够侦查到，否则便无法检测出干扰。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适用于机械扫描雷达的有源干扰侦察方法，以解决上述现有技术的不足，提高干扰的检测准确度。

本发明的技术方案是这样实现的：

一、技术原理

本发明在现有机械扫描雷达两个独立的回波接收通道上增加一路干扰侦察通道，雷达系统采用三个独立的回波接收通道，分别为主天线接收通道、辅助天线接收通道和干扰侦察通道。其中，主天线接收通道为雷达正常检测通道；干扰侦察通道具有与主天线接收通道一致的方向性，而且干扰侦察通道通过不断的变换中心频率提供雷达整个工作频带的回波信息，再根据天线方向图调制特性采用自适应门限算法和质心法，通过对回波信号的幅度信息分析处理得到干扰源所在方位的干扰指向线及干扰源强度、频点和干扰信号带宽等信息；辅助天线接收通道没有方向性，且与主辅接收通道工作在同一频点下，辅助天线接收通道的增益介于主接收天线主瓣增益与主接收天线副瓣增益之间,基于此来消除虚假指向线，增强侦察结果的准确性和可靠性。

二、技术方案

基于上述原理，本发明的实现步骤如下：

(1)获得机械扫描雷达的回波数据

(1a)从雷达的主天线接收通道分出一路作为干扰侦察通道，并根据雷达发射脉冲的顺序分别接收三路通道中每个脉冲的回波数据，即主天线接收通道回波数据m，辅助天线接收通道回波数据u，干扰侦察通道原始回波数据g；

(1b)舍去干扰侦察原始回波数据g中近区回波数据并选取当前工作频点之后的某一个频点X作为起始频点，再使g从起始位置到结束位置对应的频点依次增加，增加到最大频点后再从最小频点1开始增加直到频点X-1后结束，得到干扰侦察通道回波数据g'；

(2)确定干扰侦察通道回波数据g'中干扰回波所在的脉组及功率值：

(2a)计算干扰侦察通道回波数据g'中每个脉组的频点功率；

(2b)将雷达系统要检测的最小干扰功率作为干扰侦察门限；

(2c)将干扰侦察通道回波数据g'中脉组的每个频点功率与干扰侦察门限比较，若频点功率大于干扰侦察门限，则保存该干扰脉组和频点功率；若小于或等于干扰侦察门限则丢弃该脉组；

(2d)对g'中所有的脉组均做(2c)中的处理，当所有的脉组均处理完后，得到所有的干扰脉组W；

(2e)判断干扰脉组W是否在所要求的范围之内，若在，则执行(2f)；若不在，则根据干扰脉组中的频点功率重新确定干扰侦察门限，并返回(2c)直至干扰脉组W满足所要求的范围；

(2f)计算干扰脉组W中每个脉组收到的最大干扰功率P₁,…,P_W以及P₁,…,P_W对应的频点f₁,…,f_W；

(3)确定干扰强度、干扰频点及带宽信息：

(3a)比较(2f)中每个脉组收到的最大干扰功率P₁,…,P_W，将其中的最大值作为干扰强度，该最大值对应的频点作为干扰频点；

(3b)求出干扰脉组W对应的方位码c₁,…,c_W；

(3c)根据(2f)中P₁,…,P_W和(3b)中的c₁,…,c_W，由质心法求出干扰指向线l；

(3d)根据雷达系统要侦察的最小干扰设定宽带门限，统计频点功率大于宽带门限的个数N，当N达到宽带干扰的频带范围时，则判定该干扰为宽带干扰，否则，则认为该干扰为窄带干扰。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、干扰侦察的准确性高

现有的技术只有当干扰频点与主通道的频点相同时才可以侦察出干扰，而本发明通过不断改变接收机混频的中心频率使干扰侦察通道提供了雷达整个工作频带范围内所有频点的回波信息，突破了干扰侦察的局限性，同时本发明还采用动态频点分配及舍去近区数据的方法避免了地杂波的影响，提高了干扰侦察的准确性；

2、侦察结果的可靠性高

干扰侦察通道侦察出的干扰指向线可能会存在虚假指向线，基于辅助天线接收通道的增益介于主接收天线主瓣增益与主接收天线副瓣增益之间，本发明通过比较主辅天线通道的脉组功率来消除虚假指向线，提高了侦察结果的可靠性。

附图说明

图1是本发明的实现流程图；

图2是本发明中的干扰侦察通道频点分布图；

图3是本发明中确定干扰回波所在脉组及功率值的子流程图；

图4是用本发明对噪声压制式干扰的干扰强度仿真图；

图5是用本发明对噪声压制式干扰的干扰频点仿真图；

图6是未消除虚假指向线时噪声压制式干扰的干扰指向线图；

图7是消除虚假指向线后噪声压制式干扰的干扰指向线图。

具体实施方式

为了方便阐述本发明中有源干扰侦察方法及验证本发明的有效性，下面结合具体实施例及验证结果进一步说明本发明。

参照图1，本发明的实现步骤如下：

步骤1：获得机械扫描雷达的回波数据。

(1a)获取主天线接收通道回波数据m和辅助天线接收通道回波数据u：

根据雷达发射脉冲的顺序分别接收主天线接收通道回波数据m、辅助天线接收通道回波数据u，其中，主天线接收通道提供了雷达正常检测通道的回波信息；辅助天线接收通道的增益介于主天线接收通道的主瓣增益和第一副瓣增益之间，而且与主天线接收通道工作在同一频点。由于辅助天线接收通道没有方向性，所以它提供了全方位性的回波信息。

(1b)获取干扰侦察通道回波数据g'：

从雷达的主天线接收通道分出一路作为干扰侦察通道，根据雷达发射脉冲的顺序接收干扰侦察通道回波数据g，由于近区常常有地杂波且接收机中频滤波器带外抑制有限，所以干扰侦察通道回波数据的近区常常会受地杂波的影响，为了避免地杂波对侦察结果的影响，所以将干扰侦察通道每个脉冲回波数据的前端丢掉而选取后端数据做处理；同时，在本发明中，对干扰侦察通道除了将近区回波数据丢掉以外，还将当前工作频点与远距离门数据相对应，得到干扰侦察通道回波数据g'；

如图2所示，本发明以当前工作频点之后的某一个频点X为例进行说明：将X作为起始频点，从处理的回波数据的起始到回波结束对应的频点依次增加，增加到最大频点后再从最小频点1开始增加直到频点X-1后结束，通过这种方式使当前工作频点对应后面距离门的数据。

步骤2：确定干扰侦察通道回波数据中干扰回波所在的脉组及功率值。

参照图3，本步骤的具体实现如下：

(2a)计算脉组中每个频点的功率：

干扰侦察通道中每个脉冲的回波数据都包含了雷达工作频点范围内所有频点的信息，取出每个频点的数据，对每个频点的数据求模平方和，再将模平方和除以数据个数，便得到脉冲中每个频点的功率，但由于雷达单个脉冲的回波能量有限，所以常常将多个脉冲的频点功率做非相参积累后得到脉组中每个频点的功率，并将雷达系统要检测的最小干扰功率作为干扰侦察门限；

(2b)将脉组中频点功率和干扰侦察门限做比较：

将脉组中每个频点的功率和干扰侦察门限做比较，若频点功率大于干扰侦察门限，则保存该频点功率和该脉组；若小于或等于干扰侦察门限则丢弃该脉组，当将所有脉组的频点功率和干扰侦察门限做完比较后，统计连续收到干扰的脉组W；

(2c)确定干扰脉组的最大功率值P₁…P_i…P_w和频点f₁…f_i…f_w：

(2c1)在干扰侦察通道回波数据g'中提取W个脉组中每个频点的数据；

(2c2)计算第一个脉组中每个频点的数据模平方和的均值，得到脉组中每个频点的功率，比较所有频点的功率，得到其中的最大值P₁，最大值P₁对应的频点记为f₁；再计算第二个脉组中每个频点的数据模平方和的均值，得到脉组中每个频点的功率，比较所有频点的功率，得到其中的最大值P₂，该最大值P₂对应的频点记为f₂，依次对剩余的脉组计算每个频点的数据模平方和的均值，比较得频点功率的最大值以及该最大值对应的频点，对所有的脉组均做完处理后，得到P₁…P_i…P_w和f₁…f_i…f_w，其中，P_i表示干扰脉组W中第i个脉组的最大频点功率，f_i表示P_i对应的频点，i的取值范围为1～w，w表示干扰脉组的个数；

(2d)保存符合条件的干扰脉组W：

由于受雷达天线方向图的调制，所以干扰主瓣常常介于一个范围之内，设干扰主瓣达到最大角度时干扰的脉组个数为K1，干扰主瓣达到最小角度时干扰的脉组个数为K2；

将干扰脉组W和K1、K2比较，若W小于K2则直接丢掉该干扰脉组W；若W介于K1和K2之间时，则保存每个脉组频点功率的最大值P₁…P_i…P_w及P₁…P_i…P_w对应的频点f₁…f_i…f_w；若W大于K1，则根据P₁…P_i…P_w中的最大值重新确定干扰侦察门限，并返回(2b)。

步骤3：利用干扰侦察通道的回波信息确定干扰强度、干扰频点、干扰指向线及干扰类型。

(3a)确定干扰频点和干扰强度：

比较每个脉组中频点功率的最大值P₁…P_i…P_w，将P₁…P_i…P_w中的最大值作为干扰强度，该最大值对应的频点即为干扰频点；

(3b)根据方位码和干扰功率由质心法计算干扰指向线：

天线扫描一圈为360°，为了提高侦察干扰方位的准确性，将一圈360°划分为K等份以提高精度，即将K等份依次记为方位码0…j…K-1，每个脉组对应一个方位码，j的取值范围为0～K-1；

将步骤2得到的干扰脉组W所对应的方位码依次记为c₁…c_i…c_w，求干扰指向线l的方法有：平均方位法、最大方位法和质心法，虽然质心法较前两种计算复杂，但是质心法的误差较小，所以本发明中采用质心法求干扰指向线l：

$l=\frac{P_1*c_1+...+P_i*c_i+...+P_w*c_w}{P_1+...+P_i+...+P_w}$

c_i表示干扰脉组W中第i个脉组的方位码；P_i*c_i表示干扰脉组W中第i个脉组的频点功率最大值P_i和第i个脉组的方位码c_i相乘；

(3c)根据干扰的频带宽度判断干扰类型：

根据宽带干扰和窄带干扰频带宽度的差异可以判断干扰为宽带干扰还是窄带干扰，而干扰频带宽度的差异最直接的反映就是干扰频点个数的多少，当干扰的带宽越宽干扰的频点个数就会越多。

本步骤是根据雷达系统的工作频带设定宽带门限，统计干扰脉组W中频点功率大于宽带门限的个数N：

若N值达到宽带干扰的频带范围，则判定该干扰为宽带干扰；

否则，判定该干扰为窄带干扰。

步骤4：消除步骤(3b)中的虚假指向线。

由于雷达的工作环境较为复杂，同时受天线方向图副瓣的影响，在步骤3中侦察出的干扰指向线可能有一些并不是真实的干扰源所在的位置，所以需要消除这些虚假指向线。

同时由于辅助天线接收通道与主天线接收通道具有相同的频率特性并且工作在同一频点下，所以辅助天线接收通道和主天线接收通道之间有很好的相关性。

此外由于辅助天线接收通道的增益介于主天线接收通道主瓣增益和第一副瓣增益之间，所以若干扰从主天线接收通道的主瓣进入时，主通道接收的干扰功率应该大于辅助通道接收的干扰功率，则保存该干扰指向线；若干扰从主天线副瓣进入，则主通道接收的干扰功率会小于辅助通道接收的干扰功率，此时需丢弃该干扰指向线。

本步骤的具体实现如下：

(4a)根据在步骤(3b)中已经得到干扰脉组W对应的方位码c₁…c_i…c_w，在主辅通道中分别取出相对应的脉组数据；

(4b)分别计算主道中每个脉组的干扰功率P¹ _m…Pⁱ _m…P^w _m和辅通道中每个脉组的干扰功率P¹ _u…Pⁱ _u…P^w _u，其中，下标m表示主通道中每个脉组的干扰功率，下标u表示辅助通道中每个脉组的干扰功率，Pⁱ _m表示主通道第i个脉组的最大频点功率，Pⁱ _u表示辅助通道的第i个脉组最大频点功率；

(4c)将主通道中脉组的干扰功率P¹ _m…Pⁱ _m…P^w _m与辅通道中脉组的干扰功率P¹ _u…Pⁱ _u…P^w _u进行比较：若P¹ _m>P¹ _u…Pⁱ _m>Pⁱ _u…P^w _m>P^w _u，则保存该干扰指向线；否则，认为该干扰指向线为虚假指向线将其丢弃。

下面结合仿真实例叙述本发明方法的正确性。

1.仿真条件

设定宽带门限为7.0×10⁸，频点个数为30，一圈方位码共有4000，当有20个频点功率大于宽带门限时则判断干扰为宽带干扰，否则，判断为窄带干扰。

2.仿真内容

仿真1，仿真噪声压制式干扰的频点和强度。

提取噪声压制式干扰的回波数据，并按步骤2中的方法确定干扰脉组和干扰频点，结果如图4所示。由图4可知有8个脉组收到干扰，每个脉组的最大干扰功率为3.8*10^8,5.8*10^8,7.7*10^8,3.5*10^8,6.5*10^8,3.2*10^8,1.4*10^8,1.7*10^8，其中第3个脉组收到的干扰功率最大为7.7*10^8，所以最大干扰强度为7.7*10^8，最大干扰功率7.7*10^8对应的频点为5；

仿真2，仿真噪声压制式干扰的类型。

在仿真1中得到了8个脉组收到干扰，再根据步骤(3c)中的方法确定8个干扰脉组中频点功率大于宽带门限的个数，结果如图5所示。从图5可以看出，只有频点为5的干扰功率7.7*10^8大于宽带门限，故可知此时只有一个频点的干扰功率大于宽带门限，其数量小于20，所以判断为窄带干扰。

仿真3，仿真噪声压制式干扰的干扰指向线。

根据步骤3中的方法得到8个干扰脉组的方位码2329,2330,2331,2332,2333,2334,2335,2336并根据仿真1中得到8个干扰脉组的干扰功率3.8*10^8，5.8*10^8，7.7*10^8，3.5*10^8，6.5*10^8，3.2*10^8，1.4*10^8，1.7*10^8，通过质心法得到干扰指向线，结果如图6所示。由图6可知，除了在干扰源方位有指向线外，在195°和106°也有干扰指向线，经过消除虚假指向线后只在210°有干扰指向线，如图7所示。其中，图6和图7中实线代表主通道回波数据的干扰分布情况，虚线代表辅助通道回波数据的干扰分布情况。

综上可知，本发明中的有源干扰侦察方法可以比较准确的侦察出干扰指向、干扰频点、干扰强度以及干扰类型。实现了对机械扫描雷达有源干扰的侦察，增强了雷达的抗干扰能力，具有广泛的应用前景。

Claims (4)

1.一种适应于机械扫描雷达的有源干扰侦察方法，包括：

(1)获得机械扫描雷达的回波数据

(1a)从雷达的主天线接收通道分出一路作为干扰侦察通道，并根据雷达发射脉冲的顺序分别接收三路通道中每个脉冲的回波数据，即主天线接收通道回波数据m，辅助天线接收通道回波数据u，干扰侦察通道原始回波数据g；

(1b)舍去干扰侦察原始回波数据g中近区回波数据并选取当前工作频点之后的某一个频点X作为起始频点，再使g从起始位置到结束位置对应的频点依次增加，增加到最大频点后再从最小频点1开始增加直到频点X-1后结束，得到干扰侦察通道回波数据g'；

(2)确定干扰侦察通道回波数据g'中干扰回波所在的脉组及功率值：

(2a)计算干扰侦察通道回波数据g'中每个脉组的频点功率；

(2b)将雷达系统要检测的最小干扰功率作为干扰侦察门限；

(2c)将干扰侦察通道回波数据g'中脉组的每个频点功率与干扰侦察门限比较，若频点功率大于干扰侦察门限，则保存该脉组和该频点功率；若小于或等于干扰侦察门限则丢弃该脉组；

(2d)对g'中所有的脉组均做(2c)中的处理，当所有的脉组均处理完后，得到连续收到干扰的脉组W；

(2e)判断干扰脉组W是否在所要求的范围之内，若在，则执行(2f)；若不在，则根据干扰脉组中的频点功率重新确定干扰侦察门限，并返回(2c)直至干扰脉组W满足所要求的范围；

(2f)计算干扰脉组W中每个脉组收到的最大干扰功率P₁…P_i…P_w以及P₁…P_i…P_w对应的频点f₁…f_i…f_w，其中，P_i表示干扰脉组W中第i个脉组的最大频点功率，f_i表示P_i对应的频点，i的取值范围为1～w，w表示干扰脉组的个数；

(3)确定干扰强度、干扰频点、干扰指向线及干扰类型：

(3a)比较(2f)中每个脉组收到的最大干扰功率P₁…P_i…P_w，将其中的最大值作为干扰强度，该最大值对应的频点作为干扰频点；

(3b)求出干扰脉组W对应的方位码c₁…c_i…c_w。其中，c_i表示干扰脉组W中第i个脉组的方位码

(3c)根据(2f)中P₁…P_i…P_w和(3b)中的c₁…c_i…cw，由质心法求出干扰指向线l；

(3d)根据雷达系统的工作带宽设定宽带门限，统计频点功率大于宽带门限的个数N，当N达到宽带干扰的频带范围时，则判定该干扰为宽带干扰，否则，则认为该干扰为窄带干扰；

(4)消除(3c)中的虚假指向线：

(4a)在主通道回波数据m和辅助通道回波数据u中分别取出与干扰侦察通道回波数据g'中干扰脉组W相对应的脉组数据；

(4b)分别计算主通道回波数据m和辅助通道回波数据u中W个脉组中每个脉组的干扰功率，分别用P¹ _m…Pⁱ _m…P^w _m和P¹ _u…Pⁱ _u…P^w _u表示，其中，Pⁱ _m表示主通道第i个脉组的最大频点功率，Pⁱ _u表示辅助通道的第i个脉组最大频点功率；

(4c)比较P¹ _m…Pⁱ _m…P^w _m与P¹ _u…Pⁱ _u…P^w _u，若P¹ _m>P¹ _u…Pⁱ _m>Pⁱ _u…P^w _m>P^w _u，则保存(3c)中的干扰指向线l，否则，丢弃(3c)中的干扰指向线l。

2.根据权利要求1适应于机械扫描雷达的有源干扰侦察方法，其特征在于，(2f)中P₁…P_i…P_w和f₁…f_i…f_w的计算过程如下：

(2f1)在干扰侦察通道回波数据g'中提取W个脉组中每个频点的数据；

(2f2)计算第一个脉组中每个频点的数据模平方和的均值，得到脉组中每个频点的功率，比较所有频点的功率，得到其中的最大值P₁，最大值P₁对应的频点记为f₁；再计算第二个脉组中每个频点的数据模平方和的均值，得到脉组中每个频点的功率，比较所有频点的功率，得到其中的最大值P₂，该最大值P₂对应的频点记为f₂，依次对剩余的脉组计算每个频点的数据模平方和的均值，比较得频点功率的最大值以及该最大值对应的频点，对所有的脉组均做完处理后，得到P₁…P_i…P_w和f₁…f_i…f_w。

3.根据权利要求1适应于机械扫描雷达的有源干扰侦察方法，其特征在于，(3b)中计算方位码c₁,…,c_W，是先用天线扫描一圈即360°，再将一圈360°划分为K等份，将K等份依次记为方位码0…j…K-1,j的取值范围为0～K-1，每个脉组都对应一个方位码，将W个脉组对应的方位码记为c₁…c_i…c_w。

4.根据权利要求1适应于机械扫描雷达的有源干扰侦察方法，其特征在于，(3c)中由质心法求出干扰指向线l，按如下公式计算：

$l=\frac{P_1*c_1+...+P_i*c_i+...+P_w*c_w}{P_1+...+P_i+...+P_w}$

其中，P₁…P_i…P_w是W个脉组中每个脉组收到的最大干扰功率，c₁…c_i…c_w是W个脉组对应的方位码。