CN105974377A - 一种对数字阵列雷达自适应调零技术的干扰方法 - Google Patents

Abstract

一种对数字阵列雷达自适应调零技术的干扰方法，其包括：步骤1，确定干扰阵列流形；步骤2，确定干扰阵列加权系数；步骤3，对干扰源信号实施发射波束形成；步骤4，将干扰信号向目标阵列发射，并控制其进入目标阵列的入射角。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：由该方法生成的干扰信号能有效的抵消自适应调零对干扰的抑制，使干扰信号最大程度的通过自适应调零波束形成器从而最目标阵列主瓣接收的信号实施有效干扰。

Description

一种对数字阵列雷达自适应调零技术的干扰方法

技术领域

本发明涉及雷达对抗技术领域，尤其涉及一种对数字阵列雷达自适应调零技术的干扰方法。

背景技术

数字阵列雷达(Digital Array Radar，简称DAR)是一种收、发均采用数字波束形成(Digital Beamforming简称DBF)技术的全数字化相控阵雷达，DBF技术通过数字加权的方式来形成波束，只需通过改变加权系数即可改变波束指向和形状，因此相对于传统相控阵雷达，数字阵列雷达具有幅相控制精度高、瞬时动态范围大、空间自由度大、波束形成灵活的特点。更为重要的是在抗干扰方面，数字阵列雷达除了继承了传统模拟相控阵的副瓣对消、频率捷变、脉冲累计、动目标显示等技术外，还基于DBF技术形成了其特有的自适应调零抗干扰技术。

自适应调零技术的基本原理是根据干扰到来的方向自动调整阵列的加权矢量，使方向图在目标信号方向上形成主波束，而在干扰方向上形成零点，从来波方向上阻止干扰信号的入侵，由于无论多复杂的干扰信号几乎都不可能与目标信号以相同方向入射，因此自适应调零技术是数字阵列雷达最为先进的抗干扰技术。

自适应调零抗干扰的实现主要分三步：第一步干扰信号的波达角(Direction OfArrival，简称DOA)估计，第二步自适应调零波束形成权系数生成，第三步数字加权求和(波束形成)。目前针对自适应调零技术的干扰方法集中在对其前两步效果进行破坏，主要分为两类：1.针对阵列DOA估计中解相干能力限制的干扰方法，例如灵巧噪声干扰、欺骗转发式干扰等，这类方法主要使用频率与目标信号频率相干或相近的干扰信号注入阵列，当阵列DOA估计算法的解相干能力不能适应时，就无法准确估计出干扰的波达角，这类方法的主要缺点是需要目标信号入射方向、频率及目标阵列的规模等先验知识，其干扰效果的得不到保证，同时随着解相干算法的不断发展这种干扰方法的适用性也在不断下降；2.针对自适应调零算法中阵列自由度及角度分辨率限制的干扰，例如分布式干扰、主瓣干扰等，其中分布式干扰利用数量众多的分布式干扰机同时向目标阵列发射干扰信号，当干扰数超过目标阵列的自由度(阵元数-1)时，自适应算法将无法生成足够数量的零陷来抑制干扰；主瓣干扰则是让干扰信号从目标阵元的主瓣入射，此时自适应算法要在主瓣内生成零陷则会导致副瓣升高、主瓣变形且峰值偏移大大影响目标信号的接收，这两种的方法的主要缺点是需要目标信号入射方向及目标阵列规模等先验知识，且因大型阵列的阵元自由度足够大、主瓣足够窄等优势所以这类方法不适用于大型阵列，同时随着零陷展宽技术及超分辨率波束形成算法的发展，这类方法的适用性也在不断下降。

发明内容

本发明提供一种对数字阵列雷达自适应调零技术的干扰方法，能有效的抵消自适应调零对干扰的抑制。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种对数字阵列雷达自适应调零技术的干扰方法，设s_i(t)为期望注入目标阵列的干扰源信号，a(λ_i,θ_i)为目标阵列流形在干扰方向θ_i上的取值，为目标阵列通过自适应算法声称的在干扰方向θ_i上形成零陷的波束形成器系数，则干扰方法包括以下步骤：

步骤1，确定干扰阵列流形a'(λ_i,θ_i)，满足：a'(λ_i,θ_i)×a(λ_i,θ_i)＝I；其中；I为归一化的对角矩阵；

步骤2，确定干扰阵列加权系数满足：其中，θ₀为目标阵列主瓣指向，n为目标信号阵元的个数，j表示虚数，λ为干扰信号中心频率对应波长，d为振源之间的间距；

步骤3，对干扰源信号实施发射波束形成，实际发射的干扰信号为s_i'(t)，

步骤4，将干扰信号s_i'(t)向目标阵列发射，并控制其进入目标阵列的入射角为θ_i。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

由该方法生成的干扰信号能有效的抵消自适应调零对干扰的抑制，使干扰信号最大程度的通过自适应调零波束形成器从而最目标阵列主瓣接收的信号实施有效干扰。

附图说明

图1为本发明的均匀线阵ULA空间位置示意图；

图2为本发明的干扰信号发射波束形成1示意图；

图3为本发明的干扰信号发射波束形成2示意图；

图4a为利用凹槽噪声法在-35°形成零陷的目标阵列波束图；

图4b为目标信号与干扰源信号示意图；

图4c为干扰效果对比示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有方法的不足，基于波束形成的基本原理，提出一种新的对自适应调零技术进行干扰的方法。该方法根据波束形成器对于干扰信号并非物理上进行压制而是通过对各阵元信号进行幅相加权求和形成零陷的这个基本原理，在已知入射角度(干扰源相对于目标阵列法线角度)的情况下，先对信号作相应方向波束形成的逆运算，然后发射，当干扰信号以该方向进入阵列后，其进行的波束形成运算被事先进行的逆运算抵消，无法实现对该方向的零陷，干扰信号得以进入阵列达到干扰目的。该方法抓住自适应调零技术最终通过波束形成方式作用于信号的本质，通过逆运算使波束形成零陷实效，理论上现有的自适应调零技术无法将该干扰有效消除，在针对数字阵列雷达的干扰技术研究方面具有重要参考价值。

以均匀线阵(ULA)为例说明该方法的基本原理。均匀线阵ULA的波束形成过程如下。

如图1所示，均匀线阵的分析可以在二维坐标系中进行。

信号s(t)到第m号阵元产生的时延为：

τ_m(θ)＝(m-1)τ (1)

其中θ∈[-90°,90°]或称为角度的主值区间，且相对于法线顺时针为正角度，逆时针为负角度。

阵列流形为：

a(f,θ)＝[1,e^-j2πfτ,…,e^{-j2πf(M-1)τ}] (2)

阵列流行与阵列构造有关，其决定对某种频率以某角度入射时各阵元接收信号的相对延时，由于v＝fλ，所以有代入2式中得到：

令W^T＝[W₁，W₂，…，W_M]为波束形成器系数如图1所示，此时均匀线阵的输出为：

y(t)＝s(t)a(λ，θ)W^T (4)

其中a(λ，θ)W^T称为阵列的波束响应，它相对于不同频率及不同入射角的信号有着不同的响应值。所谓自适应调零技术也就是在估计出干扰方向后，利用一些波束优化设计算法获得一组加权系数使得在干扰方向θ_i上以及干扰信号中心频率对应波长λ_i上有为一个极小的值从而使得波束形成输出(4)式结果的幅值也达到极小，最终达到抑制干扰的目的。

考虑构造两个向量a′(λ_i，θ_i)，满足：

a′(λ_i，θ_i)^T×a(λ_i，θ_i)＝I (5)

其中a(λ_i，θ_i)为目标阵列流形在干扰方向θ_i上的取值，为目标阵列通过自适应算法声称的在干扰方向θ_i形成零陷的波束形成器系数。

构造如下干扰信号：

其中s_i(t)为期望注入目标阵列的干扰源信号。

此时，当s′(t)以干扰方向θ_i入射到目标阵列时，根据(4)式其调零波束形成输出为：

根据上式可知，构造的干扰信号进入目标阵列后抵消了其调零波束形成的零陷效果，干扰源信号s′(t)完整保留下来，通过波束形成器进入了接收机

2.干扰方法的物理实现

本方法干扰信号的产生从物理上可以理解为目标阵列波束形成的逆过程。其实现过程如图2所示。

其中发射阵列与目标阵列具有相同的构造。

考虑到波束形成是线性运算，则干扰信号发射波束可以进一步简化为对干扰源信号直接进行数字变换：

3.干扰方法的实现步骤

令s_i(t)为期望注入目标阵列的干扰源信号，α(λ_i，θ_i)为目标阵列流形在干扰方向θ_i上的取值，为目标阵列通过自适应算法声称的在干扰方向θ_i形成零陷的波束形成器系数，则本干扰方法实施步骤如下：

(1)确定干扰阵列流形α′(λ_i，θ_i)，满足：α′(λ_i，θ_i)T×α(λ_i，θ_i)＝I。

阵列流形取决于阵列构造，该信息可以通过侦查获得；I归一化的对角矩阵。

(2)确定干扰阵列加权系数满足：

由目标阵列的自适应算法产生，要准确知道必须知道对方自适应波束优化算法通常比较困难，但是在已知对方阵列主瓣指向θ_o时，其中的各元素一定具有的形式，其中为主瓣最高增益，归一化设计时此时，只需设置即可实现为1。

n目标信号阵元的个数，j表示虚数，

(3)对干扰源信号实施发射波束形成，实际发射的干扰信号s′(t)。

其中s_i(t)为期望注入目标阵列的干扰源信号。

采用2种方式实现干扰信号s′(t)的方式：

如图2所示，阵元发射后，空间再叠加。

如图3所示，预先叠加后，再向空间发射。

(4)将干扰信号s′(t)向目标阵列发射，并控制其进入目标阵列的入射角为θ_i。

干扰效果示意图如图4所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种对数字阵列雷达自适应调零技术的干扰方法，其特征在于，设s_i(t)为期望注入目标阵列的干扰源信号，a(λ_i,θ_i)为目标阵列流形在干扰方向θ_i上的取值，为目标阵列通过自适应算法声称的在干扰方向θ_i上形成零陷的波束形成器系数，则干扰方法包括以下步骤：

步骤1，确定干扰阵列流形a'(λ_i,θ_i)，满足：a'(λ_i,θ_i)×a(λ_i,θ_i)＝I；其中；I为归一化的对角矩阵；

步骤2，确定干扰阵列加权系数满足：其中，θ₀为目标阵列主瓣指向，n为目标信号阵元的个数，j表示虚数，λ为干扰信号中心频率对应波长，d为振源之间的间距；

步骤3，对干扰源信号实施发射波束形成，实际发射的干扰信号为s_i'(t)，

步骤4，将干扰信号s_i'(t)向目标阵列发射，并控制其进入目标阵列的入射角为θ_i。