CN106019244A - 基于正负斜率lfm波形正交极化雷达的抗移频干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于正负斜率LFM波形正交极化雷达的抗移频干扰方法，包含以下步骤：(1)正交双极化雷达采用正负斜率LFM波形发射信号并接收回波序列，对序列进行匹配滤波并归一化，得到HH、HV、VH以及VV四个通道的输出序列，并将HV通道输出序列和VV通道输出序列进行时域上的反转；(2)对四个通道输出序列进行处理，得到序列一；(3)对序列一进行目标检测，得到待定目标位置，并从序列一中提取得到序列二；(4)根据待定目标位置，对四个通道输出序列进行处理，提取得到序列三；(5)计算序列三与序列二之比作为鉴别量；(6)通过鉴别量与门限值的对比，判断目标和移频干扰。本发明对匹配滤波后信号的处理不涉及复杂的运算，实时性较强。

Description

基于正负斜率LFM波形正交极化雷达的抗移频干扰方法

技术领域

本发明属于电子侦查领域，涉及一种基于正负斜率LFM波形正交极化雷达的抗移频干扰方法。

背景技术

移频干扰是目前对付线性调频(LFM)脉冲压缩雷达的一种有效手段。由于线性调频脉冲压缩雷达信号的模糊函数存在距离-多普勒频移耦合现象，这种距离与多普勒频移之间的相互影响会使得当目标与匹配滤波器存在多普勒失配时，对距离的估计也会产生一定的误差。对抗移频干扰的研究目前主要集中在采用时变的发射信号，如改变发射信号的调频斜率、初始相位等，但是这种方法会增加发射机的发射难度。除此之外还可以采用时频分析方法，但是对信噪比的要求比较高，并且有可能会出现信号混叠的情况。以上方法都需要相当大的计算量，无法保证目标检测的实时性。随着极化信息处理技术的发展，极化雷达的研制也越来越受到重视，其在目标监视和特征提取等领域的应用日益广泛。由于干扰同目标有着不同的极化特征，因此利用极化信息可以将目标同干扰区分出来。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对当前电子侦查过程中所接收的线性调频脉冲压缩雷达信号中可能存在的移频干扰，利用正交极化雷达，根据干扰同真实目标回波中包含的不同的极化信息，对回波进行处理，从真实目标中鉴别出移频干扰。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于正负斜率LFM波形正交极化雷达的抗移频干扰方法，包括以下步骤：

步骤(1)、正交双极化雷达采用正负斜率LFM波形发射信号并接收回波序列，对序列进行匹配滤波并归一化，得到HH、HV、VH以及VV四个通道的输出序列，并将HV通道输出序列和VV通道输出序列进行时域上的反转，其中H和V分别表示水平和垂直极化；

步骤(2)、对四个通道输出序列进行处理，得到序列一；

步骤(3)、对序列一进行目标检测，得到待定目标位置，并从序列一中提取得到序列二；

步骤(4)、根据待定目标位置，对四个通道输出序列进行处理，提取得到序列三；

步骤(5)、计算序列三与序列二之比作为鉴别量；

步骤(6)、通过鉴别量与门限值的对比，判断目标和移频干扰。

所述步骤(2)中序列一提取方法如下所示：

$v_1\left(n\right)=|r_{HH}\left(n\right){|}^2+|r_{HV}^{\′}\left(n\right){|}^2+|r_{VH}\left(n\right){|}^2+|r_{VV}^{\′}\left(n\right){|}^2$

其中，r_HH(n)和r_VH(n)分别为HH与VH通道的输出序列，为HV和VV通道的输出序列经时域反转后的结果；|·|表示对序列取绝对值，n为采样点。

所述步骤(3)中序列二提取方法如下所示：

v₂(k)＝v₁(n_k)

其中，序列二v₂(k)为m个待定目标位置点组成的序列，即{n_k|v₁(n_k)≥th1,k＝0,1,...,m}，th1为目标检测时所用门限值。

所述步骤(4)中序列三提取方法如下所示：

$v_3\left(k\right)=|r_{HH}\left(n_k\right)\·r_{VV}^{\′}\left(n_k\right)-r_{VH}\left(n_k\right)\·r_{HV}^{\′}\left(n_k\right)|$

所述步骤(5)中鉴别量计算方法如下式：

ζ(k)＝v₃(k)/v₂(k)

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明使用的正交极化雷达采用了正负斜率LFM波形，其波形正交性满足仅发射一个脉冲即可分辨真假目标的要求；

(2)本发明对匹配滤波后信号的处理不涉及复杂的运算，实时性较强。

附图说明

图1为本发明基于正负斜率LFM波形正交极化雷达的抗移频干扰方法流程图；

图2为移频干扰叠加到目标回波上经匹配滤波处理后的仿真图；

图3为输出结果经步骤(2)处理后得到的序列一的仿真图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。

干扰机的移频干扰通常可以通过数字射频存储器(Digital Radio Frequency Memory,DRFM)技术来实现。DRFM首先存储干扰机接收到的雷达发射信号，随后复制出原雷达信号，通过给上变频本振调制一个额外的频移，从而产生移频干扰信号。然而干扰信号的极化信息 同目标回波的极化信息有着很明显的不同，使用极化雷达发射并接收目标与干扰信号，经处理后可较易区分两种信号，本发明为基于同时极化测量体制的正交极化雷达对移频干扰的鉴别方法，其实施流程图如图1所示，具体包含如下4个步骤：

1、匹配滤波

正交极化雷达经由正交极化通道独立发射两路正交信号，然后同时接收目标回波的正交极化分量。两路正交发射信号为e_H(t)、e_V(t)，在本发明中为一对正负斜率线性调频脉冲信号，不考虑调制幅度，可以表示为：

$e_H\left(t\right)=rect(t/t_p)e^{j2\mathrm{\π}(f_{0}t+{\mathrm{Kt}}^2/2)},e_V\left(t\right)=rect(t/t_p)e^{j2\mathrm{\π}(f_{0}t-{\mathrm{Kt}}^2/2)}---\left(1\right)$

其中，t_p为脉冲宽度，K为调频斜率，f₀为载频，两极化通道的发射信号除调频斜率互为正负外其余参数完全一致。

接收回波信号后，按照抽样定理对回波时间序列进行采样，得到两个通道的N点时间序列，可以将其表示为r_H(n)、r_V(n)。对回波序列r_H(n)、r_V(n)进行如下滤波处理：

R_ij(n)＝IFFT[FFT(r_i(n))·(FFT(e_j(n)))^*]，(i,j＝H,V) (2)

其中，R_HH(n)、R_HV(n)、R_VH(n)和R_VV(n)分别为HH、HV、VH和VV通道输出序列，经过归一化以及HV与VV通道输出序列的时域反转：

r_ij(n)＝R_ij(n)/E_j (3)

$r_{HV}^{\′}\left(n\right)=r_{HV}(-n),r_{VV}^{\′}\left(n\right)=r_{VV}(-n)---\left(4\right)$

式(3)中E_j为发射信号e_j(n)的能量，可由下式计算得到：

$E_j=\underset{n=0}{\overset{N}{\Σ}}|e_j\left(n\right){|}^2---\left(5\right)$

其中，N为序列长度。

此时我们所得到的四个匹配滤波输出峰值即为目标极化散射矩阵的测量结果，若r_ij(n)中存在多个峰值则表明有多个目标，其中可能包含移频干扰造成的假目标，需要对其进行处理。

2、计算序列一

图1中P1表示对输出序列进行如下操作：

$v_1\left(n\right)=|r_{HH}\left(n\right){|}^2+|r_{HV}^{\′}\left(n\right){|}^2+|r_{VH}\left(n\right){|}^2+|r_{VV}^{\′}\left(n\right){|}^2---\left(6\right)$

通过上式即可得到序列一v₁(n)。

3、目标检测

对序列一v₁(n)进行目标检测，门限值由下式计算得到：

th1＝mean[v₁(n)]+a·std[v₁(n)] (7)

其中，mean(·)表示计算均值，std(·)表示计算标准差，a为门限系数，其取值范围可取[0.5,2]。目标检测过程为：

若共有m个点检测到有目标，则提取得到待定目标位置点{n_k|v₁(n_k)≥th1,k＝0,1,...,m}。

4、计算序列二

图1中P2操作为取序列一中待定目标位置点处的值得到序列二，即：

v₂(k)＝v₁(n_k) (9)

5、计算序列三

图1中P3表示取r_HH(n)、r_VH(n)和四个序列在待定目标位置点n_k处的值，对其进行如下处理：

$v_3\left(k\right)=|r_{HH}\left(n_k\right)\·r_{VV}^{\′}\left(n_k\right)-r_{VH}\left(n_k\right)\·r_{HV}^{\′}\left(n_k\right)|---\left(10\right)$

得到序列三。

6、提取鉴别量

鉴别量ζ(k)提取方法如下所示：

$\mathrm{\ζ}\left(k\right)=\frac{v_3\left(k\right)}{v_2\left(k\right)}---\left(11\right)$

7、目标判断

将鉴别量ζ(k)与门限值进行对比并判断真假目标

其中，th2为门限值。通过设置合理的门限值，一般而言，对于人造小目标，选择th2为0.2-0.4即可进行真实目标与移频干扰的有效判断。

下面以仿真实验来说明该鉴别方法的有效性。仿真条件设置如下：雷达发射信号脉冲宽度t_p＝10μs，带宽B＝10MHz，载波频率f₀＝10GHz；目标的多普勒频移为f_d＝20kHz，目 标极化散射矩阵为信噪比SNR＝10dB；干扰取两个固定移频干扰，频移量分别为ζ₁＝-0.1B、ζ₂＝0.2B，干扰极化状态Jones矢量为 干噪比分别为INR₁＝13dB，INR₂＝15dB；噪声符合零均值高斯分布，两极化通道接收信号各参数均相等。

图2为目标回波加入移频干扰后经过步骤2的输出，可以看到移频干扰形成了两个较为明显的假目标，影响了真实目标的判断。图3为序列一的计算结果，门限系数设置为2，由图中可以看出能够检测到3个目标，待定目标位置点n_k＝3001,4980,6000。由此计算序列二、序列三以及鉴别量如下表所示

表1序列二、序列三与鉴别量

由上表可知待定目标1和待定目标3的鉴别量远远小于待定目标2，此时门限值可取th2＝0.3，对上面三个待定目标进行鉴别，得到鉴别结果为：待定目标2为真实目标，符合仿真条件。

本发明根据目标回波与移频干扰中蕴含的不同的极化信息，利用正交极化雷达发射正负斜率LFM波形信号并接收回波，经过处理回波来进行针对移频干扰的鉴别与对抗。根据仿真结果可以看出，在同时存在目标与干扰且雷达对目标和干扰信号接收功率相当的情况下，分别提取鉴别量，目标鉴别量与干扰鉴别量通常差距较大，据此可以有效区分真实目标与移频干扰。

Claims (5)

1.一种基于正负斜率LFM波形正交极化雷达的抗移频干扰方法，其特征在于步骤如下：

步骤(1)、正交双极化雷达采用正负斜率LFM波形发射信号并接收回波序列，对序列进行匹配滤波并归一化，得到HH、HV、VH以及VV四个通道的输出序列，并将HV通道输出序列和VV通道输出序列进行时域上的反转，其中H和V分别表示水平和垂直极化；

步骤(2)、对四个通道输出序列进行处理，得到序列一；

步骤(3)、对序列一进行目标检测，得到待定目标位置，并从序列一中提取得到序列二；

步骤(4)、根据待定目标位置，对四个通道输出序列进行处理，提取得到序列三；

步骤(5)、计算序列三与序列二之比作为鉴别量；

步骤(6)、通过鉴别量与门限值的对比，判断目标和移频干扰。

2.根据权利要求1的基于正负斜率LFM波形正交极化雷达的抗移频干扰方法，其特征在于：所述步骤(2)中得到序列一v₁(n)的处理方法如下所示：

v₁(n)＝|r_HH(n)|²+|r′_HV(n)|²+|r_VH(n)|²+|r′_VV(n)|²

其中，r_HH(n)和r_VH(n)分别为HH与VH通道的输出序列，r′_HV(n)和r′_VV(n)分别为HV和VV通道的输出序列经时域反转后的结果；|·|表示对序列取绝对值，n为采样点。

3.根据权利要求2的基于正负斜率LFM波形正交极化雷达的抗移频干扰方法，其特征在于：所述步骤(3)中序列二v₂(k)提取方法如下所示：

v₂(k)＝v₁(n_k)

其中，序列二v₂(k)为m个待定目标位置点组成的序列，即{n_k|v₁(n_k)≥th1,k＝1,…,m}，th1为目标检测时所用门限值。

4.根据权利要求3的基于正负斜率LFM波形正交极化雷达的抗移频干扰方法，其特征在于：所述步骤(4)中序列三v₃(k)提取方法如下所示：

v₃(k)＝|r_HH(n_k)·r′_VV(n_k)-r_VH(n_k)·r′_HV(n_k)|。

5.根据权利要求4的基于正负斜率LFM波形正交极化雷达的抗移频干扰方法，其特征在于：所述步骤(5)中鉴别量ζ(k)的计算方法如下式：

ζ(k)＝v₃(k)/v₂(k)。