CN106054143B - 一种外辐射源雷达同频干扰的消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达技术领域，公开了一种外辐射源雷达同频干扰的消除方法。该方法包括：获取参考天线接收的参考信号及阵元天线接收的M个回波信号；利用参考信号消除M个回波信号中的直达波信号以及多径信号得到M个第一回波信号，构造得到回波信号矩阵；对回波信号矩阵进行独立分量分析得到3个独立分量信号；利用3个独立分量信号对回波信号矩阵进行3次时域干扰相消，得到3个第二回波信号；对每个第二回波信号与参考信号作距离‑多普勒二维相关得到3个相关矩阵，利用相关矩阵进行目标检测，其中能够获得目标信息的相关矩阵对应的第二回波信号即为消除同频干扰后的回波信号。本发明能够有效消除主瓣内的同频干扰，从而获得较好的目标检测结果。

Description

一种外辐射源雷达同频干扰的消除方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种外辐射源雷达同频干扰的消除方法。

背景技术

外辐射源雷达借助第三方辐射源信号(如调频广播信号、模拟电视信号、通信信号等)作为照射源照射目标进行探测，其探测过程属于被动探测。因此对外辐射雷达而言，相比干扰和噪声，其目标回波信号十分微弱，所以对干扰与噪声的抑制程度会直接影响外辐射雷达的探测性能。

外辐射源雷达体系下的干扰包括相干干扰和非相干干扰，其中，相干干扰指的是直达波干扰与多径干扰，非相干干扰指的是来自辐射源的同频源的同频干扰。由于外辐射源雷达所接收的回波信号中干扰信号的功率远强于目标回波信号的功率，因此直接根据所接收的回波信号很难检测到目标，所以需要先滤除其中的干扰信号。目前，对于相干干扰，可采用时域干扰相消算法来消除。对于同频干扰，则可采用空域滤波的方法来滤除，具体来说，可通过自适应波束形成技术在干扰来波方向形成方向图零点以滤除同频干扰。然而，存在同频干扰与目标回波的来波方向位于同一主瓣内的情况，此种情况下，现有的空域滤波算法即不再适用。对于主瓣内的同频干扰，目前还没有行之有效的消除方法。

发明内容

为此，本发明的实施例提供一种外辐射源雷达同频干扰的消除方法，能够在目标回波通道中混有时域和空域都不可分的同频干扰时，有效消除主瓣内的同频干扰，从而获得较好的目标检测结果。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

提供一种外辐射源雷达同频干扰的消除方法，所述外辐射源雷达设置有参考天线和接收天线，所述参考天线指向所述外辐射源雷达的辐射源，所述接收天线指向所述外辐射源雷达的观测区；所述接收天线为包括M个阵元天线的均匀线阵，所述M个阵元天线的相位中心间距为半波长，M为整数，M≥3；所述方法包括如下步骤：

S1：获取所述参考天线接收的参考信号，以及，获取所述M个阵元天线中每个阵元天线接收的回波信号得到M个回波信号；

S2：利用所述参考信号，消除M个回波信号中的直达波信号以及多径信号，得到M个第一回波信号，进而利用所述M个第一回波信号构造得到回波信号矩阵；

S3：对所述回波信号矩阵进行独立分量分析，得到3个独立分量信号，其中1个独立分量信号为同频干扰信号；

S4：利用所述3个独立分量信号对所述回波信号矩阵进行时域干扰相消，得到3个第二回波信号；其中，每次时域干扰相消分别消除所述3个独立分量信号中的1个独立分量信号，得到对应的1个第二回波信号，每次时域干扰相消所消除的独立分量信号不同；

S5：对每个第二回波信号与所述参考信号作距离-多普勒二维相关，得到3个相关矩阵；利用每个相关矩阵进行目标检测，其中能够获得目标信息的相关矩阵对应的第二回波信号即为所求的消除同频干扰后的回波信号。

基于上述方案，通过对回波信号矩阵进行独立分量分析，可得到3个独立分量信号，并且其中一个独立分量信号为同频干扰信号。由于同频干扰信号的强度远大于目标回波信号及噪声，因此消除同频干扰信号后的回波信号的主要成分即为目标回波信号。这样，利用分别消除了3个独立分量信号得到的3个第二回波信号与参考信号作距离-多普勒二维相关得到3个相关矩阵，进而利用每个相关矩阵进行目标检测，其中能够获得目标信息的相关矩阵对应的第二回波信号即为所求的消除同频干扰后的回波信号。综上，本发明实施例提供的外辐射源雷达同频干扰的消除方法能够在目标回波通道中混有时域和空域都不可分的同频干扰时，有效消除主瓣内的同频干扰，从而获得较好的目标检测结果。

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为本发明实施例中外辐射源雷达基地配置示意图；

图2为本发明实施例提供的一种外辐射源雷达同频干扰的消除方法的流程示意图；

图3为直接利用雷达接收天线接收的回波信号进行目标检测的检测结果图；其中，图3(a)为多普勒维的检测结果图，图中横坐标为多普勒频移单元(单位：kHz)，纵坐标为幅度(单位：dB)；图3(b)为时延维的检测结果图，图中横坐标为回波时延单元(单位：km)，纵坐标为幅度(单位：dB)；

图4为利用消除独立分量信号y₁后的回波信号进行目标检测的检测结果图；其中，图4(a)为多普勒维的检测结果图，图中横坐标为多普勒频移单元(单位：kHz)，纵坐标为幅度(单位：dB)；图4(b)为时延维的检测结果图，图中横坐标为回波时延单元(单位：km)，纵坐标为幅度(单位：dB)；

图5为利用消除独立分量信号y₂后的回波信号进行目标检测的检测结果图；其中，图5(a)为多普勒维的检测结果图，图中横坐标为多普勒频移单元(单位：kHz)，纵坐标为幅度(单位：dB)；图5(b)为时延维的检测结果图，图中横坐标为回波时延单元(单位：km)，纵坐标为幅度(单位：dB)；

图6为利用消除独立分量信号y₃后的回波信号进行目标检测的检测结果图；其中，图6(a)为多普勒维的检测结果图，图中横坐标为多普勒频移单元(单位：kHz)，纵坐标为幅度(单位：dB)；图6(b)为时延维的检测结果图，图中横坐标为回波时延单元(单位：km)，纵坐标为幅度(单位：dB)。

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。

另外，为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”、等字样并不对数量和执行次序进行限定。

为便于理解，以下将结合图1所示的外辐射源雷达的应用场景，对外辐射源雷达的工作原理进行简要介绍如下：

参见图1，在外辐射源雷达接收站的远场设置有第三方辐射源，第三方辐射源作为发射站辐射电磁波信号。当辐射源辐射的电磁波信号照射目标上时，目标会将电磁波信号反射出去。外辐射源雷达通过设置的接收天线即可接收目标反射的电磁波信号(通常称为目标回波信号)。同时，辐射源辐射的部分电磁波信号会直接照射在外辐射源雷达的接收站上，形成直达波信号。外辐射源雷达通过设置的参考天线即可接收直达波信号，进而以直达波信号作为参考信号，利用所接收的目标回波信号估计目标的位置及速度等信息，实现对目标的探测、跟踪及定位。

然而，如图1所示，作为发射站的第三方辐射源周围往往存在一些建筑物，当辐射源辐射的电磁波信号照射在周边的建筑物上，即会产生多径信号，部分多径信号即会随目标回波信号一同被外辐射源雷达接收。同时，空间中可能存在辐射源的同频源，当同频源发射的电磁波信号照射在外辐射源雷达的接收站上，同频信号也会一同被接收天线接收。此外，在接收目标回波信号的同时，还可能会接收到辐射源直接辐射的直达波信号。综上，外辐射源雷达接收天线所接收的回波信号中除包含目标回波信号之外，还可能包含多径信号、同频信号以及直达波信号。其中，直达波信号与多径信号为相干干扰信号，同频信号为非相干干扰信号。目前，对于非相干干扰信号中的同频信号，可采用自适应波束形成技术在干扰来波方向形成方向图零点予滤除。然而，存在同频干扰与目标回波的来波方向位于同一主瓣内的情况，此种情况下，现有方法即不再适用。

为此，本发明的实施例提供一种外辐射源雷达同频干扰的消除方法，以在目标回波通道中混有时域和空域都不可分的同频干扰时，消除主瓣内的同频干扰，以获得较好的目标检测结果。其中，所述外辐射源雷达设置有参考天线和接收天线，参考天线指向外辐射源雷达的辐射源，接收天线指向外辐射源雷达的观测区。接收天线为包括M个阵元天线的均匀线阵，M个阵元天线的相位中心间距为半波长，M为整数，M≥3。

如图2所示，本发明实施例提供的外辐射源雷达同频干扰的消除方法具体包括以下步骤：

S1：获取参考天线接收的参考信号，以及，获取M个阵元天线中每个阵元天线接收的回波信号得到M个回波信号。

其中，本领域普通技术人员可以理解，参考天线接收的参考信号中包含直达波信号及多径信号，接收天线的每个阵元天线接收的回波信号中包含目标回波信号以及直达波信号、同频信号及多径信号构成的干扰信号。

S2：利用参考信号，消除M个回波信号中的直达波信号以及多径信号，得到M个第一回波信号，进而利用M个第一回波信号构造得到回波信号矩阵。

步骤S2的理论依据在于：回波信号中的目标回波信号相对于直达波干扰信号及多径干扰信号具有多普勒频移，因此，可认为目标回波信号与直达波干扰信号及多径干扰信号是正交的。基于此，即可利用参考信号(包括直达波干扰信号以及多径干扰信号)张成的信号子空间构造正交投影矩阵，并将回波信号投影在所构造的正交投影矩阵上，以获得回波信号中的直达波干扰和多径干扰成分，进而减去回波信号中的直达波干扰和多径干扰成分，即可消除回波信号中直达波干扰和多径干扰成分。

具体来说，可采用扩展相消批处理算法(英文：Batch Version of ExtensiveCancellation Algorithm，简称：ECA-B)消除M个回波信号中的直达波信号以及多径信号以获得M个第一回波信号，进而利用M个第一回波信号构造得到回波信号矩阵。

即，步骤S2具体可以包括如下子步骤：

S2a：分别对参考信号以及M个回波信号进行分段，得到参考信号的B段分段信号以及每个回波信号的B段分段信号。

其中，B为正整数，N为参考信号及回波信号的信号长度。

优选的，本发明实施例中，参考信号及M个回波信号的每段分段信号的长度不小于1000。可以理解，将信号划分为B段后，每段分段信号的长度为若要使每段分段信号的长度不小于1000，则对应的则因此需要将参考信号及回波信号均匀划分为至多段。其中，表示向下取整。

S2b：利用参考信号的第i段分段信号构造与其对应的子空间矩阵

其中，i取1到B之间的所有整数值，表示参考信号的第i段分段信号，

依次表示将参考信号的第i段分段信号延迟1个时延单元、2个时延单元、…(p-1)个时延单元后的信号，p＝l+1，l表示回波信号中多径干扰的时延单元个数，l≥1。需要说明的是，在实际应用中，可根据经验对参数p进行赋值。具体而言，当外辐射源雷达的接收站位于较为空旷的地方时，对p赋以相对较小的值；而当外辐射源雷达的接收站位于建筑物较多的地方时，对p赋以相对较大的值。

示例性的，假设参考信号的第b段(1≤b≤B)分段信号可以表示为：

则利用参考信号的第b段分段信号构造的与其对应的子空间矩阵可表示为：

式中，表示第b段分段信号的起始数据，表示第b段分段信号的结尾数据。

S2c：利用子空间矩阵构造第一正交投影矩阵进而利用第一正交投影矩阵w_i对第j个回波信号的第i段分段信号进行时域干扰相消，得到消除直达波信号及多径信号后的第i段分段信号

其中，j取1到M之间的所有整数值，H共轭转置，-1表示求逆。第j个回波信号的第i段分段信号可表示为：

式中，表示第j个回波信号的第i段分段信号的起始数据，表示第j个回波信号的第i段分段信号的结尾数据。

S2d：对M个回波信号的消除直达波信号以及多径信号后的B段分段信号进行拼接，得到M个第一回波信号。

S2e：利用M个第一回波信号构造得到回波信号矩阵

其中，分别表示M个第一回波信号中的第1个第一回波信号、第2个第一回波信号、…第M个第一回波信号。

S3：对回波信号矩阵进行独立分量分析，得到3个独立分量信号。

其中，一个独立分量信号为同频干扰信号。

步骤3的理论依据在于：经过步骤S2，可消除M个回波信号中的直达波干扰和多径干扰，这样一来，回波信号中即剩余同频干扰信号、目标回波信号以及噪声，即M个回波信号即可表示为：式中，j取1到M之间的所有整数值，S_d表示回波信号中的同频干扰，S_t表示回波信号中的目标回波信号，n表示回波信号中的噪声。同时，同频干扰S_d、目标回波信号S_t以及噪声n彼此相互独立，因此，可将回波信号分离为3个相互独立的分量。并且，由于同频干扰信号的强度远强于噪声和目标回波信号，因此经过独立分量分析之后，同频干扰信号的分离效果最好，进而可以认为分离回波信号得到的3个分量信号中的某一独立分量即是回波信号中的同频干扰信号。

具体而言，可采用快速独立分量分析(英文：Fast Independent ComponentAnalysis，简称：FastICA)算法对回波信号矩阵进行独立分量分析，即，步骤S3具体可以包括如下子步骤：

S3a：计算回波信号矩阵的协方差矩阵，并对协方差矩阵进行特征分解得到特征值及特征向量，利用特征值以及特征向量构造得到白化向量V＝D^-1/2E^T。

其中，E＝(e₁,…,e_n)，D＝diag(d₁,…,d_n)，e₁,…,e_n为协方差矩阵的特征向量，d₁,…,d_n为协方差矩阵的特征值，(·)^-1/2表示对(·)中的元素开平方后对矩阵求逆，T表示转置。

以下，对白化向量V＝D^-1/2E^T的得出过程分析如下：

容易理解，对回波信号矩阵进行白化预处理实质上即是对回波信号进行去相关和缩放,得到白化后的回波信号矩阵，使得白化后的回波信号矩阵的协方差矩阵为单位矩阵。换言之，白化预处理过程即是寻找白化向量V,使得白化后的回波信号矩阵满足：I为单位矩阵。

为此，可以选择线性变化V＝D^-1/2E^T，这样一来，白化后的回波信号矩阵的协方差矩阵为：

即，V＝D^-1/2E^T满足使的要求因此可选择线性变化V＝D^-1/2E^T作为白化向量。

S3b：利用白化向量V对回波信号矩阵进行白化预处理，得到白化信号

其中，S_sur表示回波信号矩阵。

S3c：将待估计的独立成分个数设置为3，并以作为FastICA中不动点迭代的基本公式，迭代获得3个权矢量w_p1、w_p2和w_p3。

以下，对迭代公式的得出过程分析如下：

独立分量分析即是寻找线性分离矩阵W＝[w₁,w₂,w₃]^T，使得的3个行向量y₁、y₂和y₃相互独立。可通过负熵估计函数寻找线性分量矩阵W，具体而言，使用一般形式的非二次函数的期望来估计负熵可得到如下所示的负熵估计函数：

J(y)≈k₁(E{G¹(y)})²+k₂(E{G²(y)}-E{G²(v)})²

其中，k₁和k₂为正整数，G¹和G²为非二次函数，G¹为奇函数，G²为偶函数，v为零均值单位方差的高斯变量。

对上式所示的负熵估计函数进行进一步简化，可得：

J(y)≈k₁(E{G(y)})²+k₂(E{G(y)}-E{G(v)})²

≈(k₁+k₂)(E{G(y)})²-2k₂E{G(y)}E{G(v)}+k₂(E{G(v)})²

≈(k₁+k₂)[E{G(y)}-E{G(v)}]²+2k₁E{G(y)}E{G(v)}-k₁(E{G(v)})²

进一步的，省略约等于号右侧的后两项，使用一个非二次函数G来表示负熵估计函数J(y)，有：

J(y)≈(k₁+k₂)[E{G(y)}-E{G(v)}]²

根据上式可以得到：

J(y)∝[E{G(y)}-E{G(v)}]²

式中，G可以是任意的实际非二次函数，常用的G有G(y)＝y⁴，或G(y)＝-exp(-y²/2)，为简便起见，本发明实施例中采用G(y)＝y⁴，其导数g＝4y³。

由于则将代入最终简化后的负熵估计函数，有：

对上式的负熵估计函数J(y)求梯度得到：

式中，w^T表示线性分离矩阵W的行向量，函数g为负熵估计函数J(y)中非二次函数G的导数，g＝4y³。

令γ＝1，使用不定点迭代算法对上式求解，可以得到：

对w进行归一化处理，同时，由于非多项式矩的收敛性较差，不利于迭代，因此将上式调整为：

接下来，需求解式中β的取值。首先，令求F关于w的梯度有：

接着，令并令则有：

由于为白化信号，有：这样，上式可简化为：

可以得出：这样迭代公式即为：

归一化后g＝y³，得到g'＝3y²，带入上式中得到：

又，同时，经归一化处理后式中w^T(w^T)^H＝1，因此，上式即可化简为：

具体的，结合上式，使用FastICA算法获取3个权矢量w_p1、w_p2和w_p3的具体步骤如下：

步骤1：初始化独立成分个数m＝3，并令p＝1。

步骤2：选择具有单位范数的初始化向量w_p(可以随机选取)。

步骤3：根据迭代公式更新w_p。

步骤4：对w_p进行正交化：

步骤5：对w_p进行标准化：w_p←w_p/||w_p||。

步骤6：若w_p尚未收敛，返回步骤3。

步骤7：若w_p收敛，保存w_p，并令p加1，若p≤m，则返回步骤2。

至此，即得到3个权矢量w_p1、w_p2和w_p3。

S3d：将3个权矢量w_p1、w_p2和w_p3分别与白化信号相乘，得到3个独立分量信号y₁、y₂和y₃。

即，

需要说明的是，由于独立分量分析存在不确定性，即分量幅度和顺序不确定，因此无法确定3个独立分量y₁、y₂和y₃中哪个独立分量为同频干扰信号。本发明实施例中，可通过分别消除3个独立分量信号y₁、y₂和y₃，由于3个独立分量信号y₁、y₂和y₃中有一个独立分量信号为同频干扰信号，并且同频干扰信号的强度远大于目标回波信号及噪声，因此消除同频干扰信号后回波信号的主要成分即为目标回波信号。这样，利用消除同频干扰信号的回波信号即可检测得到目标的目标信息。因此，可利用消除3个独立分量信号y₁、y₂和y₃后的回波信号进行目标检测，进而根据检测结果确定消除同频干扰的回波信号，具体过程请参考下面的步骤S4和S5。

S4：利用3个独立分量信号对回波信号矩阵进行时域干扰相消，得到3个第二回波信号。

其中，每次时域干扰相消分别消除所述3个独立分量信号中的1个独立分量信号，得到对应的1个第二回波信号，每次时域干扰相消所消除的独立分量信号不同。

优选的，步骤S4具体可以包括如下子步骤：

S4a：利用3个独立分量信号中的第k个独立分量信号y_k，构造得到第二正交投影矩阵w_k＝(y_k ^Hy_k)^-1y_k ^H。

其中，k分别取1、2以及3。即，w₁＝(y₁ ^Hy₁)^-1y₁ ^H，w₂＝(y₂ ^Hy₂)^-1y₂ ^H，w₃＝(y₃ ^Hy₃)^-1y₃ ^H，y₁、y₂和y₃为3个独立分量信号。

S4b：利用第二正交投影矩阵w_k对回波信号矩阵进行时域干扰相消，以消除第k个独立分量信号y_k，获得第二回波信号

即，S_sur表示回波信号矩阵。

由前述分析可知，3个独立分量信号y₁、y₂和y₃中有一个独立分量信号为同频干扰信号，因此分别消除独立分量信号y₁、y₂和y₃得到3个第二回波信号以及中有一个信号为消除同频干扰信号的回波信号。但由于独立分量分析存在不确定性，即分量幅度和顺序不确定，因此无法确定3个独立分量y₁、y₂和y₃中哪个独立分量为同频干扰信号，进而也就无法确定第二回波信号和中哪个信号为消除同频干扰信号的回波信号。

S5：对每个第二回波信号与参考信号作距离-多普勒二维相关，得到3个相关矩阵，利用每个相关矩阵进行目标检测，其中能够获得目标信息的相关矩阵对应的第二回波信号即为所求的消除同频干扰后的回波信号。

优选的，步骤S5中，对每个第二回波信号与参考信号作距离-多普勒二维相关，得到3个相关矩阵，具体可以包括：

利用预存的计算式：对每个第二回波信号与参考信号作距离-多普勒二维相关，得到3个相关矩阵ξ¹[l,p]、ξ²[l,p]以及ξ³[l,p]。

其中，k分别取1、2以及3，表示第k个第二回波信号，S_ref[n]表示参考信号，S_ref[n-l]表示将参考信号S_ref[n]延迟l个时延单元后的信号，n表示采样次数，l表示时延单元，*表示共轭运算，p表示多普勒频移单元，N表示信号长度。

按照步骤S5，利用分别消除了3个独立分量信号得到的3个第二回波信号与参考信号作距离-多普勒二维相关，得到3个相关矩阵，进而利用每个相关矩阵进行目标检测，由于3个第二回波信号中有一个信号为消除同频干扰后的回波信号，因此利用该信号与参考信号作距离-多普勒二维相关得到的相关矩阵可检测得到目标信息。也就是说，能够获得目标信息的相关矩阵对应的第二回波信号即为所求的消除同频干扰后的回波信号。

基于本发明实施例上述方案，通过对回波信号矩阵进行独立分量分析，可获得3个独立分量信号，并且其中一个独立分量信号为同频干扰信号。由于同频干扰信号的强度远大于目标回波信号及噪声，因此消除同频干扰信号后的回波信号的主要成分即为目标回波信号。这样，利用分别消除了3个独立分量信号得到的3个第二回波信号与参考信号作距离-多普勒二维相关得到3个相关矩阵，进而利用每个相关矩阵进行目标检测，其中能够获得目标信息的相关矩阵对应的第二回波信号即为所求的消除同频干扰后的回波信号。综上，本发明实施例提供的外辐射源雷达同频干扰的消除方法能够在目标回波通道中混有时域和空域都不可分的同频干扰时，有效消除主瓣内的同频干扰，从而获得较好的目标检测结果。

以下，通过仿真实验进一步说明本发明的上述效果：

1)仿真实验场景

具体实验场景可参考图1，其中，辐射源的高度为200m，初始基线距离为13Km，发射信号的频率为88MHz、带宽为100kHz；雷达的采样频率为200kHz，积累时间为1秒；同频源发射的同频信号的载频88MHz、带宽为100kHz；系统的信噪比为-12dB，干信比为20dB。同时，设置2个待检测目标，其中目标1的位置为：回波时延单元42，多普勒频移单元43；目标2的位置为：回波时延单元65，多普勒频移单元70。

2)仿真内容

①直接利用雷达接收天线接收的回波信号进行目标检测，并绘制检测结果图。

②按照本发明实施例提供的同频信号的消除方法获取回波信号的3个独立分量信号y₁、y₂和y₃，进而分别消除3个独立分量信号y₁、y₂和y₃，根据消除独立分量信号后的回波信号进行目标检测，并绘制检测结果图。

3)仿真结果分析：

图3所示为直接利用雷达接收天线接收的回波信号进行目标检测的检测结果图。其中，图3(a)为多普勒维的检测结果图，图3(b)为时延维的检测结果图。观察图3(a)和图3(b)，容易看出，主瓣含有同频干扰，目标的尖峰被杂波所掩盖，无法有效地检测到目标。

图4为利用消除独立分量信号y₁后的回波信号进行目标检测的检测结果图。其中，图4(a)为多普勒维的检测结果图，图4(b)为时延维的检测结果图。观察图4(a)和图4(b)发现，在回波时延单元42、多普勒频移单元43以及回波时延单元65、多普勒频移单元70处分别有一个明显尖峰，且尖峰高于杂波平台10db左右。对比仿真实验场景设置中目标的坐标信息发现，图中所示的2个峰值正是仿真实验中设置的两个目标的回波的峰值。可见，根据消除独立分量y₁后的回波信号能够检测得到目标，由此可知，独立分量信号y₁为同频干扰信号，而消除独立分量信号y₁后的回波信号即为所求的消除同频干扰信号后的回波信号。

图5为利用消除独立分量信号y₂后的回波信号进行目标检测的检测结果图。其中，图5(a)为多普勒维的检测结果图，图5(b)为时延维的检测结果图。观察图5(a)和图5(b)发现，目标峰值被杂波掩盖，无法有效检测到目标。由此可知，独立分量信号y₂并非同频干扰信号，回波信号经过ECA算法消除y₂后消除的不是同频干扰成分，而是噪声或目标回波成分。

图6为利用消除独立分量信号y₃后的回波信号进行目标检测的检测结果图。其中，图6(a)为多普勒维的检测结果图，图6(b)为时延维的检测结果图。观察图6(a)和图6(b)发现，目标峰值被杂波掩盖，无法有效检测到目标。由此可知，独立分量信号y₃并非同频干扰信号，回波信号经过ECA算法消除y₃后消除的不是同频干扰成分，而是噪声或目标回波成分。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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 (3)

1.一种外辐射源雷达同频干扰的消除方法，其特征在于，所述外辐射源雷达设置有参考天线和接收天线，所述参考天线指向所述外辐射源雷达的辐射源，所述接收天线指向所述外辐射源雷达的观测区；所述接收天线为包括M个阵元天线的均匀线阵，所述M个阵元天线的相位中心间距为半波长，M为整数，M≥3；所述方法包括如下步骤：

S1：获取所述参考天线接收的参考信号，以及，获取所述M个阵元天线中每个阵元天线接收的回波信号得到M个回波信号；

S2：利用所述参考信号，消除M个回波信号中的直达波信号以及多径信号，得到M个第一回波信号，进而利用所述M个第一回波信号构造得到回波信号矩阵；

S3：对所述回波信号矩阵进行独立分量分析，得到3个独立分量信号，其中1个独立分量信号为同频干扰信号；

其中，步骤S3具体包括如下子步骤：

S3a：计算所述回波信号矩阵的协方差矩阵，并对所述协方差矩阵进行特征分解得到特征值及特征向量，利用所述特征值以及所述特征向量构造得到白化向量V＝D^-1/2E^T；其中，E＝(e₁,…,e_n)，D＝diag(d₁,…,d_n)，e₁,…,e_n为所述协方差矩阵的特征向量，d₁,…,d_n为所述协方差矩阵的特征值，(·)^-1/2表示对(·)中的元素开平方后对矩阵求逆，T表示转置；

S3b：利用所述白化向量V对所述回波信号矩阵进行白化预处理，得到白化信号其中，S_sur表示回波信号矩阵；

S3c：将待估计的独立成分个数设置为3，并以作为快速独立分量分析FastICA算法中不动点迭代的基本公式，迭代获得3个权矢量w_p1、w_p2和w_p3；

其中，g(·)表示负熵估计函数中非二次函数G(·)的导数；

S3d：将所述3个权矢量w_p1、w_p2和w_p3分别与所述白化信号相乘，得到3个独立分量信号y₁、y₂和y₃；

S4：利用所述3个独立分量信号对所述回波信号矩阵进行3次时域干扰相消，得到3个第二回波信号；其中，每次时域干扰相消分别消除所述3个独立分量信号中的1个独立分量信号，得到对应的1个第二回波信号，每次时域干扰相消所消除的独立分量信号不同；

其中，步骤S4具体包括如下子步骤：

S4a：利用所述3个独立分量信号中的第k个独立分量信号y_k，构造得到第二正交投影矩阵w_k＝(y_k ^Hy_k)^-1y_k ^H；其中，k分别取1、2以及3；

S4b：利用所述第二正交投影矩阵w_k对所述回波信号矩阵进行时域干扰相消，以消除所述第k个独立分量信号y_k，获得第二回波信号式中，S_sur表示回波信号矩阵；

S5：对每个第二回波信号与所述参考信号作距离-多普勒二维相关，得到3个相关矩阵；利用每个相关矩阵进行目标检测，其中能够获得目标信息的相关矩阵对应的第二回波信号即为所求的消除同频干扰后的回波信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括如下子步骤：

S2a：分别对所述参考信号以及M个回波信号进行分段，得到所述参考信号的B段分段信号以及每个回波信号的B段分段信号；其中，B为正整数，N为所述参考信号及所述回波信号的信号长度；

S2b：利用所述参考信号的第i段分段信号构造与其对应的子空间矩阵

其中，i取1到B之间的所有整数值，表示参考信号的第i段分段信号，分别表示将参考信号的第i段分段信号延迟1个时延单元、2个时延单元、…(p-1)个时延单元后的信号，p＝l+1，l表示回波信号中多径干扰的时延单元个数，l≥1；

S2c：利用所述子空间矩阵构造第一正交投影矩阵进而利用所述第一正交投影矩阵w_i对第j个回波信号的第i段分段信号进行时域干扰相消，得到消除直达波信号及多径信号后的第i段分段信号其中，j取1到M之间的所有整数值；

S2d：对所述M个回波信号的消除直达波信号以及多径信号后的B段分段信号进行拼接，得到M个第一回波信号；

S2e：利用所述M个第一回波信号构造得到回波信号矩阵其中，分别表示M个第一回波信号中的第1个第一回波信号、第2个第一回波信号、…第M个第一回波信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S5中，所述对每个第二回波信号与所述参考信号作距离-多普勒二维相关，得到3个相关矩阵，包括：

利用预存的计算式：对每个第二回波信号与所述参考信号作距离-多普勒二维相关，得到3个相关矩阵ξ¹[m,q]、ξ²[m,q]以及ξ³[m,q]；其中，k分别取1、2以及3，表示第k个第二回波信号，S_ref[n]表示参考信号，S_ref[n-m]表示将参考信号S_ref[n]延迟q个时延单元后的信号，n表示采样次数，m表示时延单元，*表示共轭运算，q表示多普勒频移单元，K表示信号长度。