CN106249212B - 主瓣压制干扰背景下有源假目标的极化鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主瓣压制干扰背景下有源假目标的极化鉴别方法。技术方案包括：利用雷达的H极化通道、V极化通道接收信号，经过同步采样后，首先按照子脉冲波形进行匹配滤波，对其输出两路信号进行干扰极化估计与极化对消，对输出的一路信号采用M点滑窗方法实现非相参积累，进而采用CFAR方法实现目标检测，对检测出的采样位置提取目标特征，并利用该特征进行真、假目标属性的鉴别。本发明采用雷达采用发射变极化方式，能够通过提取信号幅度变化特征进行有源假目标鉴别。

Description

主瓣压制干扰背景下有源假目标的极化鉴别方法

技术领域

本发明属于雷达抗干扰技术领域，主要解决雷达在主瓣压制干扰背景下对有源假目标的鉴别问题。

背景技术

压制干扰一般是通过施放大功率噪声(或类噪声)信号形成强干扰，以淹没对方雷达接收机中的目标回波信号，实现对雷达目标检测环节的扰乱和破坏。主瓣压制干扰是从雷达主瓣进入的压制干扰，这类干扰与雷达目标方向相同或相近，在雷达探测目标时从雷达天线主瓣进入雷达接收机，因而接收增益相对更大(比旁瓣干扰平均大约30～40dB)，威胁更为严重。对于主瓣压制干扰，目前主要采用极化域处理来进行抑制，如自适应极化对消技术(Adaptive Polarization Canceller,APC)等。

有源假目标干扰是一种重要的雷达欺骗干扰，通过模拟目标特征的虚假目标信号，使雷达出现虚假航迹、虚假空情等现象，扰乱对空情报雷达对空情态势的掌握，或扰乱跟踪制导雷达对目标的跟踪，是现代军用雷达面临的重要挑战。由于先进的有源假目标干扰信号能够做到与目标回波信号在波形调制、重复周期、多普勒频率、航迹以及RCS(RadarCross section，雷达散射截面积)起伏特性等方面几乎完全一致，雷达难以利用时域、频域、空域、调制域的特征差异来鉴别有源假目标干扰，而基于极化域特征差异鉴别有源假目标干扰的方法近年来逐步受到重视，先后发展出针对不同极化捷变特征有源假目标的极化域鉴别技术。

然而，在实际中，雷达面临的干扰环境往往以更为复杂的组合干扰形式出现，压制干扰与欺骗干扰的组合是雷达面临的重要干扰环境，一种重要的形式就是主瓣压制干扰与有源假目标干扰的组合，其实质是使雷达在低信干噪比(SINR，Signal InterferenceNoise Ratio，即信号与干扰、噪声的功率比)条件下难以准确鉴别假目标，进而难以关联、跟踪真实目标。

发明内容

本发明的目的是提出一种主瓣压制干扰背景下有源假目标的鉴别方法，本发明能够在主瓣压制干扰与有源假目标干扰同时存在的情况下，对有源假目标进行鉴别。

本发明的技术方案是，一种主瓣压制干扰背景下有源假目标的极化鉴别方法，雷达采用正交双极化通道同时发射信号，其特征在于：

雷达发射信号按照下述方式构造(如图1所示)：H(Horizontal，水平)极化通道、V(Vertical，垂直)极化通道同时发射；发射脉冲由M个无缝连接的子脉冲构成，M大于2，每个子脉冲波形均为s(t)，子脉冲宽度均为Δt；第m个子脉冲信号在H极化通道、V极化通道上的相对相位为 采用均匀分集方式设定，即m为子脉冲序号，m＝1,…,M。

发射信号的矢量表达式为：

其中分别表示H极化通道和V极化通道发射矢量。

然后，再进行下述处理：

第一步，信号同步接收。

雷达采用正交双极化通道同时接收信号。设经过同步采样，得到两个极化通道的复信号数据序列x_H(n)、x_V(n)，n＝1,…,N，N为一个脉冲重复周期内的采样点数，N的取值根据实际情况确定。

第二步，子脉冲匹配滤波。

依据下式分别计算H极化通道、V极化通道匹配滤波输出信号y_H(n)、y_V(n)：

y_H(n)＝IFFT[FFT[x_H(n)]·U(n)]

y_V(n)＝IFFT[FFT[x_V(n)]·U(n)]

上式中，FFT[]表示信号的傅里叶变换，IFFT[]表示信号的傅里叶反变换；U(n)是对子脉冲信号s(t)进行N点傅里叶变换得到的频谱。

第三步，极化对消。

首先，截取辅助数据：分别截取y_H(n)、y_V(n)后段L个点作为H极化通道和V极化通道的辅助数据。其中，L是根据雷达面临的杂波环境事先确定的，确定原则是要求两个极化通道辅助数据中的平均杂噪比(CNR，Clutter Noise Ratio，即杂波噪声的功率比)小于事先设定的数值。

其次，干扰极化对消：首先要分别计算H极化通道、V极化通道辅助数据的方差；

将H极化通道、V极化通道辅助数据的方差进行比较：

如果H极化通道辅助数据方差大，则按下式计算极化对消输出信号y(n)：

y(n)＝y_V(n)-ω·y_H(n)

如果V极化通道辅助数据方差大，则按下式计算极化对消输出信号y(n)：

y(n)＝y_H(n)-ω·y_V(n)

上述计算的ω是极化对消系数。

第四步，滑窗检测。

对极化对消输出信号y(n)进行滑窗积累，得到信号z(n)的过程如下：

其中，ΔN为子脉冲宽度Δt对应的采样点数，根据实际情况确定。

利用CFAR(Constant false alarm rate，恒虚警检测)对z(n)进行目标检测，设共得到K个目标，第k个目标在z(n)中对应的位置为T_k，k＝1,…,K。

第五步，特征鉴别。

首先，对第k个目标，计算R_m(T_k)和I_m(T_k)：

R_m(T_k)＝real[y(T_k+(m-1)·ΔN)]，I_m(T_k)＝imag[y(T_k+(m-1)·ΔN)]，

k＝1,…,K，m＝1,…,M (2)

其中，imag[·]为取虚部运算，real[·]为取实部运算。

对第k个目标，计算均值

其次，利用下式计算第k个目标对应的鉴别特征量d_R-k(m)和d_I-k(m)：

上述公式表明，每个目标的鉴别特征量有2×M个；鉴别特征量代表{R_m(T_k)}与均值的距离，或者{I_m(T_k)}与的距离。理论证明，如果目标为假目标，则{R_m(T_k)}、{I_m(T_k)}服从正态分布。

再次，利用下式计算鉴别门限D：

其中，为H极化通道、V极化通道接收噪声功率的估计，通过对子脉冲匹配滤波后纯噪声数据的方差统计得到；η根据实际情况确定，一般取η＝3，此时有源假目标正确鉴别概率不小于99.7％。

最后，根据鉴别门限D对第k个目标进行鉴别(k＝1,…,K)：

1).如果所有鉴别特征量d_R-k(m)和d_I-k(m)(m＝1,…,M)均小于门限D，则判定第k个目标为有源假目标；

2).如果鉴别特征量d_R-k(m)或d_I-k(m)(m＝1,…,M)中存在大于门限D的情况，则判定第k个目标为真实雷达目标。

本发明的技术效果：雷达采用正交双极化通道同时接收信号，能够通过通道间数字加权合成(即第三步中计算极化对消信号)实现主瓣干扰抑制；雷达采用发射变极化方式，能够通过提取信号幅度变化特征(即第五步计算鉴别特征量)进行有源假目标鉴别，实现很高的鉴别率。本发明提出的主瓣压制干扰背景下有源假目标的鉴别方法，对于提升防空反导雷达在复杂干扰环境中的探测能力，具有重要作用。

附图说明

图1为本发明涉及的雷达发射信号示意图；

图2为本发明所提方法中涉及的信号处理流程示意图；

图3为采用本发明所提方法后，实体雷达目标和有源假目标信号的鉴别特征量随发射极化的变化曲线图；

图4为利用本发明所提方法在压制噪声干扰背景下，对实体雷达目标和有源假目标进行鉴别处理的效果。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

图1为本发明涉及的雷达发射信号示意图。图中，H通道、V通道分别表示雷达的H极化发射通道和V极化发射通道，两个通道的发射信号均由M个无缝连接的子脉冲(图中矩形框表示)构成，子脉冲波形均为s(t)、宽度均为Δt，H极化发射通道、V极化发射通道的发射信号在第m个子脉冲上的相对相位差为m＝1,…,M。

图2为本发明所提方法中涉及的信号处理流程示意图。如图所示，H极化通道、V极化通道接收信号经过同步接收后，首先按照子脉冲波形进行匹配滤波，对其输出两路信号进行干扰极化估计与极化对消，对输出的一路信号采用M点滑窗方法实现非相参积累，进而采用CFAR方法实现目标检测，对检测出的采样位置提取目标特征，并利用该特征进行真、假目标属性的鉴别。

图3为经本发明所提方法处理后，实体雷达目标和有源假目标的特征鉴别量随发射极化的变化曲线图。仿真中参数设置如下：

a).雷达采用相位分集准同时变极化体制，相位分集数、子脉冲个数M＝8，相对相位分别取值为0、

b).雷达发射信号脉冲宽度为100us，带宽为1MHz，载频为10GHz；

c).有源假目标干扰机发射天线极化状态的Jones矢量为

d).噪声压制干扰机发射天线极化状态的Jones矢量为

e).雷达目标的极化散射矩阵设置为

图中，横轴有8个点，表示8种发射极化对应的8个峰值(子脉冲匹配滤波后)，纵轴为实部和虚部的取值；“△”表示实体目标，“○”表示有源假目标；左图为鉴别特征量d_R-k(m)(m＝1,…,M)，右图为鉴别特征量d_I-k(m)(m＝1,…,M)。如图所示，实体目标对应的鉴别特征量d_R-k(m)和d_I-k(m)随着发射极化变化而起伏，而有源假目标对应的鉴别特征量d_R-k(m)和d_I-k(m)保持恒定，这种差异为鉴别提供了基础。

图4为利用本发明所提方法在压制噪声干扰背景下，对实体雷达目标和有源假目标进行鉴别处理的效果，其仿真参数设置同图3。上图为对有源假目标的正确鉴别率，图中横轴为“干噪比”(即子脉冲匹配滤波及滑窗积累后，假目标干扰功率与噪声功率的比值)，单位为dB，纵轴为被正确判定为“假目标”的概率，由图可见，对有源假目标的正确鉴别率较高，约为98％以上，且与干噪比无关。下图为对实体雷达目标的正确鉴别率，图中横轴为“信噪比”(即子脉冲匹配滤波及滑窗积累后，目标信号功率与噪声功率的比值)，单位为dB，纵轴为被正确判定为“目标”的概率，由图可见，对实体雷达目标的正确鉴别率随信噪比的增大而迅速增高，当信噪比超过7dB时，鉴别率超过90％，而当信噪比超过10dB时，鉴别率达到100％。

Claims (1)

1.一种主瓣压制干扰背景下有源假目标的极化鉴别方法，雷达采用正交双极化通道同时发射信号，其特征在于：

雷达发射信号按照下述方式构造：H极化通道、V极化通道同时发射，H极化通道是指水平极化通道，V极化通道是指垂直极化通道；发射脉冲由M个无缝连接的子脉冲构成，M大于2，每个子脉冲波形均为s(t)，子脉冲宽度均为Δt；第m个子脉冲信号在H极化通道、V极化通道上的相对相位为m为子脉冲序号，m＝1,…,M；

发射信号的矢量表达式为：

其中分别表示H极化通道和V极化通道发射矢量；

然后，再进行下述处理：

第一步，信号同步接收：

雷达采用正交双极化通道同时接收信号；设经过同步采样，得到两个极化通道的复信号数据序列x_H(n)、x_V(n)，n＝1,…,N，N为一个脉冲重复周期内的采样点数，N的取值根据实际情况确定；

第二步，子脉冲匹配滤波：

依据下式分别计算H极化通道、V极化通道匹配滤波输出信号y_H(n)、y_V(n)：

y_H(n)＝IFFT[FFT[x_H(n)]·U(n)]

y_V(n)＝IFFT[FFT[x_V(n)]·U(n)]

上式中，FFT[]表示信号的傅里叶变换，IFFT[]表示信号的傅里叶反变换；U(n)是对子脉冲信号s(t)进行N点傅里叶变换得到的频谱；

第三步，极化对消：

首先，截取辅助数据：

分别截取y_H(n)、y_V(n)后段L个点作为H极化通道和V极化通道的辅助数据；其中，L是根据雷达面临的杂波环境事先确定的，确定原则是要求两个极化通道辅助数据中的平均杂噪比小于事先设定的数值；

其次，干扰极化对消：

首先要分别计算H极化通道、V极化通道辅助数据的方差；

将H极化通道、V极化通道辅助数据的方差进行比较：

如果H极化通道辅助数据方差大，则按下式计算极化对消输出信号y(n)：

y(n)＝y_V(n)-ω·y_H(n)

如果V极化通道辅助数据方差大，则按下式计算极化对消输出信号y(n)：

y(n)＝y_H(n)-ω·y_V(n)；

第四步，滑窗检测：

利用下式对极化对消输出信号y(n)进行滑窗积累，得到信号z(n)：

其中，ΔN为子脉冲宽度Δt对应的采样点数，根据实际情况确定；

利用CFAR恒虚警检测方法对z(n)进行目标检测，设共得到K个目标，第k个目标在z(n)中对应的位置为T_k，k＝1,…,K；

第五步，特征鉴别：

首先，对第k个目标，计算R_m(T_k)和I_m(T_k)：

R_m(T_k)＝real[y(T_k+(m-1)·ΔN)]，I_m(T_k)＝imag[y(T_k+(m-1)·ΔN)]，

其中，imag[·]为取虚部运算，real[·]为取实部运算；

对第k个目标，计算均值

其次，利用下式计算第k个目标对应的鉴别特征量d_R-k(m)和d_I-k(m)：

再次，利用下式计算鉴别门限D：

其中，为H极化通道、V极化通道接收噪声功率的估计，通过对子脉冲匹配滤波后纯噪声数据的方差统计得到；η根据实际情况确定；

最后，根据鉴别门限D对第k个目标进行鉴别：

如果所有鉴别特征量d_R-k(m)和d_I-k(m)均小于门限D，则判定第k个目标为有源假目标；

如果鉴别特征量d_R-k(m)或d_I-k(m)中存在大于门限D的情况，则判定第k个目标为真实雷达目标。