CN106338714A - Pri间恒定极化有源假目标鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种PRI间恒定极化有源假目标鉴别方法。技术方案是对雷达H通道、V通道接收到的两路复信号数据序列数据首先要进行匹配滤波，再进行非相参积累和检测，然后，对检测结果中的每个采样位置提取其极化特征，进而利用该极化特征对该位置的真、假目标属性进行鉴别。本发明采用相位分集分时发射变极化体制，仅需在PRI间改变两个正交极化通道发射信号的相对相位，相比于同时发射多极化体制，其发射波形、信号处理均更为简单，且可以以满功率进行发射，提高了雷达发射功率的利用效率。依据本发明进行设计、改造的工程代价较小，实现难度较低。

Description

PRI间恒定极化有源假目标鉴别方法

技术领域

本发明属于雷达抗干扰技术领域，主要解决雷达对有源假目标干扰的鉴别问题。

背景技术

有源假目标干扰是一种重要的雷达欺骗干扰，通过模拟目标特征并发射假目标信号，使雷达出现虚假目标以扰乱情报雷达对空情态势的掌握，或破坏雷达目标跟踪以扰乱跟踪制导雷达对目标的跟踪。

先进的有源假目标干扰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(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并剔除有源假目标干扰。然而，有源假目标与雷达目标在极化域普遍存在着物理差异，基于极化域特征差异鉴别有源假目标干扰已成为一条重要的技术途径。

现有大多数有源假目标干扰的极化状态在PRI(Pulse Repeated Interval，脉冲重复周期)间是保持恒定的，称之为PRI间恒定极化假目标干扰。对于这类干扰，可通过在PRI间进行发射极化捷变，进而利用目标回波极化在PRI间的多样性与假目标信号在PRI间的极化单一性进行鉴别。即对于PRI间恒定极化假目标干扰的极化鉴别，一般需依赖于发射变极化体制。

发明内容

本发明针对PRI间恒定极化假目标干扰，提出了一种基于相位分集分时变极化体制的假目标鉴别方法：通过在PRI间改变极化通道之间的相对相位实现发射极化捷变，进而提取接收信号在PRI间极化状态变化特征进行假目标鉴别。该体制仅需对发射波形的初始相位进行调制而无需对其幅度进行调制，使得雷达可以以饱和功率进行发射，从而可以更为有效地利用发射功率进行探测。基于该体制的有源假目标鉴别方法，还未见有文献报道。

本发明的技术方案是，一种PRI间恒定极化有源假目标鉴别方法，已知：雷达采用正交双极化天线，不失一般性，设为H(Horizontal，水平)极化、V(Vertical，垂直)极化，雷达的H极化通道、V极化通道同时发射、同时接收信号；H极化通道、V极化通道发射信号分别为s(t)和 为两个通道发射信号的相对相位，m为PRI序号，M为PRI数目，亦是相位分集数，一般大于2；

设雷达接收到的H极化通道和V极化通道的复信号数据序列分别为x_H,m(n)、x_V,m(n)，n＝1,…,N，N为一个PRI内的采样点数；其特征在于，对x_H,m(n)、x_V,m(n)按下述步骤进行处理：

第一步，匹配滤波。

依据下式计算H极化通道、V极化通道第m个PRI的匹配滤波输出信号y_H,m(n)、y_V,m(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(ω)为雷达匹配滤波参考波形的频谱。

第二步，非相参积累与目标检测。

本步骤中对M个脉冲周期H、V通道的匹配滤波输出信号进行非相参积累，然后进行目标检测。

其中，非相参积累得到合成包络信号z(n)的过程如下：

$z\left(n\right)=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\left\{\right|y_{H,m}\left(n\right)|+|y_{V,m}\left(n\right)\left|\right\},n=1,...,N$

目标检测由CFAR(Constant false alarm rate，恒虚警检测)完成，特别地，优先采用CA-CFAR(Cell averaging-Constant false alarm rate，简称单元平均恒虚警检测)。

设对z(n)中所有点进行CFAR处理后，共得到K个目标，第k个目标对应的位置为T_k，k＝1,…,K。

第三步，极化特征提取。

利用下式计算第k个目标的第m个PRI的极化比ρ_m(T_k)：

${\mathrm{\ρ}}_m\left(T_k\right)=\frac{y_{V,m}\left(T_k\right)}{y_{H,m}\left(T_k\right)},R_m\left(T_k\right)=real\[{\mathrm{\ρ}}_m\left(T_k\right)\],I_m\left(T_k\right)=imag\[{\mathrm{\ρ}}_m\left(T_k\right)\],m=1,...,M---\left(1\right)$

其中，real[·]为取实部，imag[·]为取虚部。

对第k个目标，计算均值

${\stackrel{\‾}{R}}_k=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{R}_m\left(T_k\right),{\stackrel{\‾}{I}}_k=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{I}_m\left(T_k\right),k=1,...,K$

利用下式计算第k个目标对应的第m个PRI的鉴别特征量和

$d_k^R\left(m\right)=|R_m\left(T_k\right)-{\stackrel{\‾}{R}}_k|,d_k^I\left(m\right)=|I_m\left(T_k\right)-{\stackrel{\‾}{I}}_k|,m=1,\mathrm{...},M$

第四步，极化特征鉴别。

首先确定鉴别门限。鉴别门限D根据下式确定：

$D=\mathrm{\η}\·\sqrt{\frac{{{\mathrm{M\σ}}_V}^2}{\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{\left|y_{H,m}\left(T_k\right)\right|}^2}}$

其中，可看作是假目标干扰情况下集合{R_m(T_k)}、{I_m(T_k)}的正态分布方差，σ_V ²为V通道接收噪声功率，通过对匹配滤波后纯噪声数据的方差估计得到；η根据实际情况确定，一般取3，此时有源假目标正确鉴别概率不小于99.7％(由统计学上关于正态分布的“3σ准则”给出)。

其次，根据鉴别门限D对第k个目标进行鉴别：

1).当鉴别特征量集合和的每一个元素均小于门限D时，判定第k个目标为有源假目标；

2).当鉴别特征量集合或中存在任意一个元素大于门限D时，则判定第k个目标为真实雷达目标。

本发明的技术效果：

一、应用前景广。本发明针对的是PRI间恒定极化假目标干扰，适用对象主要是单极化天线干扰机产生的假目标干扰，干扰形式包括假目标干扰、距离波门拖引干扰等，这些干扰是当前雷达面临的主要的欺骗干扰威胁，因此，本发明对于提高雷达在欺骗干扰威胁中的探测能力具有重要意义。

二、工程代价小、实现难度低。本发明采用相位分集分时发射变极化体制，仅需在PRI间改变两个正交极化通道发射信号的相对相位，相比于同时发射多极化体制，其发射波形、信号处理均更为简单，且可以以满功率进行发射，提高了雷达发射功率的利用效率。依据本发明进行设计、改造的工程代价较小，实现难度较低。

附图说明

图1为本发明所提方法的信号处理流程示意图；

图2为利用本发明所提方法对PRI间恒定极化假目标进行鉴别处理的效果；

图3为利用本发明所提方法对真实雷达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为本发明所提方法的信号处理流程示意图。如图所示，雷达H通道、V通道接收到的两路复信号数据序列数据首先要进行匹配滤波，再进行非相参积累和检测，然后，对检测结果中的每个采样位置提取其极化特征，进而利用该极化特征对该位置的真、假目标属性进行鉴别。

图2为利用本发明所提方法对PRI间恒定极化假目标进行鉴别处理的效果。已知：雷达采用相位分集分时变极化体制，相位分集数M＝4，相对相位分别取值为0、π、雷达发射信号脉冲宽度为100us，带宽为1MHz；有源假目标的数量为1，其极化状态的Jones矢量为图2的横坐标表示鉴别特征量的序号，纵轴为鉴别特征量数值，“*”表示鉴别特征量，“o”表示鉴别门限。如图所示，鉴别特征量共有8个点，表示M＝4情况下对应的8个鉴别特征量。由于8个鉴别特征量均低于鉴别门限，因此该信号被判为假目标目标，鉴别正确。

图3为利用本发明所提方法对真实雷达目标进行鉴别处理的效果。本试验中雷达参数设置与图2所示的试验相同。雷达目标的极化散射矩阵设置为与图2类似，横坐标表示鉴别特征量的序号，纵轴为鉴别特征量数值，“*”表示鉴别特征量，“o”表示鉴别门限。图中，鉴别特征量共有8个点，表示M＝4情况下对应的8个鉴别特征量。如图所示，8个鉴别特征量中，共有6个值超过了鉴别门限，根据鉴别准则，该信号被判为目标，鉴别正确。

Claims (1)

1.一种PRI间恒定极化有源假目标鉴别方法，PRI是指脉冲重复周期，已知：雷达采用正交双极化天线，设为H极化、V极化，雷达的H极化通道、V极化通道同时发射、同时接收信号；H极化通道、V极化通道发射信号分别为s(t)和 为两个通道发射信号的相对相位，m为PRI序号，M为PRI数目；

设雷达接收到的H极化通道和V极化通道的复信号数据序列分别为x_H,m(n)、x_V,m(n)，n＝1,…,N，N为一个PRI内的采样点数；

其特征在于，对x_H,m(n)、x_V,m(n)按下述步骤进行处理：

第一步，匹配滤波：

依据下式计算H极化通道、V极化通道第m个PRI的匹配滤波输出信号y_H,m(n)、y_V,m(n)：

y_V,m(n)＝IFFT[FFT[x_V,m(n)]·U(ω)]

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(ω)为雷达匹配滤波参考波形的频谱；

第二步，非相参积累与目标检测：

利用下式计算合成包络信号z(n)：

$z\left(n\right)=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\left\{\right|y_{H,m}\left(n\right)|+|y_{V,m}\left(n\right)\left|\right\}$

对z(n)中所有点进行目标检测处理，设共得到K个目标，第k个目标对应的位置为T_k，k＝1,…,K；

第三步，极化特征提取：

利用下式计算第k个目标的第m个PRI的极化比ρ_m(T_k)：

${\mathrm{\ρ}}_m\left(T_k\right)=\frac{y_{V,m}\left(T_k\right)}{y_{H,m}\left(T_k\right)},R_m\left(T_k\right)=real\[{\mathrm{\ρ}}_m\left(T_k\right)\],I_m\left(T_k\right)=imag\[{\mathrm{\ρ}}_m\left(T_k\right)\]$

其中，real[·]为取实部，imag[·]为取虚部；

对第k个目标，计算均值

${\stackrel{\‾}{R}}_k=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{R}_m\left(T_k\right),{\stackrel{\‾}{I}}_k=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{I}_m\left(T_k\right)$

利用下式计算第k个目标对应的第m个PRI的鉴别特征量和

$d_k^R\left(m\right)=|R_m\left(T_k\right)-{\stackrel{\‾}{R}}_k|,d_k^I\left(m\right)=|I_m\left(T_k\right)-{\stackrel{\‾}{I}}_k|$

第四步，极化特征鉴别：

利用下式计算鉴别门限D：

$D=\mathrm{\η}\·\sqrt{\frac{{{\mathrm{M\σ}}_V}^2}{\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}|y_{H,m}\left(T_k\right){|}^2}}$

其中，σ_V ²为V通道接收噪声功率，η根据实际情况确定；

根据鉴别门限D对第k个目标进行鉴别：

当鉴别特征量集合和的每一个元素均小于门限D时，判定第k个目标为有源假目标；当鉴别特征量集合或中存在任意一个元素大于门限D时，则判定第k个目标为真实雷达目标。