CN106338715B - 一种全极化有源假目标的鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于频率分集体制的全极化有源假目标鉴别方法。技术方案包括：雷达的H通道、V通道接收的信号经过同步采样后，首先通过数字变频滤波分离出2M个子脉冲回波信号，然后经过匹配滤波后输出2M路数据，进一步进行非相参积累和目标检测，进而，对每个检测结果提取其极化特征并进行真、假目标属性的鉴别。本发明基于频率分集体制，通过发射多频信号，利用雷达目标极化散射特性敏感于激励频率的重要特点，能够实现对雷达目标与全极化有源假目标干扰的有效区分和鉴别。

Description

一种全极化有源假目标的鉴别方法

技术领域

本发明属于雷达抗干扰技术领域，主要涉及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(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。由于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。

然而，近年来随着干扰技术的发展，已出现各种变极化假目标干扰，其中全极化有源假目标属于最为先进的有源假目标干扰之一。这类假目标干扰机一般具有双极化发射和接收能力，按照事先设定的“模拟目标”散射矩阵进行极化状态捷变，能够逼真地模拟雷达目标极化散射特性。仅基于极化域特征差异已经很难有效地鉴别该类假目标，尚未有公开文献报道过针对该类假目标的鉴别方法。

发明内容

本发明提出了一种针对全极化有源假目标的鉴别方法，该方法基于频率分集体制，利用全极化假目标信号与雷达目标回波在频域-极化域特征上的差异，进行假目标鉴别。

本发明的技术方案是，一种基于频率分集体制的全极化有源假目标鉴别方法，其特征在于：

(1)雷达采用正交双极化接收天线，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极化通道同时接收信号；

(2)雷达发射极化方式固定，发射波形由M个时域完全重叠的子脉冲波形构成，子脉冲波形均为s(t)、宽度均为Δt，子脉冲载频分别为f_m＝f₀+(m-1)·Δf，Δf为频率间隔，m为子脉冲序号，m＝1,…,M，Δf、M由所关心雷达目标的频域散射特性确定。

雷达信号处理过程包括以下步骤：

第一步，多频信号同步接收。

雷达采用正交双极化方式、以大于M·Δf的瞬时带宽接收信号，经过同步采样后，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。

第二步，数字变频滤波。

将x_H(n)、x_V(n)输入数字变频滤波器组，输出M个零中频复信号数据序列x_H,m(n)、x_V,m(n)，n＝1,…,N。

特别地，数字变频滤波器组中，各变频滤波器的混频频率、滤波器中心频率依次相差Δf，以确保输出信号均为零中频。

第三步，匹配滤波。

依据下式计算第m个子脉冲的匹配滤波输出信号y_H,m(n)和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)通过对s(t)进行补零FFT得到，补零FFT点数为N。

第四步，非相参积累与检测。

对y_H,m(n)和y_V,m(n)进行非相参积累，然后进行目标检测：

非相参积累得到合成包络信号z(n)的过程如下：

对z(n)进行目标检测，由CFAR(Constant false alarm rate，恒虚警检测)处理完成，推荐采用CA-CFAR(Cell averaging-Constant false alarm rate，简称单元平均恒虚警检测)处理。

设对z(n)中所有点进行CA-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。

第五步，极化特征提取。

对第k个目标，利用下式计算其第m个子脉冲回波的极化比ρ_m(T_k)：

k＝1,…,K，m＝1,…,M

(1)

其中，real[·]为取实部，imag[·]为取虚部。

对第k个目标，计算均值

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)：

第六步，极化特征鉴别。

首先确定鉴别门限。鉴别门限D由下式给出：

其中，在假目标干扰情况下是{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，根据门限D对第k个目标进行鉴别(k＝1,…,K)：

1).当鉴别特征量{d_R-k(m)}和{d_I-k(m)}(m＝1,…,M)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{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：

一、能够鉴别全极化有源假目标。本发明基于频率分集体制，通过发射多频信号，利用雷达目标极化散射特性敏感于激励频率的重要特点，能够实现对雷达目标与全极化有源假目标干扰的有效区分和鉴别。

二、工程代价相对较小。本发明所依赖的频率分集体制，采用固定极化发射，使得硬件成本、工程实现难度相对于发射变极化体制大为降低。

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全极化有源假目标和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，H通道、V通道接收的宽带中频信号经过信号同步接收后，首先需要通过数字变频滤波分离出2M个子脉冲回波信号，然后经过匹配滤波后输出2M路数据，进一步进行非相参积累和目标检测，进而，对每个检测结果提取其极化特征并进行真、假目标属性的鉴别。

图2为利用本发明所提方法对全极化有源假目标和真实雷达目标进行鉴别处理的效果。已知：

a).发射子脉冲波形为线性调频脉冲信号，宽度为100us，带宽为1MHz；

b).子脉冲频率间隔Δf＝20MHz，子脉冲个数M＝4；

c).雷达目标散射矩阵为：δ_HH和δ_VV均为零均值方差为1的复高斯随机变量，δ_HV＝δ_VH为零均值方差为0.1的复高斯随机变量，S随子脉冲序号、蒙特卡洛仿真次数增加而随机生成；

d).假目标干扰：模拟目标散射矩阵为δ_HH-J和δ_VV-J均为零均值方差为1的复高斯随机变量，δ_HV-J＝δ_VH-J为零均值方差为0.1的复高斯随机变量，S_J不随子脉冲序号而变化，仅随蒙特卡洛仿真次数增加而随机生成；

e).蒙特卡洛仿真100次。

图2中，横轴是信噪比/干噪比，定义为匹配滤波后M个通道信号噪声功率比或干扰噪声功率比的均值，单位为dB，纵轴为鉴别概率，单位为“％”。图中，“△”为对全极化有源假目标的鉴别率，由图可见，当干噪比大于25dB时，鉴别率大于95％，“○”为对实体雷达目标的鉴别率，由图可见，鉴别率总体上较高，当信噪比大于20dB时，鉴别率大于95％。

Claims (1)

1.一种基于频率分集体制的全极化有源假目标鉴别方法，其特征在于：

雷达采用正交双极化接收天线，H极化通道、V极化通道同时接收信号，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；

雷达发射极化方式固定，发射波形由M个时域完全重叠的子脉冲波形构成，子脉冲波形均为s(t)、宽度均为Δt，子脉冲载频分别为f_m＝f₀+(m-1)·Δf，Δf为频率间隔，m为子脉冲序号，m＝1,…,M，Δf、M由所关心雷达目标的频域散射特性确定；

雷达信号处理过程包括以下步骤：

第一步，多频信号同步接收：

雷达采用正交双极化方式、以大于M·Δf的瞬时带宽接收信号，经过同步采样后，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；

第二步，数字变频滤波：

将x_H(n)、x_V(n)输入数字变频滤波器组，输出M个零中频复信号数据序列x_H,m(n)、x_V,m(n)；

数字变频滤波器组中，各变频滤波器的混频频率、滤波器中心频率依次相差Δf；

第三步，匹配滤波：

依据下式计算第m个子脉冲的匹配滤波输出信号y_H,m(n)和y_V,m(n)：

y_H,m(n)＝IFFT[FFT[x_H,m(n)]·U(ω)]

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)通过对s(t)进行补零FFT得到，补零FFT点数为N；

第四步，非相参积累与检测：

对y_H,m(n)和y_V,m(n)进行非相参积累，得到合成包络信号z(n)：

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

第五步，极化特征提取：

对第k个目标，利用下式计算其第m个子脉冲回波的极化比ρ_m(T_k)：

其中，real[·]为取实部，imag[·]为取虚部；

对第k个目标，计算均值

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)：

第六步，极化特征鉴别：

首先确定鉴别门限；鉴别门限D由下式给出：

其中，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根据实际要求确定；

其次，根据门限D对第k个目标进行鉴别：

当鉴别特征量{d_R-k(m)}和{d_I-k(m)}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{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。