CN106501780B - 一种双极化自适应抗干扰滤波方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷达极化抗干扰领域，特别是一种双极化雷达对抗极化捷变有源干扰的滤波方法，包括：在t_n‑N，...t_n‑1，t_n，t_n+1，...t_n+N时刻，双极化雷达的六个通道分别接收到电磁波信号x(t_n‑N)，...x(t_n‑，)，x(t_n)，x(t_n+1)，...x(t_n+N)；自适应地计算极化滤波加权系数矩阵；根据加权系数矩阵对接收的电磁波信号进行滤波；选择最优滤波结果信号。本发明的极化滤波方法不需要知道有源干扰的种类、数量、组合方式、极化特性等先验知识，可以根据实际场景自适应获得滤波的加权系数矩阵，并通过极化滤波获得适用于雷达在有源干扰条件下进行目标检测和跟踪的最佳滤波结果信号。

Description

一种双极化自适应抗干扰滤波方法

技术领域

本发明涉及雷达极化抗干扰领域，特别是双极化雷达对抗极化捷变有源干扰的滤波方法。

背景技术

有源干扰是雷达系统所受到的主要干扰形式，它能够主动发射干扰电磁波，使雷达所接收到目标回波的同时混杂大量的有源干扰信号，从而达到干扰雷达正常搜索、检测、跟踪目标的目的。随着电子技术的发展，有源干扰的威力越来越大，并且已由传统的固定极化方式发展到具有极化捷变功能，能够根据雷达电磁波的极化形式发射相应的极化波对雷达进行干扰，它已经严重影响到了雷达的生存。传统的极化滤波方法只能对抗固定极化的有源干扰，对具有极化捷变功能的有源干扰的滤波效果不好，不能有效地消除有源干扰电磁波信号对雷达正常工作的影响。

参见图1，图中给出了雷达在遭遇有源干扰情况下电磁环境的示意图，其中雷达正在照射的波束内有一个目标，那么目标就会反射雷达电磁波，同时电子干扰飞机中的有源干扰发射机也在向雷达发射有源干扰电磁波，就会使雷达同时接收到目标反射回波和有源干扰电磁波，从而影响目标的检测和跟踪。

有源干扰的种类包括有源欺骗干扰和有源压制干扰。有源欺骗干扰能够产生类似于目标反射回波的电磁波信号，从而形成虚假目标，使雷达检测到或跟踪上假目标；有源压制干扰能够产生强噪声干扰电磁波信号，使真正的目标反射回波信号淹没在其中，从而导致目标无法被检测或跟踪。总之由于有源干扰的存在，使得雷达难以从所接收到的回波信号中正确解析出目标相对雷达的斜距、方位角、俯仰角等参数，进一步影响目标的检测、跟踪和对目标身份的识别等雷达功能的实现。

发明内容

本发明一种基于双极化雷达的自适应抗有源干扰滤波方法，该方法不需要知道有源干扰的种类、数量、组合方式、极化特性等先验知识，可以根据实际场景自适应获得滤波的加权系数矩阵，从而通过极化滤波获得适用于雷达在有源干扰条件下进行目标检测与跟踪的最佳滤波结果信号。

根据本发明的基于双极化雷达的自适应抗有源干扰滤波方法，该方法包括如下步骤。

步骤1:在t_n-N，...t_n-1，t_n，t_n+1，...t_n+N时刻，通过六个通道双极化雷达接收的电磁波信号为：x(t_n-N)，...x(t_n-1)，x(t_n)，x(t_n+1)，...x(t_n+N)；

步骤2：自适应计算滤波加权系数矩阵；

步骤3：根据滤波加权系数矩阵对接收的电磁波信号进行极化滤波；

步骤4：选择最优滤波结果。

根据本发明的实施例，所述步骤2通过以下步骤来实现:

步骤21：计算t_n-N时刻至t_n-1时刻内所接收信号矩阵的自相关系数的平均值R_xE，并计算t_n-N时刻至t_n-1时刻内所接收信号矩阵与垂直极化和信号的互相关系数的平均值R_xx1E，其中上标T表示矩阵的转置，上标*表示矩阵的伴随矩阵；

步骤22：计算t_n+1时刻至t_n+N时刻内所接收信号矩阵的自相关系数的平均值R_xL，并计算t_n+1时刻至t_n+N时刻内所接收信号矩阵与垂直极化和信号的互相关系数的平均值R_xx1L，其中上标T表示矩阵的转置，上标*表示矩阵的伴随矩阵；

步骤23：根据自相关系数与互相关系数获得极化滤波的三个滤波加权系数矩阵和

其中H＝[1 -1 -1 -1 -1 -1]^T。

根据本发明的实施例，所述步骤3通过加权系数矩阵与接收的电磁波信号相乘进行极化滤波，得到滤波信号为：

根据本发明的实施例，所述步骤4根据下式选择适用于雷达在有源干扰条件进行目标检测与跟踪的最佳滤波结果信号:

其中P_E(t_n)＝|y_E(t_n)|²、P_L(t_n)＝|y_L(t_n)|²，选择判断的阈值为ε＝0.09。

本发明的基于双极化雷达的自适应抗干扰滤波方法不需要知道有源干扰的种类、数量、组合方式、极化特性等先验知识，可以根据实际场景自适应获得滤波的加权系数矩阵，并通过极化滤波获得适用于雷达在有源干扰条件进行目标检测与跟踪的最佳滤波结果信号。该方法不仅适用于固定极化的有源干扰，特别是适用于具有极化捷变能力的有源干扰，并且对雷达主瓣波束内有多个有源干扰源同时存在的情况也具有良好的极化滤波效果。该算法普适性好，鲁棒性强，对各种场景中的有源欺骗干扰和压制干扰均有良好的抗干扰效果，能够提高监视和制导雷达在有源干扰条件下检测和跟踪性能。

附图说明

图1是雷达遭遇有源干扰示意图

图2是本发明滤波方法流程图；

图3是本发明滤波方法的测试结果图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

双极化雷达是一种垂直极化发射且垂直极化和水平极化同时接收的雷达系统，它的垂直和水平极化形式的接收通道均能获得和、方位差和俯仰差回波信号。那么t_n时刻雷达获得的六个通道电磁波回波信号可以用矩阵x(t_n)表示，其中x₁(t_n)、x₂(t_n)、x₃(t_n)、x₄(t_n)、x₅(t_n)、x₆(t_n)分别表示垂直极化和、水平极化和、垂直极化方位差、水平极化方位差、垂直极化俯仰差、水平极化俯仰差六个通道所接收到的回波信号。

在有源干扰情况下，雷达所接收到的电磁波信号既包括目标所反射的雷达发射的电磁波信号也包括有源干扰所发射的干扰电磁波信号，因此六个通道所接收到的信号可分别描述为：

x₁(t_n)＝S(t_n)+∑J_i(t_n)+N₁(t_n)

x₂(t_n)＝p_IS(t_n)+∑a_iJ_i(t_n)+N₂(t_n)

x₃(t_n)＝D_A(t_n)+∑b_iJ_i(t_n)+N₃(t_n)

x₄(t_n)＝fD_A(t_n)+∑c_iJ_i(t_n)+N₄(t_n)

x_s(t_n)＝D_E(t_n)+∑d_iJ_i(t_n)+N₅(t_n)

x₆(t_n)＝gD_E(t_n)+∑e_iJ_i(t_n)+N₆(t_n)

其中S(t_n)表示垂直极化和通道接收到的目标反射回波信号，J_i(t_n)表示垂直极化和通道接收到的第i个有源干扰发射机发射的干扰电磁波信号，N₁(t_n)、N₂(t_n)、N₃(t_n)、N₄(t_n)、N₅(t_n)、N₆(t_n)表示对应通道的噪声信号，p_I表示目标的交叉极化比，a_i、b_i、c_i、d_i、e_i分别表示对应通道相对垂直极化和通道接收到的第i个有源干扰发射机发射的干扰电磁波信号的接收系数，D_A(t_n)和D_E(t_n)分别表示垂直极化方位差和俯仰差通道所接收到的目标反射回波信号，f、g分别表示水平极化方位差和俯仰差通道相对垂直极化对应通道所接收到的目标反射回波信号的接收系数。

参阅图2，本发明所述的双极化自适应抗干扰滤波方法可通过以下六个步骤来完成。

步骤1：由双极化雷达获得t_n-N，…t_n-1，t_n，t_n+1，…t_n+N时刻六个通道分别接收到的电磁波信号x(t_n-N)，...x(t_n-1)，x(t_n)，x(t_n+1)，...x(t_n+N)。

步骤2：根据六个通道获得的电磁波信号，计算t_n-N时刻至t_n-1时刻内所接收信号矩阵的自相关系数的平均值R_xE，并计算t_n-N时刻至t_n-1时刻内所接收信号矩阵与垂直极化和信号的互相关系数的平均值R_xx1E。其中上标T表示矩阵的转置，上标*表示矩阵的伴随矩阵。

步骤3：根据六个通道获得的电磁波信号，计算t_n+1时刻至t_n+N时刻内所接收信号矩阵的自相关系数的平均值R_xL，并计算t_n+1时刻至t_n+N时刻内所接收信号矩阵与垂直极化和信号的互相关系数的平均值R_xx1L。其中上标T表示矩阵的转置，上标*表示矩阵的伴随矩阵。

步骤4：根据自相关系数与互相关系数确定极化滤波的加权系数矩阵。根据自相关系数与互相关系数求得W_E、W_L、W₀，它们是三个6×1矩阵，可知它们的第一行元素值均为1，那么令其第一元素不变，其余元素均×-1,即是均与矩阵H＝[1 -1 -1 -1 -1 -1]^T点乘，那么可获得极化滤波的三个加权系数矩阵和如下面公式所示。

步骤5：对接收信号进行极化滤波。通过上述加权系数矩阵对接收信号进行极化滤波，可得三个滤波结果信号。

步骤6：最佳滤波结果信号的选择。令P_E(t_n)＝|y_E(tn)|²、P_L(t_n)＝|y_L(t_n)|²、ε＝0.09，根据下式选择适用于雷达在有源干扰条件下进行目标检测与跟踪的最佳滤波结果信号。

根据本发明的双极化自适应滤波方法，可以有效地抑制有源干扰。参阅图3，图中(1)是在有源干扰条件下双极化雷达的垂直极化和通道所接收到的回波信号，图(2)是此时水平极化和通道所接收到的回波信号，图(3)是经过本发明的双极化自适应抗干扰滤波方法后所得到的回波信号。可以看到干扰得到很好的抑制，而目标回波信号却能有效保留，说明本发明的双极化自适应抗干扰滤波方法对抗有源干扰非常有效。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (3)

1.一种双极化自适应抗干扰滤波方法，包括如下步骤：

步骤1:在t_n-N，...t_n-1，t_n，t_n+1，...t_n+N时刻，双极化雷达六个通道接收的电磁波信号为：x(t_n-N)，...x(t_n-1)，x(t_n)，x(t_n+1)，...x(t_n+N)；

步骤2：自适应计算滤波加权系数矩阵；

步骤3：根据滤波加权系数矩阵对接收的电磁波信号进行极化滤波；

步骤4：选择最优滤波结果；

其中，所述步骤2通过以下步骤来实现:

步骤21：计算t_n-N时刻至t_n-1时刻内所接收信号矩阵的自相关系数的平均值R_xE，并计算t_n-N时刻至t_n-1时刻内所接收信号矩阵与垂直极化和信号的互相关系数的平均值R_xx1E，其中上标T表示矩阵的转置，上标*表示矩阵的伴随矩阵；

步骤22：计算t_n+1时刻至t_n+N时刻内所接收信号矩阵的自相关系数的平均值R_xL，并计算t_n+1时刻至t_n+N时刻内所接收信号矩阵与垂直极化和信号的互相关系数的平均值R_xx1L，其中上标T表示矩阵的转置，上标*表示矩阵的伴随矩阵；

步骤23：根据自相关系数的平均值与互相关系数的平均值获得极化滤波的三个滤波加权系数矩阵和

其中H＝[1 -1 -1 -1 -1 -1]^T，

2.如权利要求1所述的双极化自适应抗干扰滤波方法，所述步骤3通过滤波加权系数矩阵对接收的电磁波信号相乘进行滤波，得到滤波信号为：

。

3.如权利要求1所述的双极化自适应抗干扰滤波方法，所述步骤4根据下式选择最佳滤波结果:

其中P_E(t_n)＝|y_E(t_n)|²、P_L(t_n)＝|y_L(t_n)|²，选择判断的阈值为ε＝0.09。