CN108318865B - 多通道sar欺骗干扰鉴别与自适应抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达技术领域，公开了一种多通道SAR欺骗干扰鉴别与自适应抑制的新方法，能够准确的鉴别、提取和抑制欺骗干扰；包括：多通道SAR雷达接收回波信号，对回波信号进行距离向脉冲压缩，距离徙动补偿；方位向FFT变换到距离多普勒域，利用地物回波与欺骗干扰在空时关系上的差异在距离多普勒数据域逐多普勒通道构造地物回波的空域正交权矢量，并抑制地物回波信号；而后逐多普勒通道检测抑制后的剩余；利用所获得的干扰多普勒通道沿距离向定位干扰所在距离位置；最后利用所得到的干扰二维位置采集干扰样本估计干扰协方差矩阵，并利用capon算法对干扰所在区域进行小范围自适应空域滤波。

Description

多通道SAR欺骗干扰鉴别与自适应抑制方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种多通道SAR欺骗干扰鉴别与自适应抑制方法，可用于对机载多通道SAR欺骗干扰的鉴别和提取。

背景技术

合成孔径雷达欺骗干扰是合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)的一个重要干扰方式。在单通道情况下由于缺乏必要的空间自由度，无法利用空时联合的方法对欺骗干扰进行鉴别和提取，进而自适应抑制干扰。

目前，在空时平面上进行区别真实回波与欺骗鉴别信号的方法可采用多种空时处理方法，通常包括相位中心偏置(Displace phase center antenna)DPCA、沿航迹干涉(Along Trace Interferometric)ATI/空时自适应处理(Spatial-Time AdaptiveProcessing)STAP等方法，DPCA采用的是幅度检测而ATI采用幅度和相位联合检测。在实际检测中，由于干涉相位图中的幅度和相位分布要受到雷达噪声、真实场景信号能量、地面雷达截面积(Radar Cross-Section)RCS起伏及成像中的旁瓣等影响，采用单一的幅度或相位检测欺骗虚警率过高，但是由于ATI是像素级的检测方法，运算量较大，过程复杂。另一方面欺骗干扰的抑制主要是全空域的自适应波束形成或者通道对消方法，这些方法在抑制欺骗干扰的同时也压制了与欺骗干扰同一方向的地物回波信号，导致成像结果出现一条或数条黑带，使图像信息损失很大。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多通道SAR欺骗干扰鉴别与自适应抑制方法，能够准确鉴别并提取欺骗干扰进而自适应抑制干扰。

本发明的技术思路为：在多通道SAR的基础上，利用欺骗干扰与地物真实回波的空时关系差异(真实回波空时关系为

其中

为归一化多普勒频率，

为回波杂波脊斜率，

为归一化空间频率；而欺骗干扰不满足此式)，在距离多普勒数据域构造正交于地物回波的空域权矢量，利用此权矢量抑制地物回波的同时剩余欺骗干扰，最后利用所获干扰样本估计干扰协方差矩阵，并在干扰所在区域自适应空域滤波抑制干扰。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种多通道SAR欺骗干扰鉴别与自适应抑制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1，多通道SAR雷达接收回波信号，对所述回波信号依次进行距离压缩、距离徙动校正以及方位向FFT，得到距离多普勒域回波信号，所述距离多普勒域回波信号包含多个多普勒通道，且每个多普勒通道包含多个距离单元；

步骤2，对所述距离多普勒域回波信号的每个多普勒通道构造正交于地物回波的空域权矢量；根据每个多普勒通道对应的空域权矢量抑制该多普勒通道的地物回波，得到每个多普勒通道抑制地物回波后的剩余回波信号；

步骤3，根据所述每个多普勒通道抑制地物回波后的剩余回波信号，检测得到该多普勒通道的剩余能量；设定多普勒通道检测门限，从而根据每个多普勒通道的剩余能量和多普勒通道检测门限，确定多个干扰所在的多普勒通道；

步骤4，检测每个干扰所在的多普勒通道中多个距离单元分别对应的剩余回波数据的功率，并设定距离单元检测门限，从而确定每个干扰所在的多普勒通道中多个干扰所在的距离单元；

步骤5，在多个干扰所在的多普勒通道以及每个干扰所在的多普勒通道中多个干扰所在的距离单元上采集干扰样本，根据所述干扰样本估计干扰空域协方差矩阵，从而根据所述干扰空域协方差矩阵对干扰所在区域进行空域滤波，得到干扰抑制后的多通道SAR雷达回波信号。

本发明与现有技术相比所具有的优点：(1)本发明可准确鉴别欺骗干扰，并实现在方位多通道SAR基础上的欺骗干扰样本获取；(2)本发明利用欺骗干扰和地物真实回波的空时关系固有差异，能够提取到较为纯净的欺骗干扰样本，所以干扰协方差估计的稳健性好。

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是本发明实施例提供的一种多通道SAR欺骗干扰鉴别与自适应抑制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的原始的未加干扰的DBS成像结果。

图3是本发明实施例提供的仿真采用的多通道SAR欺骗干扰仿真结果示意图；

图4是本发明实施例提供的去除地物回波以后剩余欺骗干扰示意图；

图5是本发明实施例提供的利用capon法对干扰所在区域进行滤波后的多普勒波束锐化(Doppler Beam Sharpening)DBS成像结果示意图。

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。

本发明实施例提供一种多通道SAR欺骗干扰鉴别与自适应抑制方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：

步骤1，多通道SAR雷达接收回波信号，对所述回波信号依次进行距离压缩、距离徙动校正以及方位向FFT，得到距离多普勒域回波信号，所述距离多普勒域回波信号包含多个多普勒通道，且每个多普勒通道包含多个距离单元。

步骤1的具体过程为：第一步对回波信号进行距离脉压，对距离脉压后的信号在二维时域进行距离徙动校正。第二步对距离矫正后的回波数据做方位向FFT，得到距离多普勒域回波信号。

步骤2，对所述距离多普勒域回波信号的每个多普勒通道构造正交于地物回波的空域权矢量；根据每个多普勒通道对应的空域权矢量抑制该多普勒通道的地物回波，得到每个多普勒通道抑制地物回波后的剩余回波信号。

步骤2具体包括如下子步骤：

(2a)对所述距离多普勒域回波信号的第i个多普勒通道构造正交于地物回波的空域权矢量W_si：

W_si＝V_si·S_i，i＝1，2，...M

其中，V_si表示第i个多普勒通道对应的地物导向矢量的正交投影矩阵中任意一行，S_i表示第i个多普勒通道的地物空域导向矢量，M表示多普勒通道总个数；

且

其中，f_d(i)表示第i个多普勒通道的多普勒频率，λ表示雷达工作波长，V表示雷达平台运动速度，d表示阵元间距，N表示多通道SAR接收通道的个数；

(2b)根据第i个多普勒通道对应的空域权矢量W_si抑制该多普勒通道的地物回波，得到第i个多普勒通道抑制地物回波后的剩余回波信号：

其中，

表示第i个多普勒通道第j个距离单元的剩余回波信号，

表示第i个多普勒通道的空域权矢量W_si的共轭转置，X_ij第i个多普勒通道中第j个距离单元的一次空域快拍，M表示多普勒通道总个数，L为每个多普勒通道的距离单元个数。

步骤3，根据所述每个多普勒通道抑制地物回波后的剩余回波信号，检测得到该多普勒通道的剩余能量；设定多普勒通道检测门限，从而根据每个多普勒通道的剩余能量和多普勒通道检测门限，确定多个干扰所在的多普勒通道。

步骤3具体包括如下子步骤：

(3a)根据第i个多普勒通道抑制地物回波后的剩余回波信号，检测得到第i个多普勒通道的剩余能量

：

其中，

表示第i个多普勒通道第j个距离单元的剩余回波信号，M表示多普勒通道总个数，L为每个多普勒通道的距离单元个数；

(3b)设定多普勒通道检测门限σ_TD；

根据第i个多普勒通道的剩余能量

和多普勒通道检测门限σ_TD，确定多个干扰所在的多普勒通道：

其中，多普勒通道检测门限σ_TD设定为地物回波多普勒通道平均功率，若第i个多普勒通道的剩余能量

大于多普勒通道检测门限σ_TD，则第i个多普勒通道存在干扰，否则第i个多普勒通道无干扰。

步骤4，检测每个干扰所在的多普勒通道中多个距离单元分别对应的剩余回波数据的功率，并设定距离单元检测门限，从而确定每个干扰所在的多普勒通道中多个干扰所在的距离单元。

步骤4具体包括如下子步骤：

(4a)设定距离单元检测门限σ_TP；

(4b)比较第k个干扰所在的多普勒通道中每个距离单元对应的剩余回波数据的功率与距离单元检测门限σ_TP的大小：

其中，k表示干扰所在的多普勒通道标号，K表示干扰所在的多普勒通道总个数，L为每个多普勒通道的距离单元个数；

若第k个干扰所在的多普勒通道中第j个距离单元剩余回波数据的功率

大于距离单元检测门限σ_TP，则干扰位于第k个干扰所在的多普勒通道中的第j个距离单元。

步骤5，在多个干扰所在的多普勒通道以及每个干扰所在的多普勒通道中多个干扰所在的距离单元上采集干扰样本，根据所述干扰样本估计干扰空域协方差矩阵，从而根据所述干扰空域协方差矩阵对干扰所在区域进行空域滤波，得到干扰抑制后的多通道SAR雷达回波信号。

步骤5具体包括如下子步骤：

(5a)在多个干扰所在的多普勒通道以及每个干扰所在的多普勒通道中多个干扰所在的距离单元上采集干扰样本，根据所述干扰样本估计干扰空域协方差矩阵R：

其中，k表示干扰所在的多普勒通道标号，K表示干扰所在的多普勒通道总个数，q表示干扰所在的距离单元标号，Q表示干扰所在的距离单元总个数，X_kq表示第k个多普勒通道的第q个距离单元的一次干扰空域快拍，E[·]表示求期望；

(5b)计算第k个干扰所在的多普勒通道对应的干扰抑制空域权矢量W_k：

其中，A_k表示干扰所在的多普勒通道的地物回波空域导向矢量，上标H表示共轭转置，上标-1表示矩阵求逆；

(5c)对第k个多普勒通道中第q个距离单元的干扰进行空域滤波，得到干扰抑制后第k个多普勒通道中第q个距离单元的SAR雷达回波信号

其中，k＝1，2，...，K，q＝1，2，...，Q。

本发明的效果可通过以下仿真实验作进一步说明：

1.仿真条件：

本发明点目标仿真参数如表1所示：

表1 欺骗干扰仿真参数

2.仿真内容及结果分析：

表2 仿真干扰、干扰抑制效果性能分析结果

3.仿真结果分析：

从图3可以看出欺骗干扰淹没了所在点位置以及附近的回波信号使得真实的地物图像被严重压制且形成欺骗干扰的图像，这里呈现一个之字形。

然而利用正交投影法去除地物回波后干扰由于与真实地物回波的空时关系不同从而剩余，这也正是对欺骗干扰的鉴别，如图4所示，这时的干扰剩余是较为纯净的，这从表2中抑制地物回波后的信干比也可以看出。

利用纯净的干扰样本就能估计较为准确的干扰协方差矩阵从而对干扰有较好的抑制，从图5和图2的对比中就可以看出滤波效果是非常好的，当然从表2中滤波后的信干比和干扰抑制比同样可以得出上述结论。综上，多通道SAR欺骗干扰鉴别与自适应抑制方法对于欺骗干扰的鉴别和抑制具有很好的实际应用潜质。

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 (4)

1.一种多通道SAR欺骗干扰鉴别与自适应抑制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1，多通道SAR雷达接收回波信号，对所述回波信号依次进行距离压缩、距离徙动校正以及方位向FFT，得到距离多普勒域回波信号，所述距离多普勒域回波信号包含多个多普勒通道，且每个多普勒通道包含多个距离单元；

步骤2，对所述距离多普勒域回波信号的每个多普勒通道构造正交于地物回波的空域权矢量；根据每个多普勒通道对应的空域权矢量抑制该多普勒通道的地物回波，得到每个多普勒通道抑制地物回波后的剩余回波信号；

步骤2具体包括如下子步骤：

(2a)对所述距离多普勒域回波信号的第i个多普勒通道构造正交于地物回波的空域权矢量W_si：

W_si＝V_si·S_i，i＝1,2,...M

其中，V_si表示第i个多普勒通道对应的地物导向矢量的正交投影矩阵中任意一行，S_i表示第i个多普勒通道的地物空域导向矢量，M表示多普勒通道总个数；

且

其中，f_d(i)表示第i个多普勒通道的多普勒频率，λ表示雷达工作波长，V表示雷达平台运动速度，d表示阵元间距，N表示多通道SAR接收通道的个数；

(2b)根据第i个多普勒通道对应的空域权矢量W_si抑制该多普勒通道的地物回波，得到第i个多普勒通道抑制地物回波后的剩余回波信号：

其中，

表示第i个多普勒通道中第j个距离单元的剩余回波信号，

表示第i个多普勒通道的空域权矢量W_si的共轭转置，X_ij表示第i个多普勒通道中第j个距离单元的一次空域快拍，M表示多普勒通道总个数，L为每个多普勒通道的距离单元个数；

步骤3，根据所述每个多普勒通道抑制地物回波后的剩余回波信号，检测得到该多普勒通道的剩余能量；设定多普勒通道检测门限，从而根据每个多普勒通道的剩余能量和多普勒通道检测门限，确定多个干扰所在的多普勒通道；

步骤4，检测每个干扰所在的多普勒通道中多个距离单元分别对应的剩余回波数据的功率，并设定距离单元检测门限，从而确定每个干扰所在的多普勒通道中多个干扰所在的距离单元；

步骤5，在多个干扰所在的多普勒通道以及每个干扰所在的多普勒通道中多个干扰所在的距离单元上采集干扰样本，根据所述干扰样本估计干扰空域协方差矩阵，从而根据所述干扰空域协方差矩阵对干扰所在区域进行空域滤波，得到干扰抑制后的多通道SAR雷达回波信号。

2.根据权利要求1所述的一种多通道SAR欺骗干扰鉴别与自适应抑制方法，其特征在于，步骤3具体包括如下子步骤：

(3a)根据第i个多普勒通道抑制地物回波后的剩余回波信号，检测得到第i个多普勒通道的剩余能量P_i ^rem：

其中，

表示第i个多普勒通道中第j个距离单元的剩余回波信号，M表示多普勒通道总个数，L为每个多普勒通道的距离单元个数；

(3b)设定多普勒通道检测门限σ_TD；

根据第i个多普勒通道的剩余能量P_i ^rem和多普勒通道检测门限σ_TD，确定多个干扰所在的多普勒通道：

其中，多普勒通道检测门限σ_TD设定为地物回波多普勒通道平均功率，若第i个多普勒通道的剩余能量P_i ^rem大于多普勒通道检测门限σ_TD，则第i个多普勒通道存在干扰；否则第i个多普勒通道无干扰。

3.根据权利要求1所述的一种多通道SAR欺骗干扰鉴别与自适应抑制方法，其特征在于，步骤4具体包括如下子步骤：

(4a)设定距离单元检测门限σ_TP；

(4b)比较第k个干扰所在的多普勒通道中每个距离单元对应的剩余回波数据的功率与距离单元检测门限σ_TP的大小：

其中，k表示干扰所在的多普勒通道标号，K表示干扰所在的多普勒通道总个数，L为每个多普勒通道的距离单元个数；

若第k个干扰所在的多普勒通道中第j个距离单元剩余回波数据的功率

大于距离单元检测门限σ_TP，则干扰位于第k个干扰所在的多普勒通道中的第j个距离单元。

4.根据权利要求1所述的一种多通道SAR欺骗干扰鉴别与自适应抑制方法，其特征在于，步骤5具体包括如下子步骤：

(5a)在多个干扰所在的多普勒通道以及每个干扰所在的多普勒通道中多个干扰所在的距离单元上采集干扰样本，根据所述干扰样本估计干扰空域协方差矩阵R：

其中，k表示干扰所在的多普勒通道标号，K表示干扰所在的多普勒通道总个数，q表示干扰所在的距离单元标号，Q表示干扰所在的距离单元总个数，X_kq表示第k个多普勒通道中第q个距离单元的一次干扰空域快拍，E[·]表示求期望；

(5b)计算第k个干扰所在的多普勒通道对应的干扰抑制空域权矢量W_k：

其中，A_k表示第k个干扰所在的多普勒通道的地物回波空域导向矢量，上标H表示共轭转置，上标-1表示矩阵求逆；

(5c)对第k个多普勒通道中第q个距离单元的干扰进行空域滤波，得到干扰抑制后第k个多普勒通道中第q个距离单元的SAR雷达回波信号

其中，k＝1,2,...,K，q＝1,2,...,Q。

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