CN108919205B - 基于辅助阵元的频率分集阵列欺骗干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于辅助阵元的频率分集阵列欺骗干扰抑制方法，主要抑制主瓣欺骗式干扰。其具体步骤为：采用常规雷达发射接收体制，得出此时空域所有目标；切换至频率分集模式，设置主阵发射系数，计算主阵发射天线回波幅相特性；根据主阵发射系数，调整辅助阵元系数，在指定目标处方向图构造零点；对主阵和辅助阵系数发射频率分集信号的回波进行匹配滤波；设定阈值，若指定目标位置处回波匹配滤波功率大于阈值，则为假目标，若指定目标位置处回波功率小于阈值且存在其他位置处回波功率骤减，则为干扰机，若只有该位置处匹配滤波功率小于阈值，则为真目标。

Description

基于辅助阵元的频率分集阵列欺骗干扰抑制方法

技术领域

本发明属于雷达干扰抑制技术领域。

背景技术

在现代军事对抗的电子战领域中，电子对抗和反对抗技术一直占据着的主导地位。雷达电子反对抗指的是防止敌方电子对抗措施对己方雷达系统造成的影响及破坏，同时避免己方采取的对抗措施对自身雷达的作战效能所造成的不利影响。数字射频存储器可以产生与雷达信号相似的转发式干扰，包括距离欺骗干扰、速度欺骗干扰和角度欺骗干扰等，引起虚警，降低雷达对真实目标的检测能力，甚至引起雷达的跟踪饱和，降低雷达的作战能力。

目前常用的抗干扰技术有：旁瓣匿隐技术可以消除旁瓣进入的转发式欺骗干扰，但是不能克服主瓣转发式干扰对雷达的影响。脉冲分集技术可以有效抑制主瓣转发式欺骗干扰，但是发射波形设计是难点且抗压制式干扰能力较弱。

发明内容

本发明的目的在于提出基于辅助阵元的频率分集阵列欺骗干扰抑制方法。本发明利用频率分集阵列可控自由度，根据两次发射信号的回波功率鉴别真假目标。本发明基于假目标回波功率依赖于干扰机的角度和距离的事实，通过引入辅助阵列，在目标处形成零点，这样，真实目标的回波会被零点抑制，而假目标回波不会被抑制，因此鉴别真假目标。本发明可以在主瓣干扰情况下抑制转发式干扰，提高雷达抗干扰能力和目标检测性能。

为实现上述技术目的，本发明采用以下步骤：

步骤1，在第一个PRI中，采用常规雷达发射接收体制，对接收回波进行匹配滤波和单脉冲测角，得到M个目标的距离和方位角为(r_i,θ_i)i＝1,2,...,M。其中，M个目标中存在干扰机、真实雷达目标和干扰机产生的假目标，每次鉴别时，选取其中一个目标(R_x,θ_x)作为待鉴别目标。

步骤2，在第二个PRI中，如图2所示，在所述基于频率分集阵列的雷达中，所述频率分集阵列是N个阵元组成的均匀线阵，所述频率分集阵列前N-1个阵元组成主天线，第N个阵元组成辅助天线，所述频率分集阵列参考阵元为主天线中首个阵元，所述频率分集阵列参考频率为f₀，所述频率分集阵列频率步进量为△f。选取待鉴别目标，设置主阵发射系数，计算主阵发射方向图在目标x处的值P_x。

其中，w_Tn为设置的主阵发射系数，d_T为阵元间距，λ₀为参考阵元发射信号波长，△f为频率步进量，C为光速。

步骤3，根据主阵发射方向图，调整辅助阵元参数，使得主阵和辅助阵在指定目标处的方向图产生零点。辅助阵发射方向图在目标x处的值为：

其中，W_TF为辅助阵发射系数。

使主阵和辅助阵在(R_x,θ_x)处互为相反数:

解上述方程，得:

步骤4，根据主阵、辅助阵系数和指定目标的位置，得到发射信号和回波信号,对回波信号进行匹配滤波。

主阵和辅助阵发射信号可表示为[x₁(t),x₂(t),...,x_N-1(t),x_N(t)]；

其中，

为发射信号包络，f_n＝f₀+(n-1)△f，x₁(t),...x_N-1(t)为主阵发射信号，x_N(t)为辅助阵元发射信号，在频率分集阵列中，第k个阵元接收的回波信号为：

步骤5，设定阈值，若指定目标位置处回波匹配滤波功率大于阈值，则为假目标，若指定目标位置处回波功率小于阈值且存在其他位置处回波功率骤减，则为干扰机，若只有该位置处匹配滤波功率小于阈值，则为真目标。

匹配滤波函数为：

则匹配滤波结果为：

r(τ,θ′)＝r(t-τ₀,θ)*h^*(t-τ,θ′) (12)

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一：本发明利用频率分集下假目标的发射增益与假目标的距离和角度无关的特点，可以抑制转发式假目标干扰。

第二：本发明提高了雷达的抗假目标能力和系统的目标检测能力。

附图说明

图1本发明的实现流程图。

图2频率分集阵列阵元分布。

图3真目标、假目标、干扰机和雷达分布图。

图4主阵加辅助在距离维阵方向图剖面。

图5方向图零点对准真目标匹配滤波结果。

图6方向图零点对准干扰机匹配滤波结果。

图7方向图零点对准假目标匹配滤波结果。

具体实施方式

参照图1，本发明的具体实现步骤如下：

步骤1：第一个PRI中，采用常规雷达体制，对接收回波进行匹配滤波测距和单脉冲测角得到M个目标的距离和方位角为(r_i,θ_i)，i＝1,2,…M，。

步骤2，第2个PRI中，如图2所示，采用频率分集雷达发射接收体制，频率分集阵列雷达天线是由由N个阵元组成的均匀线阵，其中前N-1阵元组成主天线，第N个阵元为辅助天线。选取首个阵元为参考阵元，设置参考阵元的发射信号频率为峰f₀，频率分集阵列的频率步进量为△f。具体步骤为：

设置发射主阵发射系数，设主阵发射角为θ_T，即主阵发射系数为：

选取目标(r_x,θ_x)为待鉴别目标，控制方向图在(r_x,θ_x)处产生零点，根据目标x的距离和方位角，计算主阵发射信号在目标x处的产生的理论幅度和相位值，计算公式为：

式中，W_Tn已知，根据步骤3，

根据目标1的距离和方位角，计算辅助阵发射信号在目标1处的产生的理论幅度和相位值，计算公式为：

式中，W_TF未知，令主辅阵发射信号在目标1处的幅度相位抵消，公式表示为：

当需要在多个目标处产生零点，增加辅助阵元数目即可，如下步骤：

频率分集阵列雷达天线是由由N+L个阵元组成的均匀线阵，其中前N阵元组成主天线，后L个阵元组成辅助天线。选取首个阵元为参考阵元，设置参考阵元的发射信号频率为峰f₀，频率分集阵列的频率步进量为△f。根据L个目标的距离和方位角，计算主阵发射信号在L个目标处产生的理论幅度和相位值，计算公式为：

根据L个目标的距离和方位角，计算辅助阵发射信号在L个目标处产生的理论幅度和相位值，计算公式为：

式中，k_l未知，令主辅阵发射信号在L个目标处的幅度相位抵消，联立方程组得：

解方程组，得到辅助阵元发射系数为：

式中，

步骤3，对频率分集阵列雷达的接收回波进行匹配滤波测距和单脉冲测角，得到目标1位置处脉压功率，如果目标1位置处功率大于设定阈值，判为假目标，如果目标1位置处功率小于设定阈值，则判为真目标，如果目标1位置处功率小于设定阈值且存在其他位置处功率骤减情况，判为干扰机。

下面对频率分集自适应欺骗干扰抑制原理进行说明：距离假目标是由数字射频存储器复制雷达信号，并延迟一段时间转发产生的，同一个干扰机产生的假目标所携带的距离和角度信息是相同的，即干扰机的距离和角度信息，频率分集阵列的发射增益与目标的距离和角度有关，因此假目标信号的反应的是干扰机位置的增益信息，而不是匹配滤波和单脉冲测角检测位置处的增益。而真目标信号反应的是匹配滤波和单脉冲测角检测位置处的增益，即测量增益。当指定目标是真目标时，在该目标位置处方向图产生零点，则该目标被抑制，回波功率很小，当指定目标是假目标时，在测量位置处方向图产生零点并不能减小该信号的增益，因为其携带的是干扰机位置处的增益信息，所以其回波幅度不会骤减，当指定目标是干扰机时，干扰机同时也是真目标，在测量位置处方向图产生零点，不仅会使该位置回波功率骤减，还会抑制该干扰机产生的所有假目标。

本发明的效果可以由以下仿真结果进一步说明：

1)仿真条件

频率分集阵列MIMO雷达，发射电磁波中心频率为1GHz，天线是由3个各向同性阵元组成的均匀线阵。设置频率步进量△f＝5000Hz、脉冲重复间隔1ms。场景参数设置如图3所示，设置一个真实目标距离为108.1km，一个假目标产生器距离为95km，3个距离欺骗假目标距离分别为60km、80km和120km，假目标与其产生器的方位角相同，距离值不同。

2)实验内容和实验结果分析

根据图5当方向图零点对准真目标时，只有101.8km处的真目标尖峰消失，其他位置尖峰无明显变化。

根据图6当方向图零点对准干扰机时，只有101.8km处的真目标尖峰保留，假目标位置处和其产生的三个假目标位置处的尖峰均消失，这是因为假目标处的幅相增益与干扰机的方位角和距离有依赖性。在目标鉴别过程中需要在多个相干脉冲周期内进行，当干扰机判别出来后，下个脉冲发射时，可以在干扰机位置置零，以从根源上抑制欺骗干扰，提高算法鉴别效率。

根据图7当方向图零点对准假目标时，其回波的匹配滤波结果与常规雷达匹配结果相比，60km处的尖峰未消失，且其他位置处的尖峰无明显变化，这是因为假目标处的幅相增益与干扰机的方位角和距离有依赖性，干扰机位置无零点，所以其幅度无变化。

根据以上三种不同情况，设置检测门限，即可通过匹配滤波幅度鉴别假目标。

Claims (2)

1.基于辅助阵元的频率分集阵列欺骗干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在第一个PRI中：采用常规雷达发射接收体制，对接收回波进行匹配滤波和单脉冲测角，得到M个目标的距离和方位角为(r_i,θ_i)，i＝1,2,…M，选取其中一个目标(R_x,θ_x)作为待鉴别目标；

步骤2：在第二个PRI中：在基于频率分集阵列的雷达中，选取待鉴别目标，设置主阵发射系数，计算主阵发射方向图F_z(R,θ)；其中所述频率分集阵列是N个阵元组成的均匀线阵，前N-1个阵元组成主天线，第N个阵元组成辅助天线，其中参考阵元为主天线中首个阵元，参考频率为f₀，频率步进量为△f；

步骤3：根据主阵发射方向图，调整辅助阵元参数，使得主阵和辅助阵在指定目标(R_x,θ_x)处的方向图产生零点；

步骤4：根据主阵、辅助阵系数和指定目标的位置，得到发射信号和回波信号,对回波信号进行匹配滤波；

步骤5：设定阈值，若指定目标位置处回波匹配滤波功率大于阈值，则为假目标，若指定目标位置处回波功率小于阈值且存在其他位置处回波功率骤减，则为干扰机，若只有该位置处匹配滤波功率小于阈值，则为真目标。

2.根据权利要求1所述的基于辅助阵元的频率分集阵列欺骗干扰抑制方法，其特征在于：在步骤3中产生零点的方法为：当方向图产生L个零点时，需要L个辅助阵元；频率分集阵列雷达天线是由N+L个阵元组成的均匀线阵，其中前N阵元组成主天线，后L个阵元组成辅助天线；选取首个阵元为参考阵元：

根据步骤1所得L个目标的距离和方位角，计算主阵发射信号在L个目标处产生的理论幅度和相位值，计算公式为：P_i，i＝1,2,…L；

其中，w_n为加权系数，f_n为第n个阵元的发射频率，d为阵元间距，C为光速；

根据步骤1所得L个目标的距离和方位角，计算辅助阵发射信号在L个目标处产生的理论幅度和相位值，计算公式为：

式中，k_l未知，令主辅阵发射信号在L个目标处的幅度相位抵消，联立方程组得:

解方程组，得到辅助阵元发射系数为：

式中，

上述步骤中L＝1，即：

其中，W_TF为辅助阵发射系数。

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