CN109725297B - 一种基于回波极化度的有源转发式干扰识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于回波极化度的有源转发式干扰识别方法，所述方法包括：通过在雷达的两正交极化通道分别馈入两个去相干的噪声雷达信号来获得随机极化波并进行发射；雷达的两正交极化接收通道接收回波信号；计算回波信号的极化度；根据回波信号的极化度的差异进行真实目标和有源转发式干扰的识别。本发明的方法通过发射随机极化波，在回波域利用散射回波的极化度可实现对有源转发式干扰和真实目标的有效识别；本发明的方法过程简单，计算量小，适用于当前绝大多数有源转发式干扰。
Description
技术领域
本发明涉及雷达极化抗干扰技术领域，特别涉及一种基于回波极化度的有源转发式干扰识别方法。
背景技术
随着雷达技术的快速发展，雷达对抗及电子战技术也得到不断进步，雷达所面临的电磁环境也日益恶劣，敏捷的电子侦查与先进的电子干扰技术使得雷达生存环境日益严峻。有源转发式干扰是一种重要的欺骗干扰，通过模拟目标特征并发射假目标回波信号来欺骗雷达，使雷达出现密集假目标扰乱雷达对真实目标探测，或对雷达实现角度欺骗以扰乱跟踪制导雷达对目标的跟踪。随着数字射频存储器(Digital Radio Frequency Memory，DRFM)、数字干扰合成技术(Digital Jamming Synthesize，DJS)等先进电子干扰技术的发展，雷达有源转发式干扰表现出高逼真度及智能化等特征，DRFM可以精确的截获、存储并转发敌方雷达信号，高逼真度的假目标不仅可以获得与真实目标回波相同的处理增益，而且在在时域、频域和空域的特征与真实目标特性十分相似，传统抗干扰方法已经无法识别出真假目标。
极化度(Degree of Polarization,DoP)是衡量电磁波极化程度的参数。实际的雷达目标与入射极化波相互作用的过程就是对其极化调制的过程。如果入射电磁波为完全极化波，那么目标的散射波也将是完全极化波，只是极化方式发生过了改变，例如由线极化变为圆极化，但其回波极化度不发生改变；若入射电磁波为随机极化波，那么目标为一个起偏器，其会改善电磁波的极化度，但极化度仍然小于1。因此在发射随机极化波的情况下，转发式有源干扰的极化状态由干扰机发射天线决定，通常为圆极化或线极化天线，转发的干扰回波信号为完全极化波，而目标的回波为部分极化波，极化度小于1，可以通过对回波极化度的测量鉴别有源转发式干扰。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于回波极化度的有源转发式干扰鉴别方法。结合噪声雷达信号与极化雷达技术，通过在雷达正交极化天线发射两个去相干的噪声雷达信号来获得随机极化波，利用真实目标散射回波极化度与有源转发式干扰极化度的差别，能够实现对真实目标与有源转发式干扰的鉴别。
本发明的技术方案如下：
一种基于回波极化度的有源转发式干扰识别方法，所述方法包括：
通过在雷达的两正交极化通道分别馈入两个去相干的噪声雷达信号来获得随机极化波并进行发射；
雷达的两正交极化接收通道接收回波信号；
计算回波信号的极化度；根据回波信号的极化度的差异进行真实目标和有源转发式干扰的识别。
作为上述方法的一种改进，所述两个去相干的噪声雷达信号分别为：雷达的水平极化通道发射的噪声雷达信号sH(t)、雷达的垂直极化通道发射的噪声雷达信号sV(t)；sH(t)和sV(t)是正交的，t为时间。
作为上述方法的一种改进，所述回波信号为目标回波信号sr和干扰回波信号sj的和；
所述目标回波信号sr为：
其中，目标极化散射矩阵为
snh，snv分别为水平接收通道和垂直接收通道的噪声；
干扰回波信号sj为：
hjr为干扰接收极化Jones矢量，hjt为干扰转发式天线极化Jones矢量，G为有源转发式干扰信号转发增益，
作为上述方法的一种改进，所述回波信号的极化度的计算过程为：
其中，P为回波信号的极化度，J＝[g0,g1,g2,g3]T为Stokes矢量；
在水平垂直极化基下有：
其中，aH为水平接收通道的信号强度，aV为垂直接收通道的信号强度；电磁波水平分量和垂直分量相位差θ＝θh-θv,θh为电磁波水平分量的相位,θv为电磁波垂直分量的相位。
作为上述方法的一种改进，所述识别的过程为：设定极化度检测阈值Pe；当P≥Pe时，判断为有源干扰假目标，否则，为真实目标。
本发明的优势在于：
1、本发明的方法通过发射随机极化波，在回波域利用散射回波的极化度可实现对有源转发式干扰和真实目标的有效识别；
2、本发明的方法过程简单，计算量小，适用于当前绝大多数有源转发式干扰；
3、本发明的方法采用的随机极化波在时域和极化域都呈现良好的随机性，具有良好的低截获/低检测(LPI/LPD)特性，提高了雷达在复杂电磁环境下的生存能力。
附图说明
图1为本发明基于回波极化度的有源转发式干扰识别方法的流程图；
图2为本发明目标回波极化状态随时间变化；
图3为本发明目标回波极化状态在庞加莱极化球上分布；
图4为本发明目标回波极化度；
图5为本发明信噪比0dB情况下目标回波信号极化状态随时间变化；
图6为本发明不同信噪比下目标回波极化状态在庞加莱极化球上分布；
图7为本发明目标回波极化度随信噪比的变化；
图8为本发明转发式干扰回波极化状态在庞加莱极化球上分布；
图9为本发明干扰噪声比0dB情况下干扰信号极化状态随时间变化；
图10为本发明不同干扰噪声比下干扰信号极化状态在庞加莱极化球上分布；
图11为本发明干扰信号极化度随干扰噪声比的变化。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的进行详细说明。
本发明提出一种基于回波极化度的有源转发式干扰识别方法，在发射随机极化波的情况下，利用散射回波的极化度可实现对有源转发式干扰和真实目标的有效识别。具体包括：
步骤1)采用两正交极化发射天线，分别设为H(Horizontal，水平)极化和V(Vertical，垂直)极化，雷达的H极化通道、V极化通道同时发射去相干波形矢量
sH(t)、sV(t)为两正交极化通道发射的噪声雷达信号，采样率为1000MHz,脉冲宽度为20us，带宽为600MHz，发射随机极化波的极化度为0.005；
步骤2)雷达两正交极化接收通道分别对散射回波信号和有源转发式干扰信号进行接收；
我方采用随机极化波照射敌方目标，敌方电子对抗系统采用有源转发式干扰，有源干扰工作方式为直接放大转发。设目标在某姿态角下的散射矩阵为
为考虑一般性，我们假定目标极化散射矩阵
为任意一个随机的散射矩阵，真实环境中都是有各种各样噪声存在，雷达接收机接收到的回波除了目标回波外还有各类噪声，发射随机极化波经过目标散射后，雷达两正交极化通道接收到的回波信号为：
干扰信号的回波可表示为：
hjr为干扰接收极化Jones矢量，hjt为干扰转发式天线极化Jones矢量，G为有源转发式干扰信号转发增益,sn为H,V接收通道噪声矢量。假设干扰机接收天线为圆极化天线，转发天线为任意线极化天线，那么
步骤3)计算接收回波信号的极化度。
由Stokes矢量J＝[g0,g1,g2,g3]T的定义式，在水平垂直极化基下有：
电磁波Stokes矢量g0分量描述了电磁波的功率密度，其余三个元素所构成的子矢量表征了电磁波的极化状态，极化度定义为完全极化波强度与部分极化波强度之比，即
考虑一般性，随机给目标极化散射矩阵500个不同的散射矩阵，从图2可以看出目标回波极化随时间变化，为部分极化波。将500次不同的散射矩阵情况下计算得到目标回波Stokes矢量投影到Poincare极化球上，如图3所示，目标回波的Stokes矢量都位于Poincare极化球内，图4给出来500次不同散射矩阵情况下目标回波信号极化度，从图中可以看出，目标回波的极化度都低于0.6，说明真实目标回波是部分极化波。为进一步考虑系统噪声对目标回波极化度测量的影响，我们假设目标散射矩阵
图5给出了信噪比为0dB情况下目标回波极化状态，可以看出目标回波为部分极化波，极化度小于1，图6给出了不同信噪比下目标回波极化状态在庞加莱极化球上分布，从图中可以看出，随着信噪比的降低，目标信号Stokes矢量渐渐靠近庞加莱极化球球心。图7给出了目标回波极化度随信噪比的变化曲线，随着信噪比的降低，目标回波极化度渐渐降低。
考虑一般性，当干扰机接收天线为圆极化天线，而发射天线为随机的线极化天线，随机给出500种线极化状态，将500次不同线极化天线转发状态下的干扰回波Stokes矢量投影到Poincare极化球如图8所示，干扰回波的Stokes矢量都位于Poincare极化球球面上，说明有源转发式干扰信号是完全极化波，干扰回波的极化度都为1。为进一步考虑系统噪声对有源转发式干扰信号极化度测量的影响，我们假设转发线极化天线为斜45°线极化天线，图9给出了干扰噪声比为0dB情况下有源转发式干扰信号极化状态，可以看出有源转发式干扰信号为部分极化波，极化度小于1，图10给出了不同信噪比下目标回波极化状态在庞加莱极化球上分布，从图中可以看出，随着信噪比的降低，有源干扰信号Stokes矢量渐渐从庞加莱极化球球面靠近庞加莱极化球球心。图11给出了目标回波极化度随信噪比的变化曲线，随着干扰噪声比的降低，有源干扰信号极化度渐渐降低，这也符合真实场景，随着噪声增强，两正交极化通道之间去相关性增大，回波的极化度也随着噪声的增强而降低。
步骤4)设定合适的极化度鉴别阈值。通过对目标回波和干扰回波极化度的分析可知，当无噪声时，干扰回波为完全极化波，极化度为1，而由随机极化波照射的目标回波为部分极化波，极化度介于[0,1]之间。而当有噪声时，目标信号回波和有源干扰信号极化度都随着噪声的增强而降低，我们可以通过设置合适的检测阈值，根据测量得到的回波极化度P的大小来检验是真实目标回波信号还是有源转发式干扰信号，即：
通常真实场景下，目标回波信噪比一般为0dB-20dB左右，而有源干扰信号通常干扰功率较大，干扰噪声比一般都远大于10dB，结合图4、图7和图11分析可知,将极化度检测阈值设置为0.8可以很好的鉴别出是真实目标还是有源转发式干扰。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种基于回波极化度的有源转发式干扰识别方法，所述方法包括：
通过在雷达的两正交极化通道分别馈入两个去相干的噪声雷达信号来获得随机极化波并进行发射；
雷达的两正交极化接收通道接收回波信号；
计算回波信号的极化度；根据回波信号的极化度的差异进行真实目标和有源转发式干扰的识别；
所述两个去相干的噪声雷达信号分别为：雷达的水平极化通道发射的噪声雷达信号sH(t)、雷达的垂直极化通道发射的噪声雷达信号sV(t)；sH(t)和sV(t)相互正交，t为时间；
所述回波信号为目标回波信号sr和干扰回波信号sj的和；
所述目标回波信号sr为：
其中，目标极化散射矩阵为
snh，snv分别为水平接收通道和垂直接收通道的噪声；
干扰回波信号sj为：
hjr为干扰接收极化Jones矢量，hjt为干扰转发式天线极化Jones矢量，G为有源转发式干扰信号转发增益，
所述回波信号的极化度的计算过程为：
其中，P为回波信号的极化度，J＝[g0，g1，g2，g3]T为Stokes矢量；
在水平垂直极化基下有：
其中，aH为水平接收通道的信号强度，aV为垂直接收通道的信号强度；电磁波水平分量和垂直分量相位差θ＝θh-θv，其中，θh为电磁波水平分量的相位，θv为电磁波垂直分量的相位；
所述识别的过程为：设定极化度检测阈值Pe；当P≥Pe时，判断为有源干扰假目标，否则，为真实目标。
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