CN110618399A - 一种天基雷达电磁频谱环境认知系统及干扰对抗方法 - Google Patents

Abstract

一种天基雷达电磁频谱环境认知系统及干扰对抗方法，在天基雷达的基础上构建天基雷达电磁频谱环境认知系统，通过天基雷达电磁频谱环境认知系统连续多次对任务区域进行快速波束扫描，对多次采集的信号，截取雷达信号频带范围外的信号进行频谱分析，提取纯干扰信号的特征，快速获取了所有干扰信号的频段信息；根据各个干扰归一化功率随着波束扫描角变化来估计来波方向信息，得到电磁频谱环境感知先验信息，并实时反馈给雷达系统，使天基雷达系统具备干扰对抗的能力，在复杂电磁环境下仍保持目标探测跟踪能力。本发明可快速地提取纯干扰信号的特征，并估计干扰的来波方向，将干扰信息实时反馈给雷达系统，实现了系统干扰对抗的功能。

Description

一种天基雷达电磁频谱环境认知系统及干扰对抗方法

技术领域

本发明涉及一种天基雷达电磁频谱环境认知系统及干扰对抗方法，属于天基雷达抗干扰技术领域。

背景技术

天基雷达，其运行轨道已知，因此雷达频率、波形等相关参数极易被敌方侦察设备侦收到，并利用电子攻击对天基雷达实施瞄准式电磁干扰。目前在地面作战中，电子战(频谱战)继纬度、经度、高度、时间维四维战斗空间后，成为第五维战斗空间，无论敌方战机、还是水面舰艇均安装了专门的电子战设备，具备电子战能力。因此天基雷达必须具备快速实时监控工作区域范围内的电磁环境信息并对抗干扰的能力，才能在复杂电磁环境下仍保持(或在一定程度上保持)目标探测跟踪能力，真正发挥其实战效能。

基于认知原理的机载雷达抗干扰技术研究(贲德，王峰，雷志勇，中国电子科学研究院学报，2013，8(4))提出将认知原理用于机载雷达抗干扰设计，通过对雷达通道信号的干扰特征提取完成干扰分类，针对不同类型干扰分别调用对应的干扰对抗措施，给出机载抗干扰的设计思路，并没有提出具体的干扰对抗算法。而且该文主要是基于机载雷达的特点，利用雷达通道，侦收雷达波束指向内的干扰信号，由于机载雷达的探测范围小，没有距离模糊，回波窗口没有被占满，在雷达未工作时，可以无源侦察干扰信号提取特征；在雷达工作时，同时接收到回波信号与干扰信号，可在时域提取干扰信号特征。而天基雷达的回波窗几乎被占满，同时用雷达通道接收干扰信号和回波信号，在时域上无法提取干扰信号的特征。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种天基雷达电磁频谱环境认知系统及干扰对抗方法，在雷达系统工作的同时，侦收干扰信号，可快速地提取纯干扰信号的特征，并估计干扰的来波方向，将干扰信息实时反馈给雷达系统，实现了系统干扰对抗的功能。

本发明的技术解决方案是：

一种天基雷达电磁频谱环境认知系统，包括M个有源天线单元接收通道、合路器、电磁环境监测接收机、AD采集及信号处理分析单元和干扰特征存储数据库；

每个有源天线单元接收通道包括一个天线单元、一个TR组件接收通道、一个衰减器、一个移相器和一个时延补偿器，天线单元接收雷达信号，该雷达信号经过TR组件接收通道的限幅器和低噪放进行限幅和放大，放大后的信号经衰减器和移相器加权处理后进入时延补偿器进行时延补偿，时延补偿后的信号输出给合路器；

M个时延补偿器输出的信号进入合路器进行合路，合路后的信号输出给电磁环境监测接收机，电磁环境监测接收机将接收的信号发送给AD采集及信号处理分析单元，AD采集及信号处理分析单元对接收的信号进行傅里叶变化处理和干扰信号频谱分析，对干扰信号进行定位，并将干扰信号频带和来波方向信息反馈给雷达系统，实现干扰对抗，同时将干扰信号频带和来波方向信息存储在干扰特征存储数据库中。

所述M个有源天线单元接收通道中的M个天线单元复用天基雷达的天线单元1-天线单元M，M个有源天线单元接收通道中的TR组件接收通道复用天基雷达TR组件1#-M#接收通道。

天基雷达电磁频谱环境认知系统的干扰对抗方法，包括如下步骤：

(1)雷达系统根据天基雷达电磁频谱环境认知系统中的天线长度L计算无源侦收波束宽度

(2)雷达系统根据任务区域雷达波束的方位向扫描角范围[Φ₁,Φ₂]以及无源侦收波束宽度计算天基雷达电磁频谱环境认知系统在方位向的波束扫描次数p以及第i次波束扫描的波束指向

(3)雷达系统根据第i次波束扫描的波束指向发送波控码，调整天基雷达电磁频谱环境认知系统的接收移相器、衰减器和时延补偿器，使得无源侦收波束指向为方向，i的初值为1；

(4)M个有源天线单元接收通道通过天线单元接收信号，接收的信号经限幅器、低噪放、衰减、移相和时延补偿后进入合路器进行合路，电磁环境监测接收机接收来自合路器的信号x_i(t)，并转发给AD采集及信号处理分析单元进行采集和信号处理，AD采集及信号处理分析单元对信号x_i(t)进行傅里叶变化处理，得到信号x_i(t)的频谱信息X_i(f)；

(5)AD采集及信号处理分析单元判断i是否大于p，如果不大于，则i的值加1，返回步骤(3)，否则说明天基雷达电磁频谱环境认知系统已经依次完成p次方位向的波束扫描，并得到相应的傅里叶变化处理结果，AD采集及信号处理分析单元画出p幅频谱结果图，进入步骤(6)；

(6)AD采集及信号处理分析单元根据p幅频谱结果图，以最接近雷达系统波束主瓣指向θ₀的波束扫描角对应的频谱图为主，其他的频谱图为辅，对干扰信号的频谱进行分析，并根据干扰信号情况的不同进行分段处理；

(7)AD采集及信号处理分析单元依次对K个不同频段的干扰信号进行测向处理，获得K个干扰信号的来波方向估计值，对干扰信号进行定位；

(8)AD采集及信号处理分析单元判断雷达信号工作频带相邻的左右两段频带范围的干扰信号来波方向估计值是否相等，如果估计值相等且干扰信号的频域归一化功率随着波束扫描角变化的趋势一致的话，将这两段干扰信号合并成一个干扰信号，且新合并的干扰信号的频带范围为这两段干扰信号所在频带范围及雷达信号工作频带的并集；

(9)AD采集及信号处理分析单元一方面将提取到的干扰信号频带、来波方向信息存储在干扰特征存储数据库中，另一方面将上述信息反馈给雷达系统，以便雷达系统做出相应的干扰对抗处理；

(10)雷达系统向天基雷达电磁频谱环境认知系统发送重新波束扫描的信号，并令i＝1，重复执行(3)-(9)，天基雷达电磁频谱环境认知系统对任务区域进行持续的方位波束扫描，不断更新感知信息，反馈给天基雷达系统，实现干扰对抗。

所述步骤(1)中，利用如下公式计算无源侦收波束宽度

其中λ为雷达工作波长，k′＝0.886为常数。

所述步骤(2)中，利用公式计算天基雷达电磁频谱环境认知系统在方位向的波束扫描次数p，利用公式计算第i次波束扫描的波束指向

所述步骤(4)中，信号x_i(t)包括干扰信号和来自无源侦收波束旁瓣方向的雷达回波信号，具体为：

其中，J(t)为干扰信号，s(t)为来自无源侦收波束旁瓣方向的雷达回波信号，u_{J_k}(t)为第k个干扰信号的幅度，u_s(t)为来自无源侦收波束旁瓣方向的雷达回波信号的幅度，K表示干扰信号总个数，θ_k表示第k个干扰信号的来波方向，为天基雷达电磁频谱环境认知系统中移相器对应的权值,a_r(θ₀)为来自无源侦收波束旁瓣方向的雷达回波信号的导向矢量，a_r(θ_k)为第k个干扰信号的干扰信号的导向矢量，k＝1,2,...,K。

d为阵元间距。

所述步骤(6)中，每个频段干扰信号表示为：X_{Ji_k}(f)＝X_i(f)，i＝1,2,...,p，其中，f_{J1_k}≤f≤f_{J2_k},k＝1,2,...,K为第k个干扰信号的频带范围；

对干扰信号的频谱进行分析，并根据干扰信号情况的不同进行分段处理的实现方式如下：

情况1：当干扰信号远离信号带宽时，在频域上能够看出干扰信号的频带范围，此时干扰信号一般属于非蓄意干扰，设此种非蓄意的干扰信号个数为K1；

情况2：当干扰信号完全覆盖了信号带宽时，此时干扰信号属于压制干扰，由于干扰信号的带宽比回波信号带宽大，此时将回波信号带宽范围以外的干扰信号取出，该部分信号是纯干扰信号，没有受回波信号污染；将取出的纯干扰信号按照信号带宽的大小进行频段划分，分成K2段；

K＝K1+K2。

所述步骤(7)中，利用如下方法获得第k个干扰信号的来波方向估计值，k＝1,2,...,K：

1)对第k个干扰信号利用如下公式求频域归一化功率P_Jk(i)：

其中，NN为整个频谱的点数，i＝1,2,...,p；

2)对p次波束扫描对应的第k个干扰信号归一化功率取最大值，利用如下公式找到该最大值对应的波束扫描次数

3)第k个干扰信号的来波方向估计值 为第次波束扫描的波束指向。

所述步骤(9)中，AD采集及信号处理分析单元将提取到的干扰信号频带、来波方向信息反馈给雷达系统后，当干扰信号的方向位于雷达波束的旁瓣方向时，在雷达信号处理时，雷达系统将干扰信号的来波方向作为先验信息对干扰方向进行陷零；当干扰信号的方向位于雷达波束的主瓣方向时，雷达系统将雷达波束调整至对准干扰方向进行长时间照射，通过长时间的能量积累提高信干比，对干扰目标进行详细检测。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

(1)本发明通过连续多次对任务区域进行快速波束扫描，对多次采集的信号进行频谱分析，快速获取了干扰信号的频域信息，根据干扰归一化功率随着波束扫描角变化来估计来波方向信息，得到电磁频谱环境感知先验信息，反馈给雷达系统，同时不断地更新感知信息，使得天基雷达系统具备干扰对抗的能力。

(2)本发明在雷达系统工作的同时，侦收干扰信号，基于干扰信号的带宽比回波信号宽的特点，对采集信号截取雷达信号频带范围外的信号进行频谱分析，可快速地提取纯干扰信号的特征。

附图说明

图1是本发明的处理流程框图；

图2是天基雷达电磁频谱环境认知系统采集到的信号频谱分析示意图；

图3是接收波束指向为-0.3876°时，天基雷达电磁频谱环境认知系统采集的信号FFT处理结果；

图4是接收波束指向为8.0730°时，天基雷达电磁频谱环境认知系统采集的信号FFT处理结果；

图5是干扰信号的测向结果图，其中(a)是干扰信号1的测向结果图，(b)是干扰信号2的测向结果图，(c)是干扰信号3的测向结果图；

图6是本发明中天基雷达电磁频谱环境认知系统的组成框图。

具体实施方式

由于星上设备的重量体积受卫星包络的限制，因此，本发明在天基雷达系统的架构基础上，采用一体化设计，复用部分天基雷达的天线单元，构建天基雷达电磁频谱环境认知系统，进行无源侦收干扰信号，提高电磁频谱环境认知及干扰对抗的能力。

本发明在雷达系统工作的同时，侦收干扰信号，通过对采集信号截取雷达信号频带范围外的信号进行检测，可快速地提取纯干扰信号的特征，并根据干扰归一化功率随着波束扫描角变化来估计干扰的来波方向，将干扰信息反馈给雷达系统，并同时不断地更新感知的干扰信息，实现了系统干扰对抗的功能。

如图6所示为本发明天基雷达电磁频谱环境认知系统的组成框图，该系统主要包括：1)侦收天线与雷达系统的部分天线复用，如图中1～M天线单元所示，对区域内电磁干扰信号进行侦收，M的数量一般小于雷达天线的阵元数量，主要是考虑到无源侦收波束可以设计的比雷达波束宽一些，便于快速完成指定任务区域的搜索。2)由于该系统主要是无源侦收，复用天线对应TR组件1#～M#的接收通道，考虑电磁环境认知功能进行一体化设计，其中限幅器和低噪放(LNA)可以复用，限幅和LNA之后通过功分器分成两路：一路接雷达系统的移相器、衰减器和时延补偿器，根据雷达的接收波束指向调整移相量、衰减量和时延补偿量；另一路接天基雷达电磁频谱环境认知系统的移相器、衰减器和时延补偿器，根据其搜索波束指向调整移相量、衰减量和时延补偿量。3)雷达系统的频率源给天基雷达电磁频谱环境认知系统中的AD采集及信号处理单元提供时钟信号，雷达系统的中央控制给其发送波控码及接收机的增益控制码等，并接收电磁环境监测系统监测到的电磁环境先验信息，包括电磁干扰信号的幅度、频率、角度信息等。4)新增的设备主要包括大带宽的电磁环境监测接收机、AD采集及信号处理单元及干扰特征存储数据库，用于接收及处理复杂环境中的干扰信号和干扰特征存储。

假设雷达系统工作时，设雷达工作中心频率为f₀，工作信号带宽为B，雷达系统波束主瓣指向θ₀，雷达天线长度为L_Radar，雷达天线阵元数为N，阵元间距为d，雷达波束的方位向扫描角范围为[Φ₁,Φ₂]度。无源侦收天线复用M个雷达天线阵元，因此天基雷达电磁频谱环境认知系统的天线长度为L＝L_RadarM/N。假设干扰信号来波方向为θ₁，干扰信号的带宽为B1(B1>B)，一般干扰信号的频带范围会包括雷达的工作频带。电磁环境监测接收机的工作频段范围为(f_L-f_H)。

如图1所示为本发明的处理流程框图，下面结合附图对本发明作进一步的介绍。

本发明干扰对抗方法，在雷达系统工作的同时，侦收干扰信号，用于干扰信号特征提取并进行干扰对抗，其具体步骤如下所示：

(1)雷达系统根据天基雷达电磁频谱环境认知系统天线长度L，计算无源侦收波束宽度

所述λ为雷达工作波长；k′＝0.886为常数；

(2)雷达系统计算电磁频谱环境认知系统在方位向的波束扫描次数p；

并计算出第i次波束扫描的波束指向

所述[Φ₁,Φ₂]为任务区域雷达波束的方位向扫描角范围。

(3)雷达系统根据第i次波束扫描的波束指向发送波控码，调整天基雷达电磁频谱环境认知系统的接收移相器、衰减器和时延补偿器，使得无源侦收波束指向为方向，i的初值为1；

(4)M个有源天线单元接收通道通过天线单元侦收干扰信号，接收的信号经限幅器、低噪放、衰减、移相和时延补偿后进入合路器进行合路，电磁环境监测接收机接收来自合路器的信号x_i(t)，并转发给AD采集及信号处理分析单元进行采集和信号处理，AD采集及信号处理分析单元对信号x_i(t)进行傅里叶变化处理，得到信号xi(t)的频谱信息X_i(f)，表示为X_i(f)＝^FFT(xi(t))；

当无源侦收波束指向时，x_i(t)包括干扰信号和来自无源侦收波束旁瓣方向(指向θ₀方向)的雷达回波信号，具体为：

其中，J(t)为干扰信号，s(t)为来自无源侦收波束旁瓣方向的雷达回波信号，u_{J_k}(t)为第k个干扰信号的幅度，u_s(t)为来自无源侦收波束旁瓣方向的雷达回波信号的幅度，K表示干扰信号总个数，θ_k表示第k个干扰信号的来波方向，为天基雷达电磁频谱环境认知系统中移相器对应的权值,a_r(θ₀)为来自无源侦收波束旁瓣方向的雷达回波信号的导向矢量，a_r(θ_k)为第k个干扰信号的干扰信号的导向矢量。

所述

d为阵元间距。

(5)AD采集及信号处理分析单元判断i是否大于p，如果不大于，则i的值加1，返回步骤(3)，否则说明天基雷达电磁频谱环境认知系统已经依次完成p次方位向的波束扫描，并得到相应的傅里叶变化处理结果，AD采集及信号处理分析单元画出p幅频谱结果图，进入步骤(6)；

(6)AD采集及信号处理分析单元根据p幅频谱结果图，以最接近雷达系统波束主瓣指向θ₀的波束扫描角对应的频谱图为主，其他的频谱图为辅，对干扰信号的频谱进行分析，并根据干扰信号情况的不同进行分段处理；

每个频段干扰信号表示为：X_{Ji_k}(f)＝X_i(f),f_{J1_k}≤f≤f_{J2_k}

其中，f_{J1_k}≤f≤f_{J2_k},k＝1,2,...,K为第k个干扰信号的频带范围。

所述的干扰信号频谱分析及分段处理方法具体为：1)情况1：当干扰信号远离信号带宽时，在频域上可以看出干扰信号的频带范围，如图2所示的干扰J1-干扰J4，均属于该情况，此时的干扰信号一般属于非蓄意干扰。设此种非蓄意的干扰信号个数为K1。2)情况2：当干扰信号完全覆盖了信号带宽，如图2所示的干扰J5，此时的干扰信号一般属于压制干扰，但由于干扰信号的带宽会比回波信号带宽宽，此时将信号带宽范围以外的干扰信号取出，该部分信号是纯干扰信号，没有受回波信号污染。将取出的纯干扰信号按照信号带宽的大小进行频段划分，分成K2段。所述K＝K1+K2。

(7)AD采集及信号处理分析单元分别对K个不同频段的干扰信号进行测向处理，获得K个干扰信号的来波方向估计值，对干扰信号进行定位；

第k个干扰信号的来波方向估计方法具体为：

1)对第k个干扰信号求频域归一化功率P_Jk(i)；

其中，NN为整个频谱的点数，k＝1,2,...,K，i＝1,2,...,p；

2)对p次波束扫描方向的干扰归一化功率取最大值，找到干扰归一化功率最大值对应的波束扫描次数如下所示：

3)第k个干扰信号的来波方向估计值 为第次波束扫描的波束指向。

(8)AD采集及信号处理分析单元判断雷达信号工作频带相邻的左右两段频带范围的干扰信号来波方向估计值是否相等，如果估计值相等且干扰信号的频域归一化功率随着波束扫描角变化的趋势一致的话，将这两段干扰信号合并成一个干扰信号，且新合并的干扰信号的频带范围为这两段干扰信号所在频带范围及雷达信号工作频带的并集；

(9)AD采集及信号处理分析单元一方面将提取到的干扰信号频带、来波方向信息存储在干扰特征存储数据库中，另一方面将上述信息反馈给雷达系统；当干扰信号的方向位于雷达波束的旁瓣方向，在雷达信号处理时，将干扰信号的来波方向作为一个先验信息对干扰方向进行陷零；当干扰信号的方向位于雷达波束的主瓣方向时，将雷达波束调整至对准干扰方向进行长时间照射，通过长时间的能量积累提高信干比，对干扰目标进行更详细的检测。

(10)雷达系统向天基雷达电磁频谱环境认知系统发送重新波束扫描的信号，并令i＝1，重复执行(3)～(9)，天基雷达电磁频谱环境认知系统对任务区域进行持续的方位波束扫描，不断更新感知信息，反馈给天基雷达系统，实现干扰对抗。

本发明在天基雷达系统的基础上构建天基雷达电磁频谱环境认知系统，本发明干扰对抗方法通过天基雷达电磁频谱环境认知系统连续多次对任务区域进行快速波束扫描，对多次采集的信号，截取雷达信号频带范围外的信号进行频谱分析，提取纯干扰信号的特征，快速获取了所有干扰信号的频段信息；根据各个干扰归一化功率随着波束扫描角变化来估计来波方向信息，得到电磁频谱环境感知先验信息，并反馈给雷达系统；同时不断地更新感知信息，使天基雷达系统具备干扰对抗的能力，在复杂电磁环境下仍保持目标探测跟踪能力。

实施例

仿真参数设置如下：雷达工作中心频率为f₀＝1.3GHz，波长为λ＝23.08cm，工作信号带宽为B＝10MHz，雷达系统波束主瓣指向θ₀＝0°，雷达天线阵元数为N＝24，阵元间距为d＝λ/2，雷达天线长度为L_Radar＝2.7692m。雷达波束的方位向扫描角范围为[-30°,30°]。无源侦收天线复用M＝12个雷达天线阵元，因此天基雷达电磁频谱环境认知系统的天线长度为L＝L_RadarM/N＝1.3846m。假设干扰1来波方向为θ₁＝-15°，干扰信号的中心频率为1.25GHz，带宽为B1＝20MHz(B1>B)；干扰2来波方向为θ₂＝15°，干扰信号的中心频率为1.3GHz，带宽为B2＝30MHz(B2>B)。干扰1和2的信号形式均为噪声调频干扰信号(连续波)，干扰信号和雷达回波信号的功率一样。电磁环境监测接收机的工作频段范围为1.1GHz-1.4GHz。

具体实施步骤如下：

(1)根据天基雷达电磁频谱环境认知系统天线单元的长度L＝1.3846m，计算无源侦收波束宽度

所述波长λ＝23.08cm；k′＝0.886为常数；

(2)计算天基雷达电磁频谱环境认知系统在方位向的波束扫描次数p；

并计算出多次波束扫描的波束指向为[-25.7697°，-17.3090°，-8.8483°，-0.3876°，8.0730°，16.5337°，24.9944°]；

所述[Φ₁,Φ₂]＝[-30°,30°]为任务区域雷达波束的方位向扫描角范围。

(3)雷达系统根据第i次波束扫描的波束指向发送波控码，调整天基雷达电磁频谱环境认知系统的接收移相器、衰减器和时延补偿器，使得无源侦收波束指向为方向，i的初值为1；

(4)M个有源天线单元接收通道通过天线单元侦收干扰信号，接收的信号经限幅、低噪放、衰减、移相和时延补偿后进入合路器进行合路，电磁环境监测接收机接收来自合路器的信号x_i(t)，并转发给AD采集及信号处理分析单元，AD采集及信号处理分析单元对信号x_i(t)进行傅里叶变化处理，得到信号x_i(t)的频谱信息X_i(f)，表示为X_i(f)＝FFT(x_i(t))；

x_i(t)包括干扰信号和来自无源侦收波束旁瓣方向(指向θ₀＝0°方向)的雷达回波信号，具体为：

其中，J(t)、s(t)分别为干扰信号和回波信号，u_{J_k}(t)、u_s(t)分别为第k个干扰信号和回波信号的幅度，K表示干扰信号个数，θ_k为表示第k个干扰信号的来波方向，d＝11.54cm为阵元间距，为电磁频谱环境认知系统的接收移相器对应的权值,a_r(θ₀)和a_r(θ_k)为目标回波信号和干扰信号的导向矢量；

(5)AD采集及信号处理分析单元判断i是否等于7，如果不等于，则i的值加1，返回步骤(3)，如果i的值等于7，则说明天基雷达电磁频谱环境认知系统已经依次完成7次方位向的波束扫描，并得到相应的傅里叶变化处理结果，AD采集及信号处理分析单元画出7幅频谱结果图，进入步骤(6)；

(6)根据7幅频谱结果图，以最接近雷达系统波束主瓣指向θ₀＝0°的波束扫描角对应的频谱图为主，如图3所示，其他的频谱图(如图4所示，接收波束指向为时，天基雷达电磁频谱环境认知系统采集的信号FFT处理结果)为辅，对干扰信号的频谱进行分析，并根据干扰信号情况的不同进行分段处理。

每个频段干扰信号表示为：X_{Ji_k}(f)＝X_i(f),f_{J1_k}≤f≤f_{J2_k}

其中，f_{J1_k}≤f≤f_{J2_k},k＝1,2,...,K为第k个干扰信号的频带范围。

根据信号频带范围为1295M-1305MHz可知，图中存在非蓄意的干扰和压制干扰。因此，对干扰信号进行分情况分段处理：1)情况1：非蓄意的干扰信号远离信号带宽范围，中心频率在1250MHz附近，带宽20MHz，此种非蓄意的干扰信号个数为K1＝1个，记为第1个干扰信号X_{Ji_1}(f)＝X_i(f),f_{J1_1}≤f≤f_{J2_1}，f_{J1_1}＝1240MHz,f_{J2_1}＝1260MHz；2)情况2：压制干扰，对于压制干扰将信号带宽范围以外的干扰信号取出，将取出的纯干扰信号按照信号带宽的大小进行频段划分，划分为K2(K2＝2)段，一是频段范围为1285MHz-1295MHz的干扰信号，记为第2个干扰信号X_{Ji_2}(f)＝X_i(f),f_{J1_2}≤f≤f_{J2_2}，其中f_{J1_2}＝1285MHz,f_{J2_2}＝1295MHz；另一是频段范围为1305MHz-1315MHz的干扰信号，记为第3个干扰信号X_{Ji_3}(f)＝X_i(f),f_{J1_3}≤f≤f_{J2_3}，其中f_{J1_3}＝1305MHz,f_{J2_3}＝1315MHz。所述K＝K1+K2＝3。

(7)对3个不同频段的干扰信号依次进行测向处理，获得3个干扰信号的来波方向估计值，对干扰信号进行定位；

第k个干扰信号的来波方向估计方法具体为：

1)对第k个干扰信号求频域归一化功率P_Jk(i)；

其中，NN＝170392为整个频谱的点数。

2)对7次波束扫描方向的干扰归一化功率取最大值，找到干扰归一化功率最大值对应的波束扫描次数和波束指向方向如下所示：

3)第k个干扰信号的来波方向估计值为：

对第1个干扰信号来波方向估计：将7次波束扫描分别对应的频域归一化功率求出，并画出干扰归一化功率随着波束扫描角变化趋势图，如图5中(a)所示，由图可以看出，干扰归一化功率最大值对应的波束扫描次数和波束指向方向因此，干扰信号1的来波方向估计值为与真实值(θ₁＝-15°)误差为2.3°。

对第2个干扰信号来波方向估计：将7次波束扫描分别对应的频域归一化功率求出，并画出干扰归一化功率随着波束扫描角变化趋势图，如图5中(b)所示，由图可以看出，干扰归一化功率最大值对应的波束扫描次数和波束指向方向因此，干扰信号2的来波方向估计值为与真实值(θ₂＝15°)误差为1.53°。

对第3个干扰信号来波方向估计：将7次波束扫描分别对应的频域归一化功率求出，并画出干扰归一化功率随着波束扫描角变化趋势图，如图5中(c)所示，由图可以看出，干扰归一化功率最大值对应的波束扫描次数和波束指向方向因此，干扰信号3的来波方向估计值为与真实值(15°)误差为1.53°。

(8)干扰信号2和干扰信号3的来波方向估计值均为且干扰归一化功率随着波束扫描角变化的趋势完全一致，因此，这两段干扰信号可合并成一个干扰信号，新的干扰信号的频带范围为干扰信号2的频带范围、干扰信号3以及信号工作频带的并集，即为(1285MHz～1315MHz)。

(9)将电磁频谱环境认知系统提取到的干扰信号的频带、来波方向等先验信息反馈给雷达系统，即干扰信号共有2个，干扰信号1来波方向-17.31°，频段范围为1240MHz～1260MHz；干扰信号2来波方向16.53°，频段范围为1285MHz～1315MHz。由于雷达波束的主瓣方向为θ₀＝0°，因此这2个干扰信号的方向均位于雷达波束的旁瓣方向，在雷达信号处理时，将干扰信号的来波方向作为一个先验信息对干扰方向进行陷零，实现干扰对抗。

本发明简单可靠，天基雷达电磁频谱环境认知系统实现了在雷达系统工作的同时侦收干扰信号，通过连续多次对任务区域进行快速波束扫描，对多次采集的信号进行处理，有效对干扰信号的频率范围和来波方向等特征提取，实现了干扰对抗。

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种天基雷达电磁频谱环境认知系统，其特征在于：包括M个有源天线单元接收通道、合路器、电磁环境监测接收机、AD采集及信号处理分析单元和干扰特征存储数据库；

每个有源天线单元接收通道包括一个天线单元、一个TR组件接收通道、一个衰减器、一个移相器和一个时延补偿器，天线单元接收雷达信号，该雷达信号经过TR组件接收通道的限幅器和低噪放进行限幅和放大，放大后的信号经衰减器和移相器加权处理后进入时延补偿器进行时延补偿，时延补偿后的信号输出给合路器；

M个时延补偿器输出的信号进入合路器进行合路，合路后的信号输出给电磁环境监测接收机，电磁环境监测接收机将接收的信号发送给AD采集及信号处理分析单元，AD采集及信号处理分析单元对接收的信号进行傅里叶变化处理和干扰信号频谱分析，对干扰信号进行定位，并将干扰信号频带和来波方向信息反馈给雷达系统，实现干扰对抗，同时将干扰信号频带和来波方向信息存储在干扰特征存储数据库中。

2.根据权利要求1所述的一种天基雷达电磁频谱环境认知系统，其特征在于：所述M个有源天线单元接收通道中的M个天线单元复用天基雷达的天线单元1～天线单元M，M个有源天线单元接收通道中的TR组件接收通道复用天基雷达TR组件1#～M#接收通道。

3.权利要求1所述天基雷达电磁频谱环境认知系统的干扰对抗方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)雷达系统根据天基雷达电磁频谱环境认知系统中的天线长度L计算无源侦收波束宽度

(2)雷达系统根据任务区域雷达波束的方位向扫描角范围[Φ₁,Φ₂]以及无源侦收波束宽度计算天基雷达电磁频谱环境认知系统在方位向的波束扫描次数p以及第i次波束扫描的波束指向

(3)雷达系统根据第i次波束扫描的波束指向发送波控码，调整天基雷达电磁频谱环境认知系统的接收移相器、衰减器和时延补偿器，使得无源侦收波束指向为方向，i的初值为1；

(4)M个有源天线单元接收通道通过天线单元接收信号，接收的信号经限幅器、低噪放、衰减、移相和时延补偿后进入合路器进行合路，电磁环境监测接收机接收来自合路器的信号x_i(t)，并转发给AD采集及信号处理分析单元进行采集和信号处理，AD采集及信号处理分析单元对信号x_i(t)进行傅里叶变化处理，得到信号x_i(t)的频谱信息X_i(f)；

(5)AD采集及信号处理分析单元判断i是否大于p，如果不大于，则i的值加1，返回步骤(3)，否则说明天基雷达电磁频谱环境认知系统已经依次完成p次方位向的波束扫描，并得到相应的傅里叶变化处理结果，AD采集及信号处理分析单元画出p幅频谱结果图，进入步骤(6)；

(6)AD采集及信号处理分析单元根据p幅频谱结果图，以最接近雷达系统波束主瓣指向θ₀的波束扫描角对应的频谱图为主，其他的频谱图为辅，对干扰信号的频谱进行分析，并根据干扰信号情况的不同进行分段处理；

(7)AD采集及信号处理分析单元依次对K个不同频段的干扰信号进行测向处理，获得K个干扰信号的来波方向估计值，对干扰信号进行定位；

(8)AD采集及信号处理分析单元判断雷达信号工作频带相邻的左右两段频带范围的干扰信号来波方向估计值是否相等，如果估计值相等且干扰信号的频域归一化功率随着波束扫描角变化的趋势一致的话，将这两段干扰信号合并成一个干扰信号，且新合并的干扰信号的频带范围为这两段干扰信号所在频带范围及雷达信号工作频带的并集；

(9)AD采集及信号处理分析单元一方面将提取到的干扰信号频带、来波方向信息存储在干扰特征存储数据库中，另一方面将上述信息反馈给雷达系统，以便雷达系统做出相应的干扰对抗处理；

(10)雷达系统向天基雷达电磁频谱环境认知系统发送重新波束扫描的信号，并令i＝1，重复执行(3)-(9)，天基雷达电磁频谱环境认知系统对任务区域进行持续的方位波束扫描，不断更新感知信息，反馈给天基雷达系统，实现干扰对抗。

4.根据权利要求3所述天基雷达电磁频谱环境认知系统的干扰对抗方法，其特征在于：所述步骤(1)中，利用如下公式计算无源侦收波束宽度

其中λ为雷达工作波长，k′＝0.886为常数。

5.根据权利要求3所述天基雷达电磁频谱环境认知系统的干扰对抗方法，其特征在于：所述步骤(2)中，利用公式计算天基雷达电磁频谱环境认知系统在方位向的波束扫描次数p，利用公式计算第i次波束扫描的波束指向

6.根据权利要求3所述天基雷达电磁频谱环境认知系统的干扰对抗方法，其特征在于：所述步骤(4)中，信号x_i(t)包括干扰信号和来自无源侦收波束旁瓣方向的雷达回波信号，具体为：

其中，J(t)为干扰信号，s(t)为来自无源侦收波束旁瓣方向的雷达回波信号，u_{J_k}(t)为第k个干扰信号的幅度，u_s(t)为来自无源侦收波束旁瓣方向的雷达回波信号的幅度，K表示干扰信号总个数，θ_k表示第k个干扰信号的来波方向，为天基雷达电磁频谱环境认知系统中移相器对应的权值,a_r(θ₀)为来自无源侦收波束旁瓣方向的雷达回波信号的导向矢量，a_r(θ_k)为第k个干扰信号的干扰信号的导向矢量，k＝1,2,...,K。

7.根据权利要求6所述天基雷达电磁频谱环境认知系统的干扰对抗方法，其特征在于：

d为阵元间距。

8.根据权利要求3所述天基雷达电磁频谱环境认知系统的干扰对抗方法，其特征在于：所述步骤(6)中，每个频段干扰信号表示为：X_{Ji_k}(f)＝X_i(f)，i＝1,2,...,p，其中，f_{J1_k}≤f≤f_{J2_k},k＝1,2,...,K为第k个干扰信号的频带范围；

对干扰信号的频谱进行分析，并根据干扰信号情况的不同进行分段处理的实现方式如下：

情况1：当干扰信号远离信号带宽时，在频域上能够看出干扰信号的频带范围，此时干扰信号一般属于非蓄意干扰，设此种非蓄意的干扰信号个数为K1；

情况2：当干扰信号完全覆盖了信号带宽时，此时干扰信号属于压制干扰，由于干扰信号的带宽比回波信号带宽大，此时将回波信号带宽范围以外的干扰信号取出，该部分信号是纯干扰信号，没有受回波信号污染；将取出的纯干扰信号按照信号带宽的大小进行频段划分，分成K2段；

K＝K1+K2。

9.根据权利要求3所述天基雷达电磁频谱环境认知系统的干扰对抗方法，其特征在于：所述步骤(7)中，利用如下方法获得第k个干扰信号的来波方向估计值，k＝1,2,...,K：

1)对第k个干扰信号利用如下公式求频域归一化功率P_Jk(i)：

其中，NN为整个频谱的点数，i＝1,2,...,p；

2)对p次波束扫描对应的第k个干扰信号归一化功率取最大值，利用如下公式找到该最大值对应的波束扫描次数

3)第k个干扰信号的来波方向估计值 为第次波束扫描的波束指向。

10.根据权利要求3所述天基雷达电磁频谱环境认知系统的干扰对抗方法，其特征在于：所述步骤(9)中，AD采集及信号处理分析单元将提取到的干扰信号频带、来波方向信息反馈给雷达系统后，当干扰信号的方向位于雷达波束的旁瓣方向时，在雷达信号处理时，雷达系统将干扰信号的来波方向作为先验信息对干扰方向进行陷零；当干扰信号的方向位于雷达波束的主瓣方向时，雷达系统将雷达波束调整至对准干扰方向进行长时间照射，通过长时间的能量积累提高信干比，对干扰目标进行详细检测。