CN111665475A - 雷达主瓣干扰抑制方法及装置、电子设备、存储介质 - Google Patents

雷达主瓣干扰抑制方法及装置、电子设备、存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种雷达主瓣干扰抑制方法及装置、电子设备、存储介质。该方法包括：接收第一雷达信号；对所述第一雷达信号进行去斜处理，获得第二雷达信号；根据所述第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号；对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号。该方法实现了对雷达主瓣干扰的有效抑制。

Description

雷达主瓣干扰抑制方法及装置、电子设备、存储介质
技术领域
本申请涉及雷达技术领域，特别涉及一种雷达主瓣干扰抑制方法及装置、电子设备、存储介质。
背景技术
雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。当雷达的回波信号受到干扰时，将影响其获取目标信息的准确性。
移频转发干扰信号是一种对雷达发射信号进行频率调制后生成的干扰信号。通常移频转发干扰信号的脉冲宽度与雷达信号相同，二者在时域上和频域都存在重叠。因此采用常规的时域选通和频域滤波方法无法有效地对干扰信号进行抑制。
发明内容
本申请实施例提供了一种雷达主瓣干扰抑制方法，有效地实现了雷达干扰信号的抑制。
本申请提供了一种雷达主瓣干扰抑制方法，所述方法包括：
接收第一雷达信号；
对所述第一雷达信号进行去斜处理，获得第二雷达信号；
根据所述第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号；
对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号。
在一实施例中，所述根据所述第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号之前，所述方法还包括：
根据所述第二雷达信号的最大峰值，计算峰值门限；
根据所述峰值门限，确定高于所述峰值门限的峰值对应时刻为所述第二雷达信号的峰值时刻。
在一实施例中，所述根据所述第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号，包括：
根据所述第二雷达信号的峰值时刻，确定干扰分量对应的瞬时频率；
根据所述干扰分量对应的瞬时频率，获得第一重构干扰信号。
在一实施例中，所述根据所述第二雷达信号的峰值时刻，确定干扰分量对应的瞬时频率，包括：
采用以下公式，根据所述第二雷达信号的峰值时刻，确定第i个干扰分量对应的瞬时频率：
fre(i)＝-μ[tst(i)-tref]
其中，tst(i)表示第i个峰值时刻，tref表示去斜处理中的参考信号时延，μ表示信号的调频斜率。
在一实施例中，所述对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号，包括：
计算最佳干扰抑制因子；
利用所述最佳干扰抑制因子，对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号。
在一实施例中，所述计算最佳干扰抑制因子，包括：
根据预设的搜索范围和步长，计算所述搜索范围内的干扰抑制因子的各个取值对应的平均检测门限；
选取平均检测门限取最小值时对应的干扰抑制因子为所述最佳干扰抑制因子。
在一实施例中，所述利用所述最佳干扰抑制因子，对所述第一重构干扰信号与第二雷达接收信号进行对消处理，获得目标回波信号，包括：
对所述第一重构干扰信号作傅里叶变换并取模，得到第二重构干扰信号；
对所述第二雷达接收信号作傅里叶变换并取模，得到第三雷达接收信号；
采用以下公式，获得目标回波信号：
|Sre(f)|＝|Rst(f)|-wopt|Jre(f)|
其中，|Jre(f)|代表第二重构干扰信号，|Rst(f)|代表第三雷达接收信号，wopt代表最佳干扰抑制因子，|Sre(f)|代表目标回波信号。
另一方面，本申请还提供了一种雷达主瓣干扰抑制装置，所述装置包括：
信号获取模块，用于接收第一雷达信号；
去斜处理模块，用于对所述第一雷达信号进行去斜处理，获得第二雷达信号；
重构干扰信号获取模块，用于根据所述第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号；
对消处理模块，用于对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号。
进一步地，本申请还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行本申请实施例提供的雷达主瓣干扰抑制方法。
进一步地，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序可由处理器执行以完成本申请实施例提供的雷达主瓣干扰抑制方法。
本申请上述实施例提供的技术方案，通过接收第一雷达信号，对第一雷达信号进行去斜处理，获得第二雷达信号，再根据第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号，对第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号，有效地实现了雷达主瓣干扰的抑制。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请一实施例提供的雷达主瓣干扰抑制方法的应用场景示意图；
图2为本申请一实施例提供的雷达主瓣干扰抑制方法的流程示意图；
图3为本申请一实施例提供的第二雷达信号的时域图；
图4为本申请一实施例提供的第一重构干扰信号的时域图；
图5为本申请一实施例提供的平均检测门限的变化曲线图；
图6为本申请一实施例提供的目标回波信号的时域图；
图7为本申请一实施例提供的雷达主瓣干扰抑制装置的框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1为本申请实施例提供的雷达主瓣干扰抑制方法的应用场景示意图。该应用场景包括服务端110。该服务端110可以是服务器、服务器集群或者云计算中心。服务端110可以采用实施例提供的雷达主瓣干扰抑制方法，实现对雷达主瓣干扰的有效抑制。
在一实施例中，上述应用场景还可以包括雷达120。雷达120向目标发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，服务端110可以从雷达120获取雷达的回波信号，进而服务端110可以采用本申请提供的方法，实现雷达主瓣干扰的抑制。
本申请还提供了一种电子设备。该电子设备可以是图1所示的服务端110。如图1所示，服务端110可以包括处理器111和用于存储处理器111可执行指令的存储器112；其中，该处理器111被配置为执行本申请提供的雷达主瓣干扰抑制方法。
存储器112可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(Static RandomAccess Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Red-OnlyMemory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序可由处理器111执行以完成本申请提供的雷达主瓣干扰抑制方法。
图2为本申请实施例提供的雷达主瓣干扰抑制方法的流程示意图。如图2所示，该方法包括以下步骤S210-S240。
步骤S210：接收第一雷达信号。
其中，第一雷达信号是指雷达设备直接接收到的回波信号。本步骤中，接收的第一雷达信号包括了目标回波信号和干扰信号。其中，干扰信号可以是主瓣干扰，主瓣干扰指的是从雷达主瓣进来的干扰。
步骤S220：对所述第一雷达信号进行去斜处理，获得第二雷达信号。
第一雷达信号可以表示为目标回波信号与干扰信号的叠加。设目标所在距离为Rt，目标回波信号可以表示为
Figure BDA0002544897430000061
其中，f0为雷达载频，μ表示信号的调频斜率，T表示信号的脉冲宽度，Δt1＝2Rt/c是目标回波的双程传播延迟时间，
Figure BDA0002544897430000071
表示回波信号的相位。
移频干扰信号可以表示为
Figure BDA0002544897430000072
去斜处理指的是在雷达信号处理中，将接收到的回波信号与参考信号的复共轭相乘。参考信号是指与雷达发射信号调频斜率相同且延迟若干单位后得到的信号。参考信号可以表示为
sref(t)＝exp[j2πf0(t-tref)+jπμ(t-tref)2] (3)
其中，tref表示参考信号相对于发射信号的延时。
本步骤中，经过去斜处理后得到第二雷达信号。
步骤S230：根据所述第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号。
经过去斜处理的干扰信号可以表示为
Figure BDA0002544897430000073
对经过去斜处理的干扰信号做傅里叶变换，再取模，可以得到：
Figure BDA0002544897430000074
由式(5)可知，经过去斜处理后，多次移频干扰信号转变为多个单频信号的叠加，即产生了多个独立分布的假目标。
本步骤中，根据主瓣干扰的能量特性，干扰信号的能量比目标回波的能量强很多，容易分辨出干扰信号的峰值时刻。根据第二雷达信号中的干扰信号的峰值时刻，重构去斜处理之后的干扰信号，获得第一重构干扰信号。第一重构干扰信号与接收到的干扰信号的峰值位置相同。
步骤S240：对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号。
其中，对消处理是指在第二雷达信号中消去第一重构干扰信号。由步骤S230可知，第一重构干扰信号与接收到的干扰信号的峰值位置是相同的，因此，可以对第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号。
本申请上述实施例提供的技术方案，通过接收第一雷达信号，对第一雷达信号进行去斜处理，获得第二雷达信号，再根据第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号，对第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号，有效地实现了雷达主瓣干扰的抑制。
在一实施例中，根据所述第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号之前，所述方法还包括：根据第二雷达信号的最大峰值，计算峰值门限；根据峰值门限，确定高于所述峰值门限的峰值对应时刻为所述第二雷达信号的峰值时刻。
经过去斜处理后，干扰信号的能量明显比目标回波的能量强，因此，可以确定一峰值门限，确定高于该峰值门限的峰值对应时刻都是干扰信号产生的。本步骤中，首先根据第二雷达信号的最大峰值，计算峰值门限。在一实施例中，可以是将最大峰值减去10dB作为峰值门限。之后，根据峰值门限，确定高于该峰值门限的峰值对应时刻为第二雷达信号的峰值时刻。
在一实施例中，所述根据所述第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号，包括：根据所述第二雷达信号的峰值时刻，确定干扰分量对应的瞬时频率；根据所述干扰分量对应的瞬时频率，获得第一重构干扰信号。
由式(5)可知，去斜处理后，多次移频干扰信号转变为了多个单频信号的叠加，第i个干扰分量的瞬时频率为：
fst(i)＝fi-f0-μΔt2+μtref (6)
第i个干扰分量对应的峰值时刻为
tst(i)＝-(fi-f0)/μ+Δt2 (7)
由式(6)和式(7)可知，去斜处理后干扰分量的瞬时频率与峰值时刻是对应的。因此，尽管不知道干扰分量的起始频率fi，仍然可以通过去斜处理后的信号峰值时刻，重构与峰值时刻对应的去斜处理后的干扰分量的瞬时频率。
在一实施例中，可以采用以下公式，根据所述第二雷达信号的峰值时刻，确定第i个干扰分量对应的瞬时频率：
fre(i)＝-μ[tst(i)-tref] (8)
式(8)可以由式(6)和式(7)联立得出。由于信号的调频斜率μ和参考信号的时延tref都是已知的，根据第i个干扰信号的峰值时刻tst(i)可以确定第i个干扰分量对应的瞬时频率fre(i)。
之后，根据第i个干扰分量对应的瞬时频率，可以重构去斜处理后的幅度归一化干扰信号，获得第一重构干扰信号。第一重构干扰信号可以表示为：
Figure BDA0002544897430000091
在一实施例中，对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号，可以包括：计算最佳干扰抑制因子；利用所述最佳干扰抑制因子，对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号。
虽然第一重构干扰信号的各个频率分量是已知的，但是接收信号中假目标的幅度与重构假目标幅度的关系是未知的，因此不能将接收信号与第一重构干扰信号直接相减来获得目标回波信号。干扰抑制因子即是对第一重构干扰信号幅度的线性调整。最佳干扰抑制因子是指干扰抑制因子在此值时，接收信号中的目标回波最容易被检测。在一实施例中，利用干扰抑制因子，对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号，可以包括：
对所述第一重构干扰信号作傅里叶变换并取模，得到第二重构干扰信号|Jre(f)|，第二重构干扰信号可以表示为：
Figure BDA0002544897430000101
对所述第二雷达接收信号作傅里叶变换并取模，得到第三雷达接收信号|Rst(f)|；
采用以下公式，获得目标回波信号：
|Sre(f)|＝|Rst(f)|-wopt|Jre(f)| (11)
其中，|Jre(f)|代表第二重构干扰信号，|Rst(f)|代表第三雷达接收信号，wopt代表最佳干扰抑制因子，|Sre(f)|代表目标回波信号。
在一实施例中，计算最佳干扰抑制因子，可以包括：根据预设的搜索范围和步长，计算所述搜索范围内的干扰抑制因子的各个取值对应的平均检测门限；选取平均检测门限取最小值时对应的干扰抑制因子为所述最佳干扰抑制因子。
其中，预设的搜索范围可以根据干扰的强度确定，通常为0-30dB。平均检测门限是指利用单元平均恒虚警(CA-CFAR)检测原理计算出的检测门限。根据线性调频信号的参数，以2/B作为检测单元的宽度，待检测单元两侧保护单元数为Np，参考单元数为Nr(即左右各Nr/2个)，虚警概率为Pfa，则对于第i个距离分辨单元，其检测门限为：
Thi＝ρZ (12)
其中，
Figure BDA0002544897430000111
表示Nr个参考单元对应的幅度平均，
Figure BDA0002544897430000112
表示门限加权系数。
根据预设的搜索范围和步长，将干扰抑制因子在搜索范围内的各个取值代入式(11)，再根据单元平均恒虚警(CA-CFAR)检测原理，计算每个干扰抑制因子对应的平均检测门限。之后，选取平均检测门限取最小值时对应的干扰抑制因子为所述最佳干扰抑制因子，此时最佳干扰抑制因子代入式(11)后得出的即是目标回波信号。
在一实施例中，可以利用仿真软件来模拟雷达信号的干扰抑制过程。仿真参数为：雷达发射脉冲宽度为T＝50μs，调频斜率为μ＝10×104MHz/s，对应带宽为B＝5MHz，去斜处理参考窗口宽度为Tref＝100μs，多次移频干扰的移频参数为Δfi＝[-0.2,-0.3,0.1,0.2,0.3]B，干信比为JSR＝25dB，信噪比SNR＝10dB。仿真生成的第一雷达信号经过去斜处理得到第二雷达信号，第二雷达信号如图3所示。
根据图3，可以确定第二雷达信号的峰值时刻。图3显示，第二雷达信号的最大峰值为25dB左右，将该最大峰值减去10dB，获得峰值门限为15dB。之后，找到高于15dB的峰值位置，根据预设的参考信号的时延，代入式(8)可以获得干扰分量的瞬时频率为-1.5MHz，-1MHz，0.5MHz，1MHz，1.5MHz。根据干扰分量的瞬时频率，代入式(9)可以获得第一重构干扰信号，如图4所示。
随后，设置干扰抑制因子的搜索范围为[0，100]，步进量为0.01，按照上述实施例提供的方法，计算每个干扰抑制因子对应的平均检测门限，如图5所示。从图5可以得出，当干扰抑制因子取值为w＝17.86时，平均检测门限取得最小值，将w＝17.86转化为dB值可得wopt＝25.0376。这与仿真初始设置的干信比JSR＝25dB十分接近，表明了该方法的可行性。经过干扰抑制后的目标回波信号如图6所示。
下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请上述雷达主瓣干扰抑制方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请雷达主瓣干扰抑制方法实施例。
图7为本申请一实施例示出的雷达主瓣干扰抑制装置的框图。如图7所示，所述装置包括：信号获取模块710、去斜处理模块720、重构干扰信号获取模块730和对消处理模块740。
信号获取模块710，用于接收第一雷达信号。
去斜处理模块720，用于对所述第一雷达信号进行去斜处理，获得第二雷达信号。
重构干扰信号获取模块730，用于根据所述第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号。
对消处理模块740，用于对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号。
上述装置中各个模块的功能和作用的实现过程具体详见上述雷达主瓣干扰抑制方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种雷达主瓣干扰抑制方法，其特征在于，所述方法包括：
接收第一雷达信号；
对所述第一雷达信号进行去斜处理，获得第二雷达信号；
根据所述第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号；
对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号。
2.根据权利要求1所述的雷达主瓣干扰抑制方法，其特征在于，所述根据所述第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号之前，所述方法还包括：
根据所述第二雷达信号的最大峰值，计算峰值门限；
根据所述峰值门限，确定高于所述峰值门限的峰值对应时刻为所述第二雷达信号的峰值时刻。
3.根据权利要求1所述的雷达主瓣干扰抑制方法，其特征在于，所述根据所述第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号，包括：
根据所述第二雷达信号的峰值时刻，确定干扰分量对应的瞬时频率；
根据所述干扰分量对应的瞬时频率，获得第一重构干扰信号。
4.根据权利要求3所述的雷达主瓣干扰抑制方法，其特征在于，所述根据所述第二雷达信号的峰值时刻，确定干扰分量对应的瞬时频率，包括：
采用以下公式，根据所述第二雷达信号的峰值时刻，确定第i个干扰分量对应的瞬时频率：
fre(i)＝-μ[tst(i)-tref]
其中，tst(i)表示第i个峰值时刻，tref表示去斜处理中的参考信号时延，μ表示信号的调频斜率。
5.根据权利要求1所述的雷达主瓣干扰抑制方法，其特征在于，所述对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号，包括：
计算最佳干扰抑制因子；
利用所述最佳干扰抑制因子，对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号。
6.根据权利要求5所述的雷达主瓣干扰抑制方法，其特征在于，所述计算最佳干扰抑制因子，包括：
根据预设的搜索范围和步长，计算所述搜索范围内的干扰抑制因子的各个取值对应的平均检测门限；
选取平均检测门限取最小值时对应的干扰抑制因子为所述最佳干扰抑制因子。
7.根据权利要求5所述的雷达主瓣干扰抑制方法，其特征在于，所述利用所述最佳干扰抑制因子，对所述第一重构干扰信号与第二雷达接收信号进行对消处理，获得目标回波信号，包括：
对所述第一重构干扰信号作傅里叶变换并取模，得到第二重构干扰信号；
对所述第二雷达接收信号作傅里叶变换并取模，得到第三雷达接收信号；
采用以下公式，获得目标回波信号：
|Sre(f)|＝|Rst(f)|-wopt|Jre(f)|
其中，|Jre(f)|代表第二重构干扰信号，|Rst(f)|代表第三雷达接收信号，wopt代表最佳干扰抑制因子，|Sre(f)|代表目标回波信号。
8.一种雷达主瓣干扰抑制装置，其特征在于，所述装置包括：
信号获取模块，用于接收第一雷达信号；
去斜处理模块，用于对所述第一雷达信号进行去斜处理，获得第二雷达信号；
重构干扰信号获取模块，用于根据所述第二雷达信号的峰值时刻，获得第一重构干扰信号；
对消处理模块，用于对所述第一重构干扰信号与第二雷达信号进行对消处理，获得目标回波信号。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行权利要求1-7任意一项所述的雷达主瓣干扰抑制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序可由处理器执行以完成权利要求1-7任意一项所述的雷达主瓣干扰抑制方法。
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