CN112068084A - 基于方向谱的干扰回波与地杂波的识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于方向谱的干扰回波与地杂波的识别方法，包括：对接收的雷达时域回波进行预处理，获得低重频和路频谱图；对低重频和路频谱图上的每个频谱单元进行干扰检测，判断频谱单元是否受到干扰以及识别干扰到达时刻；计算地杂波距离门范围，当干扰到达时刻处于地杂波距离门范围内，对雷达时域回波中每条PRI的时域数据求取角误差，并对角误差线性拟合后获得斜率，通过该斜率判断低重频和路频谱图是否包含干扰回波；当干扰到达时刻不处于地杂波距离门范围内，判定低重频和路频谱图Psum包含干扰回波。本发明提供的方法，可靠性高、计算量小，能够有效的识别干扰回波和地杂波。

Description

基于方向谱的干扰回波与地杂波的识别方法
技术领域
本发明涉及机载雷达技术领域，具体涉及一种基于方向谱的干扰回波与地杂波识别方法。
背景技术
低空和超低空目标突防目前成为战争中的主要进攻手段之一。由于低空及地海面强杂波背景、目标小RCS特性、地球曲率以及复杂地形环境对电磁波的遮挡、衰减和多路径效应等因素，都加大了机载雷达下视时对低空目标的探测难度。机载雷达低空下视探测干扰目标，雷达会同时接收到干扰回波和地杂波。在中近距离作战时，地杂波信噪比很强，反应在频谱上的干扰回波与地杂波在功率特征上难以区分，信号处理容易将地杂波信号错误识别成干扰回波，使航迹关联上虚假干扰回波，丢失目标的可能性增大。
目前区分干扰回波和杂波的方法包含幅度分析法、等距离线积分法等。幅度分析法基于矩形图提取杂波幅度统计特征，运用神经网络完成杂波分类。但该法需要的样本数据量很大，其在雷达杂波识别的实际工程应用中受到限制。等距离线积分法就是将雷达的杂波频谱分解为有限数目的相等并相接的距离门，分别计算并汇总落入每一个距离门中的杂波回波。但是干扰回波在距离维上和杂波回波极有可能重合，这种情况下，等距离线积分法无法有效区分杂波回波和干扰回波。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于方向谱的干扰与杂波识别方法，能够有效地识别、抑制杂波信号，达到航迹正确关联干扰回波的效果，从而维持对干扰航迹的稳定跟踪。
本发明提供的一种基于方向谱的干扰回波与地杂波的识别方法，包括：(1) 对接收到的雷达时域回波进行预处理，获得低重频和路频谱图Psum；(2)对所述低重频和路频谱图Psum上的每个频谱单元进行干扰检测并获得单元干扰频率数，当单元干扰频率数与单元总频率数的比大于阈值M时，判定所述频谱单元受到干扰并识别干扰到达时刻NrJ；(3)计算地杂波距离门上限Nr1和地杂波距离门下限Nr2，当Nr1＜NrJ＜Nr2时，进入步骤(4)，否则判定所述低重频和路频谱图Psum包含干扰回波；(4)对所述雷达时域回波中每条PRI的时域数据求取角误差，并对所述角误差线性拟合后获得斜率k，当|k|大于阈值时，判定低重频和路频谱图Psum为地杂波，当|k|小于等于所述阈值时，判定所述低重频和路频谱图Psum包含干扰回波。
优选地，所述方法应用于雷达波束惯性系俯仰角<0.5°的低空下视态势环境。
优选地，在步骤(1)中，所述预处理包括但不限于通道校准、非相参积累、相参积累。
优选地，在步骤(2)中，通过对相邻频谱单元进行滑窗检测来识别干扰到达时刻NrJ。
优选地，在步骤(3)中，通过脉冲延时测距方法计算地杂波距离门上限Nr1和地杂波距离门下限Nr2
优选地，在步骤(4)中，通过单脉冲相位法对所述雷达时域回波中每条 PRI的时域数据求取角误差。
优选地，在步骤(4)中，所述阈值为9×10-5。
与现有技术相比，本发明的优点在于：根据地杂波与干扰回波在回波相位差特性表现形式的不同，通过判断干扰到达时刻与地杂波距离门范围的关系以及对角误差与距离门进行线性拟合，从而有效的识别地杂波和干扰回波，便于雷达对干扰回波建立航迹关联并提高跟踪精度。
附图说明
图1为本发明的基于方向谱的干扰回波与地杂波的识别方法的流程图；
图2为本发明的机载雷达探测下视目标时地杂波区域图；
图3为本发明实施例的机载下视干扰目标跟踪航迹俯仰维图；
图4为本发明实施例的第12646帧低重干扰频谱图；
图5为本发明实施例的第12646帧低重干扰角误差与距离门线性拟合图；
图6为本发明实施例的第13066帧低重地杂波频谱图；
图7为本发明实施例的第13066帧低重地杂波角误差与距离门线性拟合图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
基于方向谱的干扰回波与地杂波的识别方法，其原理如下：
(1)不同俯仰角产生的地面反射单元回波距离与角误差之间的关系。
机载阵列雷达采用单脉冲相位和差测角法，利用两个空间上分开天线(左右方位差阵面，上下俯仰差阵面)接收信号产生的相位差，以确定目标偏离波束指向角的大小，并通过形成和、差波束实现差信号归一化以判别目标位置偏离波束指向的方向。地面反射单元回波与雷达波束指向会产生角误差，随着俯仰角的变化，地杂波回波的俯仰角误差与和差功率谱进行归一化处理可得：
Figure BDA0002673524250000051
式中：d-阵元间距，λ-波长，
地面反射单元回波距离门与俯仰角之间的关系，如图2所示。地杂波距离门计算如下：
Figure BDA0002673524250000052
式中：fs-采样率，H-载机高度，c-光速；
因波束轴线指向和地面杂波反射单元的角误差可计算得到地面反射单元对应波束的俯仰角βi
βi＝β-Δβi
综合上式，理论上俯仰角误差与地面反射单元回波距离门之间的关系：
Figure BDA0002673524250000053
(2)基于最小二乘法拟合地面反射单元角误差Δβi与对应的距离门Nri的关系。
实际上因以下因素导致地面反射单元角误差Δβi与对应的距离门Nri的关系和理论推导不一致：
(a)天线波束角度指向偏大或者载机机动，天线和差方向图发生变化，零深电平抬高；
(b)地面不同反射单元的反射系数不一致，导致不同俯仰角对应的和差功率与理论规律不一致。
分析地面反射单元角误差Δβi与对应的距离门Nri的趋于线性分布关系，通过角误差与平均角误差平方和
Figure BDA0002673524250000061
最小为基准，拟合最优二者之间的线性关系。得到
Figure BDA0002673524250000062
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种基于方向谱的干扰回波与地杂波的识别方法中，其实现步骤如下：
步骤100：低空下视态势环境下(雷达波束惯性系俯仰角<0°)，对接收雷达时域回波进行通道校准、非相参积累等预处理，获得低重频和路频谱图Psum PEl。
步骤102：对低重频和路频谱图Psum上的每一个距离线上的频谱单元 (Nr,Nf)进行干扰检测并获得单元干扰频率数，当单元干扰频率数与单元总频率数的比值大于阈值M时，则判定该距离线上的频谱单元受到干扰。对相邻频谱单元进行滑窗检测来识别干扰到达时刻NrJ。
步骤104：判别干扰到达时刻NrJ是否处于地杂波距离门覆盖范围内。计算地杂波距离门上限Nr1和地杂波距离门下限Nr2。当Nr1＜NrJ＜Nr2时，进入步骤106，否则判定所述低重频和路频谱图Psum包含干扰回波。
地杂波距离门上限为波束上沿距离在低重频谱上的距离门数。地杂波距离门下限为波束下沿距离在低重频谱上的距离门数。
步骤106：对雷达时域回波中每条PRI的时域数据进行单脉冲相位法求取角误差。基于最小二乘法对距离门(Nr2,Nr1)内的角误差进行线性拟合，得到
Figure BDA0002673524250000071
判断拟合线性函数斜率k，当|k|大于9×10-5时，判定低重频和路频谱图Psum为地杂波，当|k|小于等于9×10-5时，判定所述低重频和路频谱图Psum包含干扰回波。
上述实施例提供的基于方向谱的干扰回波与地杂波的识别方法，通过航迹四维信息，计算地杂波覆盖范围；拟合干扰角误差与距离门，根据拟合线性函数斜率可以准确判断干扰是干扰回波还是地杂波。
实施例2
下面结合具体实验结果对本发明提出的一种基于方向谱的干扰回波与地杂波的识别方法作进一步说明。
本实施例中的步骤方法同实施例1，已知：载机高度H＝6km，载机速度V＝270m/s，目标机高度H＝3km，目标机速度V＝220m/s。目标机距离载机60km 进入，进入即释放干扰。雷达探测跟踪到干扰机航迹900#，干扰跟踪航迹俯仰维如图3所示。
步骤1a：对接收到的雷达时域回波进行预处理，获得第12646帧的非相参低重频谱，如图4所示。此时，俯仰角El＝-0.5797°。检测到干扰到达时刻 NrJ＝1462。
步骤1b：计算出地杂波距离门范围[40,42]。
步骤1c：因为干扰到达时刻NrJ不在地杂波距离门范围内，判断该干扰回波来自于干扰机。基于最小二乘法对距离门内[40,42]的角误差进行线性拟合，如图5所示，红色直线代表拟合的干扰角误差与距离门线性函数，角误差变化趋势缓慢，斜率较小，
Figure BDA0002673524250000081
步骤2a：对干扰机跟踪过程中，目标在做俯冲机动。对接收到的雷达时域回波进行预处理，获得在第13066帧的非相参低重频谱，检测到较强的地杂波和干扰回波，如图6所示。此时，俯仰角El＝-3.621°。干扰到达时刻为 NrJ＝1710。
步骤2b：计算出地杂波距离门范围为[1490,3910]。
步骤2c：因为干扰到达时刻在地杂波距离门范围内，即1490＜NrJ＜3910，判断该干扰可能来自于地杂波。
步骤2d：对雷达时域回波中每条PRI的时域数据进行单脉冲相位法求取角误差。基于最小二乘法对距离门内[1490,3910]的角误差进行线性拟合，如图7 所示。图7中直线部分为拟合结果，角误差变化趋势较为剧烈，斜率较大，
Figure BDA0002673524250000091
斜率k＝8.0899×10-4,大于9×10-5，因此判定该干扰回波来自于地杂波。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于方向谱的干扰回波与地杂波的识别方法，包括：
(1)对接收到的雷达时域回波进行预处理，获得低重频和路频谱图Psum；
(2)对所述低重频和路频谱图Psum上的每个频谱单元进行干扰检测并获得单元干扰频率数，当单元干扰频率数与单元总频率数的比大于阈值M时，判定所述频谱单元受到干扰并识别干扰到达时刻NrJ；
(3)计算地杂波距离门上限Nr1和地杂波距离门下限Nr2，当Nr1＜NrJ＜Nr2时，进入步骤(4)，否则判定所述低重频和路频谱图Psum包含干扰回波；
(4)对所述雷达时域回波中每条PRI的时域数据求取角误差，并对所述角误差线性拟合后获得斜率k，当|k|大于阈值时，判定低重频和路频谱图Psum为地杂波，当|k|小于等于所述阈值时，判定所述低重频和路频谱图Psum包含干扰回波。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法应用于雷达波束惯性系俯仰角<0.5°的低空下视态势环境。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述预处理包括但不限于通道校准、非相参积累、相参积累。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(2)中，通过对相邻频谱单元进行滑窗检测来识别干扰到达时刻NrJ。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(3)中，通过脉冲延时测距方法计算地杂波距离门上限Nr1和地杂波距离门下限Nr2。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(4)中，通过单脉冲相位法对所述雷达时域回波中每条PRI的时域数据求取角误差。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(4)中，所述阈值为9×10-5。
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