CN112269165A - 一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法及系统 - Google Patents

一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及雷达技术领域,具体公开了一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法及系统,方法为:在空域、极化域、波形域的至少一域中对自适应旁瓣对消系统(SLC)进行干扰;在空域对SLC进行干扰具体是指:使干扰信号的干扰源方向个数大于SLC的旁瓣对消重数;在极化域对SLC进行干扰具体是指:不断改变干扰信号的极化特性;在波形域对SLC进行干扰具体是指:不断改变干扰信号的干扰样式或调制参数。本发明在极化域、波形域等通过增加干扰信号的快速变化,增强干扰的非平稳性,干扰的不平稳性会导致SLC取样本的准确度下降,从而影响对消效果,降低雷达SLC的效能;在空域等通过增加干扰信号的自由度,使得干扰自由度大于SLC参考天线数量,可明显增加干扰效果。

Description

一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法及系统
技术领域
本发明涉及雷达技术领域,尤其涉及一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法及系统。
背景技术
电磁环境日益复杂,需要雷达对环境的感知能力不断提高。电磁干扰的复杂性和多样性会导致雷达的目标检测能力严重下降。干扰可以分为多种类型,例如连续波干扰、转发式干扰与脉冲干扰等。当连续波干扰从旁瓣进入时,现代雷达普遍采用自适应旁瓣对消技术(SLC)抑制有源干扰,而其强抗干扰性能使得干扰车单纯依靠提高干扰功率的方法不再奏效。
发明内容
本发明提供一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法及系统,解决的技术问题在于:如何对自适应旁瓣对消系统进行加扰,从而达到破坏雷达的自适应旁瓣对消功能的目的。
为解决以上技术问题,本发明提供一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法,包括步骤:
在空域、极化域、波形域的至少一域中对自适应旁瓣对消系统进行干扰;
在空域对所述自适应旁瓣对消系统进行干扰具体是指:使干扰信号的干扰源方向个数大于自适应旁瓣对消系统的旁瓣对消重数;
在极化域对所述自适应旁瓣对消系统进行干扰具体是指:不断改变干扰信号的极化特性;
在波形域对所述自适应旁瓣对消系统进行干扰具体是指:不断改变干扰信号的干扰样式或调制参数。
优选的,所述极化特性包括水平极化和垂直极化。
优选的,所述干扰样式不小于16种。
优选的,所述干扰样式的改变间隙不大于1us。
优选的,所述调制参数包括密集假目标的目标间距、幅度大小,噪声干扰的输出间断比。
对应于上述方法,本发明还提供一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰系统,至少包括空域控制单元、极化控制单元和波形控制单元中的一个单元;
所述空域控制单元用于使干扰信号的干扰源方向个数大于自适应旁瓣对消系统的旁瓣对消重数;
所述极化控制单元用于不断改变干扰信号的极化特性;
所述波形控制单元用于不断改变干扰信号的干扰样式或调制参数。
优选的,所述极化特性包括水平极化和垂直极化。
优选的,所述干扰样式不小于16种。
优选的,所述干扰样式的改变间隙不大于1us。
优选的,所述调制参数包括密集假目标的目标间距、幅度大小,噪声干扰的输出间断比。
本发明提供的一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法及系统,在极化域、波形域等通过增加干扰信号的快速变化,增强干扰的非平稳性,干扰的不平稳性会导致自适应旁瓣对消系统(也可简称SLC)取样本的准确度下降,从而影响对消效果,降低雷达SLC的效能;在空域通过增加干扰信号的自由度,使得干扰自由度大于SLC参考天线数量,可明显增加干扰效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的现有自适应旁瓣对消系统的对消原理示意图;
图2是本发明实施例1提供的一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法的设计思路示意图;
图3是本发明实施例1提供的采用变极化干扰与传统干扰时雷达SLC的对消效果对比图;
图4是本发明实施例1提供的采用不同极化控制方式时雷达SLC的对消效果对比图;
图5是本发明实施例1提供的对消3个干扰时的天线方向图;
图6是本发明实施例1提供的多方位饱和干扰时的天线方向图;
图7是本发明实施例2提供的一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰系统的一个示例图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式,实施例的给出仅仅是为了说明目的,并不能理解为对本发明的限定,包括附图仅供参考和说明使用,不构成对本发明专利保护范围的限制,因为在不脱离本发明精神和范围基础上,可以对本发明进行许多改变。
现代雷达普遍采用自适应旁瓣对消技术(SLC)抑制有源干扰,而其强抗干扰性能使得干扰车单纯依靠提高干扰功率的方法不再奏效。
典型的N通道开环自适应旁瓣对消的对消原理如图1所示。当存在旁瓣干扰时,SLC系统通过某一最佳准则实时计算并修正辅助天线的权值,使得雷达天线的合方向图在干扰方向凹陷置零,从而有效抑制从旁瓣进人的干扰信号。图1中,M是主天线,接收信号为VM(t),A1、A2、…An是辅助天线,接收信号为V1(t)、V2(t)…Vn(t),设加权系数为W,SLC系统输出:
Z(t)=VM(t)-WHVA(t) (1)
其中,WH是W的共轭转置矩阵,VA(t)=[V1(t),V2(t)...Vn(t)]T
对消的目的就是使对消后输出端的剩余功率最小,即使E[|Z(t)|2]最小。选择合适的加权系数Wopt,使得对消器输出Z(t)和参考通道信号VA(t)正交,即
Figure BDA0002736864490000031
可求得最佳权向量为:
Figure BDA0002736864490000041
其中,
Figure BDA0002736864490000042
是VA(t)的协方差矩阵。
Figure BDA0002736864490000043
是VA(t)和VM(t)的互协方差矩阵。
SLC根据采样样本采样方式的不同,可分为三类不同的方法:
1)休止区采样:在雷达探测范围之外的无回波区域进行样本采集,计算权值用于全量程对消,休止区采样的方法目前仅在一些较老体制的雷达中使用;
2)固定窗口采样:使用几个固定距离段计算权值(人工可设)用于全量程对消,计算权值用的距离段不能覆盖全量程,固定窗口采样是目前防空反导雷达所采用的主流方式;
3)实时采样:对全量程进行距离分段,每个距离段实时计算权值用于本距离段的对消。该方式从原理上能有效对消变极化干扰,但实时采样、实时对消的方式对雷达的实时信号处理能力有极高的要求,并且也会对主瓣接收信号进行对消,从而影响雷达探测性能。目前采用实时采样、实时对消处理的雷达尚未开展大规模应用和列装。
以下实施例主要针对采样方式为休止区采样或固定窗口采样的SLC。
实施例1
如图2所示的设计思路,本实施例提供一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法,包括步骤:
在空域、极化域、波形域的至少一域中对自适应旁瓣对消系统进行干扰。
其中,在空域对所述自适应旁瓣对消系统进行干扰具体是指:使干扰信号的干扰源方向个数大于自适应旁瓣对消系统的旁瓣对消重数,这种干扰方式也称为分布式协同干扰对抗SLC。
在极化域对所述自适应旁瓣对消系统进行干扰具体是指:不断改变干扰信号的极化特性,这种干扰方式也称为变极化对抗SLC。
在波形域对所述自适应旁瓣对消系统进行干扰具体是指:不断改变干扰信号的干扰样式或调制参数,这种干扰方式也称为干扰波形捷变对抗SLC。
(1)分布式协同干扰对抗SLC
SLC系统具有一定的局限性,当干扰源方向个数不大于旁瓣对消重数(辅助天线个数)时,可有效对消来自旁瓣的干扰信号,而当干扰源方向个数大于旁瓣对消重数时,SLC系统无法找到使所有干扰方向均形成零点的权值解,从而使得ASLC系统失效,对旁瓣干扰信号的抑制能力会大大减弱。
仿真场景构造:设SLC系统的主天线采用线阵天线,阵元个数为40个,阵元间距为1个雷达信号半波长。采用3个辅助天线进行对消,干扰入射角分别取θ=[4°,-8°,-26°]。由图3可知,当干扰源数目不大于辅助天线个数时,SLC系统能有效地在干扰入射角方向凹陷置零。当采用四部干扰车分别从θ=[4°,-8°,-26°,20°]四个方向进行干扰时,通过多方位饱和干扰经SLC后的雷达天线方向如图4所示。当干扰源个数大于辅助天线个数时,SLC系统并不能在所有干扰方向都形成明显的凹口,例如在θ=-26°的干扰方向上,图3中的增益为-59dB,而图4中的增益为-28dB,在干扰方向上的天线增益提高了近30dB。整体相比较而言,通过多方位饱和干扰可将干扰方向上的天线增益至少可提高15dB以上。
(2)变极化对抗SLC
利用雷达主辅通道极化不一致特性,不断改变干扰信号极化特性,从而达到破坏雷达的SLC功能的目的。例如,雷达SLC采样区采集水平极化干扰样本并计算权值矩阵,当发射垂直极化干扰信号时,由于主辅通道相对垂直极化的响应不同,基于水平极化样本计算的权值矩阵不再是最优的,将导致对消性能的下降。图5所示为固定距离段采样的雷达,当主辅通道间存在极化不一致性时,采用变极化干扰与传统定极化干扰时雷达SLC的对消效果。由图6可知,采用变极化干扰方式后,对消比由29dB降低至5dB。
(3)干扰波形捷变对抗SLC
通过干扰波形捷变可增加干扰的非平稳性,从而达到破坏SLC的目的。
SLC系统对旁瓣进入的干扰信号进行对消时,分为休止期(权值计算时问)和工作期(对消时间)两个阶段,雷达利用休止期内计算得到的权值来对消下一个工作期内从旁瓣进入的干扰信号,显然,如果在一个工作周期内,雷达所处的信号环境没有变化,或者变化很缓慢时,权值可视为不变,旁瓣干扰信号能被有效对消;而如果在这段时间内外界的干扰信号发生了很大的变化,权值也随之变化,则用休止期得来的权值无法完全对消工作期内的旁瓣干扰。
方法1:干扰样式的快速变化,比如噪声压制干扰、相参压制干扰和欺骗干扰之间的切换。
方法2:干扰调制参数的快速变化,比如密集假目标的目标间距、幅度大小变化,噪声干扰的输出间断比变化等。
主要技术指标:极化捷变种类:≮16种;极化捷变时间:不大于1us;对抗SLC的得益:≥10dB。
本实施例提供的一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法,在极化域、波形域等通过增加干扰信号的快速变化,增强干扰的非平稳性,干扰的不平稳性会导致自适应旁瓣对消系统(也可简称SLC)取样本的准确度下降,从而影响对消效果,降低雷达SLC的效能;在空域等通过增加干扰信号的自由度,使得干扰自由度大于SLC参考天线数量,可明显增加干扰效果。本方法不仅发射干扰信号的功率低,不会对其他用频设备产生干扰,还能实现方位域欺骗,对抗SLC的得益。
实施例2
对应于实施例1,本实施例提供一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰系统(或装置、设备),至少包括空域控制单元、极化控制单元和波形控制单元中的一个单元;
所述空域控制单元用于使干扰信号的干扰源方向个数大于自适应旁瓣对消系统的旁瓣对消重数;
所述极化控制单元用于不断改变干扰信号的极化特性;
所述波形控制单元用于不断改变干扰信号的干扰样式或调制参数。
关于这三个单元能实现的功能,实施例1已经进行了详尽描述,本实施例不再赘述。
在本实施例中,若只改变干扰信号的干扰样式,波形控制单元可以是六位移相器,应用在对消器中,对消器还包括天线单元、收发单元、射频矩阵以及上下变频与中频源组成,如图7所示。其中天线单元由两个天线阵组成,分为接收天线以及两个发射天线。收发单元有功分器、大功率开关、发射机等组件组成。接收天线收到的信号送入射频矩阵,信号通过下变频器送入中频信号源。中频信号源转发信号到射频矩阵,分为两路信号进入发射天线,其中一路发射天线前安排六位移相器,用来调节相位,六位移相器则可以实现64种极化方式,实现相位调整。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法,其特征在于,包括步骤:在空域、极化域、波形域的至少一域中对自适应旁瓣对消系统进行干扰;
在空域对所述自适应旁瓣对消系统进行干扰具体是指:使干扰信号的干扰源方向个数大于自适应旁瓣对消系统的旁瓣对消重数;
在极化域对所述自适应旁瓣对消系统进行干扰具体是指:不断改变干扰信号的极化特性;
在波形域对所述自适应旁瓣对消系统进行干扰具体是指:不断改变干扰信号的干扰样式或调制参数。
2.如权利要求1所述的一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法,其特征在于:所述极化特性包括水平极化和垂直极化。
3.如权利要求2所述的一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法,其特征在于:所述干扰样式不小于16种。
4.如权利要求3所述的一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法,其特征在于:所述干扰样式的改变间隙不大于1us。
5.如权利要求1所述的一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰方法,其特征在于:所述调制参数包括密集假目标的目标间距、幅度大小,噪声干扰的输出间断比。
6.一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰系统,其特征在于:至少包括空域控制单元、极化控制单元和波形控制单元中的一个单元;
所述空域控制单元用于使干扰信号的干扰源方向个数大于自适应旁瓣对消系统的旁瓣对消重数;
所述极化控制单元用于不断改变干扰信号的极化特性;
所述波形控制单元用于不断改变干扰信号的干扰样式或调制参数。
7.如权利要求6所述的一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰系统,其特征在于:所述极化特性包括水平极化和垂直极化。
8.如权利要求6所述的一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰系统,其特征在于:所述干扰样式不小于16种。
9.如权利要求6所述的一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰系统,其特征在于:所述干扰样式的改变间隙不大于1us。
10.如权利要求6所述的一种作用于自适应旁瓣对消系统的干扰系统,其特征在于:所述调制参数包括密集假目标的目标间距、幅度大小,噪声干扰的输出间断比。
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