CN112363120A - 基于二维分数阶傅里叶变换的移频干扰鉴别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于雷达抗干扰领域，针对自卫式移频干扰识别概率低、难以有效抑制问题，提出了一种基于二维分数阶傅里叶变换(2D‑FRFT)的移频干扰鉴别方法。首先，对一个相干处理间隔回波分别进行相参积累和2D‑FRFT处理；其次，对两种离散化处理结果进行幅度修正和目标检测；然后，根据噪声平均功率确定鉴别门限；最后，根据两种处理方式下目标对应关系，取峰值差，对比门限鉴别目标真伪。本发明无需已知长度为雷达发射信号的受干扰回波，能够对抗单分量、多分量移频干扰，处理模型由二维降为一维，该方法同样适用仅具备脉冲压缩功能、不具备相参积累功能雷达。

Description

基于二维分数阶傅里叶变换的移频干扰鉴别方法
技术领域
本发明属于雷达抗干扰领域，适用线性调频脉冲多普勒雷达，解决自卫式移频干扰识别准确率低、难以有效抑制问题。
背景技术
脉冲多普勒雷达在空间监视、武器控制、导弹告警等领域应用广泛，因其固有电子防护特性，被定义为“下一代威胁雷达”。线性调频(LFM)信号是脉冲多普勒雷达常用信号形式之一，通过控制信号时宽、带宽可同时获得高的距离分辨率和远作用距离。LFM固有“距离-多普勒”耦合特点，该特点能够确保雷达对目标多普勒具备高的容忍度，但也易遭受转发式干扰攻击，基于数字射频存储装置的移频干扰就是针对该弱点设计的典型干扰样式。干扰信号由截获全脉冲雷达信号移频调制生成，自卫式干扰下经雷达匹配滤波生成导前或滞后真实目标的单个或多个距离假目标，由于干扰信号附带干扰机自身运动产生的多普勒频率，假目标与真实目标高度相似，干扰识别难度大。
目前，信号层对抗移频干扰方法主要集中于干扰识别和干扰抑制。文献[冯有前,余付平,高大化,等.稀疏分解在雷达移频干扰抑制方法的应用研究[J].计算机工程与应用,2012,48(6):129-130]利用真实回波与干扰信号时延、初始频率上的差异，构造过完备波形字典，利用压缩感知算法重构真实回波，但真实回波数量未知时，无法确定稀疏度。文献[HANBALI S B,KASTANTIN R.Countering a self-protection frequency-shiftingjamming against LFM pulse compression radars[C].International Journal ofElectronics and Telecommunications,2017,63(2):145-150]通过设计调频斜率捷变LFM降低假目标相参性，经相参积累实现干扰抑制，但由于未有效剔除干扰，高干信比条件下，干扰信号同样可生成众多虚假目标。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于二维分数阶傅里叶变换(2D-FRFT)的移频干扰鉴别方法，以解决自卫式移频干扰识别准确率低、难以有效抑制问题。技术方案包括以下步骤：
步骤(一)：对一个相干处理间隔回波快时间脉冲压缩、慢时间相参积累，结果为：
Figure BDA0002759111220000011
其中，
Figure BDA0002759111220000012
分别为真实回波、第l个移频干扰分量和噪声相参积累结果；
Figure BDA0002759111220000021
为快时间，fm为多普勒频率；Tr为雷达脉冲重复周期，λ为波长，c为光速，M为相参积累个数；Tp为雷达发射LFM信号的脉宽，B为带宽，k为调频斜率；Rt为干扰机初始距离，vt为径向速度，σ为反射系数；L为移频干扰分量数，Ajl、fjl分别为第l个干扰分量幅度和移频量。
步骤(二)：根据雷达发射信号调频斜率k，确定最优阶次pk＝acot(-k)/(π/2)，设2D-FRFT阶次p1＝pk、p2＝1，计算回波(pk,1)阶2D-FRFT，结果为：
Figure BDA0002759111220000022
其中，
Figure BDA0002759111220000023
分别为真实回波、第l个移频干扰分量和噪声(pk,1)阶2D-FRFT结果；u、v分别代表为回波2D-FRFT的u域和v域；α＝πp1/2为旋转角度。
步骤(三)：对回波相参积累和2D-FRFT结果进行幅度修正：
Figure BDA0002759111220000024
Figure BDA0002759111220000025
其中，
Figure BDA0002759111220000026
分别为修正后相参积累和2D-FRFT结果，N为发射信号时域采样点数，N1为回波信号采样点数，
Figure BDA0002759111220000027
为尺度因子，fs为采样频率。经上述修正，真实目标相参积累、2D-FRFT峰值均等于σ，干扰信号2D-FRFT峰值等于Ajl，相参积累峰值为Ajl(1-|fjl|/B)。
步骤(四)：结合异常值检测常用“3σ”准则，为减少误判，设计干扰鉴别门限为：
Figure BDA0002759111220000028
其中，
Figure BDA0002759111220000029
分别为修正后回波相参积累和2D-FRFT噪声平均功率，通过取中位数得到。根据回波相参积累、2D-FRFT中目标对应关系取峰值，根据下式鉴别真假目标：
Figure BDA00027591112200000210
其中，Peak1、Peak2分别为回波2D-FRFT和相参积累结果中的目标(真实目标或假目标)峰值。
本发明的有益效果说明：
(1)处理对象为一个相干处理间隔内的回波信号，无需已知长度为雷达发射信号的受干扰回波；
(2)可适用单分量移频干扰和多分量移频干扰，即使当干扰机存在瞬时机动，该方法同样适用。
(3)处理模型由二维降为一维，该方法同样适用仅具备脉冲压缩功能、不具备相参积累功能雷达。
附图说明
附图1是本发明的方法步骤流程图；
附图2是回波相参积累结果；
附图3是回波二维分数阶傅里叶变换结果；
附图4是干扰识别结果；
附图5是真实目标识别准确率随信噪比变化曲线；
附图6是干扰识别准确率随干信比变化曲线；
附图7是干扰识别准确率随移频量变化曲线；
附图8是真实目标识别准确率和干扰识别准确率随加速度变化曲线。
具体实施方法
下面结合附图对本发明基于二维分数阶傅里叶变换的移频干扰鉴别方法进行详细描述。参照附图1，具体实施步骤如下所示：
(1)对一个相干处理间隔回波快时间脉冲压缩、慢时间相参积累；
(2)根据雷达发射信号调频斜率，确定最优阶次pk，计算回波(pk,1)阶2D-FRFT；
(3)对两种离散化处理结果进行幅度修正和目标检测；
(4)根据噪声平均功率，“3σ”准则确定鉴别门限，根据两种处理方式下目标对应关系，取峰值差，对比门限鉴别目标真伪。
实施条件：在以下参数条件下进行仿真实验：
表1雷达、目标和干扰参数
Figure BDA0002759111220000031
Figure BDA0002759111220000041
雷达载频400MHz，脉冲重复频率2000Hz，相参积累个数为128，发射信号为LFM脉冲信号，脉宽50us，带宽4MHz，采样频率16MHz；干扰机为点目标，径向距离31km，多普勒频率250Hz；移频干扰包含6个分量，移频量分别为-3MHz、-2MHz、-1MHz、1MHz、2MHz、3MHz。设信噪比为-5dB、干信比为0dB，对一个CPI回波分别进行相参积累和2D-FRFT处理，幅度修正后的回波处理结果分别如图2、图3所示，图4为干扰鉴别结果。为评估算法对真实目标是否存在误判，设信噪比取-20dB至10dB，间隔2dB，运行蒙特卡洛仿真500次，图5为真实目标识别准确率随信噪比变化曲线。设信噪比分别取-15dB、-10dB、-5dB，干信比取-10dB至30dB，间隔2dB，干扰移频量2MHz，图6为干扰识别准确率随干信比变化曲线。同理，信噪比取-15dB、-10dB、-5dB，干信比取10dB，干扰移频量取0.1MHz至3.7MHz，间隔0.2MHz，干扰识别准确率随移频量变化曲线如图7所示；信噪比取-15dB，干信比取10dB，干扰移频量取2MHz，真实目标加速度取0m/s2至750m/s2，间隔75m/s2，图8为真实目标识别准确率和干扰识别准确率随加速度变化曲线。通过附图2、附图3可以看出，真实回波经相参积累峰值等于1，干扰峰值随移频量增加而减小，而真实回波、干扰信号经2D-FRFT处理，峰值均接近于1。通过附图4可以看出，真假目标被有效鉴别。通过附图5可以看出，不同信噪比条件下真实目标识别准确率接近100％。通过附图6、附图7可以看出，干扰识别准确率同时受信噪比、干信比、干扰移频量影响，信噪比、干信比越高，移频量越大，干扰识别准确率也越高。通过附图8可以看出，目标存在瞬时机动时，该方法同样适用，目标瞬时机动导致多普勒展宽，依据峰值差异鉴别干扰效能受噪声影响相应增大，当加速度增大至525m/s2时，干扰识别准确率低于70％。

Claims (4)

1.基于二维分数阶傅里叶变换的移频干扰鉴别方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤(一)对一个相干处理间隔回波快时间脉冲压缩、慢时间相参积累；
步骤(二)根据雷达发射信号调频斜率，确定回波快时间最优阶次pk，计算回波(pk,1)阶二维分数阶傅里叶变换；
步骤(三)对步骤(一)回波相参积累结果、步骤(二)回波二维分数阶傅里叶变换结果分别进行幅度修正和目标检测；
步骤(四)根据噪声平均功率，“3σ”准则确定鉴别门限，根据两种处理方式下目标对应关系取峰值差，对比门限鉴别目标真伪。
2.根据权利要求1所述的基于二维分数阶傅里叶变换的移频干扰鉴别方法，其特征在于，步骤(三)中对回波相参积累和二维分数阶傅里叶变换结果进行幅度修正的方法具体为：
Figure FDA0002759111210000011
Figure FDA0002759111210000012
其中，
Figure FDA0002759111210000013
Xr(u,v)分别为修正前回波相参积累和二维分数阶傅里叶变换结果，
Figure FDA0002759111210000014
Figure FDA0002759111210000015
为修正后结果；
Figure FDA0002759111210000016
为快时间，fm为多普勒频率；u、v分别代表为二维分数阶傅里叶变换u域和v域；M为相参积累个数，N为发射信号时域采样点数，N1为回波信号时域采样点数，k为发射信号调频斜率，
Figure FDA0002759111210000017
为尺度因子，fs为采样频率。
3.根据权利要求1所述的基于二维分数阶傅里叶变换的移频干扰鉴别方法，其特征在于，步骤(三)确定鉴别门限的方法具体为：
Figure FDA0002759111210000018
其中，th为干扰鉴别门限，max[·]表示取最大值，
Figure FDA0002759111210000019
分别为幅度修正后回波相参积累和二维分数阶傅里叶变换噪声平均功率，取中位数得到。
4.根据权利要求1所述的基于二维分数阶傅里叶变换的移频干扰鉴别方法，其特征在于，步骤(三)中通过取目标峰值差、对比门限鉴别目标真伪的方法具体为：
Figure FDA00027591112100000110
其中，Peak1、Peak2分别为回波二维分数阶傅里叶变换和相参积累结果中的目标峰值。
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