CN112485772B - 一种脉间捷变频雷达杂波抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脉间捷变频雷达杂波抑制方法，通过研究脉间捷变频信号模型慢时间相位关系，得到了一种基于零点调相的杂波抑制方法，利用信号跳频序列和杂波速度特征构建零点约束矩阵来产生杂波抑制滤波器，杂波抑制后进行目标参数估计进而实现脉间捷变频回波的相参积累，实现目标检测。本发明不需要获取纯净杂波样本来进行杂波分量对消，杂波速度特征容易获得，在工程实现中可以利用高性能数字信号处理器实时计算杂波抑制滤波器，也可以根据跳频序列提前计算并存储该杂波抑制滤波器参数，该方法鲁棒性强，工程易实现。

Description

一种脉间捷变频雷达杂波抑制方法

技术领域

本发明涉及雷达探测与信号处理领域，可用于脉间捷变频体制雷达对地物杂波的抑制，提出一种当雷达采用脉间捷变频体制来对抗干扰时，基于零点调相算法模型的杂波抑制方法。

背景技术

近年来，随着战场环境的日趋复杂和电子战的迅猛发展，转发式电子干扰得到了长足的进步，严重威胁雷达的战场生存和战术效能的发挥。为改变这一现状，脉间捷变频雷达体制开始被关注，通过在脉冲间不断的改变发射频率，雷达可以有效的欺骗干扰机的工作，达到不容易被干扰的目的。

传统雷达均是脉间同频的，在脉间同频体制下，雷达回波信号是一组平稳信号，因此可以在慢时间维做快速傅里叶变换来进行杂波抑制与目标速度检测。而脉间频率捷变雷达最大的特点就是在一组发射脉冲内每个脉冲的发射频率都不相同，所以雷达回波信号是非平稳信号，因此不能利用快速傅里叶变换方法将目标从杂波中分离出来。为解决这一问题，一种变参数的MTI滤波器杂波抑制方法被提出。传统的MTI滤波器不能满足脉间捷变频雷达的杂波对消要求，因此要根据频点变化来重新设计MTI滤波器系数，但频点变化又是随机的，所以这种方法很难找到最优的滤波器系数。除此之外，还有一种利用杂波空间来抑制杂波分量的方法。这种方法利用正交子空间投影思想，实现回波信号中杂波分量的抑制，但如何获取纯净的杂波空间在工程中几乎无法做到，因为实际回波中目标与杂波是在一起分不开的，因此该方法仅限于理论可行，在实际环境中很难应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种脉间捷变频雷达杂波抑制方法。脉间频率捷变雷达信号属于非平稳信号，其回波的初相跟频率有关，不是线性变化，无法使用传统的基于傅里叶变换的线性相参处理与杂波抑制。

本发明通过研究脉间捷变频信号模型慢时间相位关系，得到了一种基于零点调相的杂波抑制方法。该算法利用信号跳频序列和杂波速度特征构建零点约束矩阵来产生杂波抑制滤波器。杂波抑制后进行目标参数估计进而实现脉间捷变频回波的相参积累，实现目标检测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：

步骤1：相参捷变频雷达波形为a(t)，对于一个包含N个脉冲的CPI，发射信号为：

式中：T_r为脉冲重复间隔，f_c为射频基础频率，△f为脉间捷变频的频点间隔，M_n为第n个脉冲的频点序号，代入目标信息后的回波信号为：

其中：β＝2v/c为速度带来的多普勒系数；v是速度，c是光速，τ＝2R/c为距离带来的延时，R为目标到雷达的距离；

步骤2：将每一个脉冲使用对应的频率解调到基带，并采样基带信号，a((1+β)(t-τ)-nT_r)在脉冲间保持不变，并且βM_nΔf(τ′-τ)远小于1，得到目标在第n个脉冲的回波信号为：

其中，X为关于R和v的系数序列，定义噪声序列为w_n，目标散射点的距离R₀，速度为v₀，散射强度为ρ，则雷达接收到的回波信号为：

将约束矢量记为e^j(R,v)；

步骤3：对于一个包含N个脉冲的CPI，接收数据矩阵为：

Y＝[y₁,y₂,…,y_N] (5)

设零陷矩阵为C， _R ^*是目标的相位模糊距离，并非真实距离，_v ^*是零速的地杂波速度；

步骤4：再根据C构造零点约束矩阵：

P＝(I_N-C[C^HC]^-1C^H) (6)

将接收数据矩阵与零点约束矩阵相乘得到剔除地杂波后的数据矩阵Y_a，Y_a＝Y*P；

步骤5：根据目指信息确定目标速度搜索范围，通过搜索求解优化问题：

max(Y_a*w) (7)

解出R₀ ^*和v₀ ^*，得到最优滤波器系数:

w^*＝r(R₀ ^*,v₀ ^*) (8)

完成脉间捷变频雷达的相参处理y^*＝Y_a*w^*，相参积累之后，得到目标的真实距离R与速度v。

本发明的有益效果在于本发明中的杂波抑制方法不依赖于杂波环境，不需要获取纯净杂波样本来进行杂波分量对消。本发明利用信号跳频序列和杂波速度特征构建零点约束矩阵来产生杂波抑制滤波器，杂波速度特征容易获得，所以运算量仅与跳频序列中的频点数有关。在工程实现中可以利用高性能数字信号处理器实时计算杂波抑制滤波器，也可以根据跳频序列提前计算并存储该杂波抑制滤波器参数，该方法鲁棒性强，工程易实现。

附图说明

图1是本发明脉间捷变频信号杂波抑制工作流程图。

图2是本发明杂波抑制零陷图。

图3是本发明杂波抑制前后结果对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例中，杂波抑制工作流程：

第一步：接收一个CPI中每个脉冲的回波信号，经过采样、脉冲压缩，形成回波数据矩阵Y；

第二步：构造零陷矩阵C，式中：Tr为脉冲重复间隔；fc为射频基础频率；△f为脉间捷变频的频点间隔；M_n为第n个脉冲的频点序号；R^*是目标的相位模糊距离；v^*是零速(或零速附近)的地杂波速度。

第三步：构造零点约束矩阵P，P＝(I_N-C[C^HC]^-1C^H)；

第四步：将回波数据矩阵与零点约束矩阵相乘得到剔除地杂波后的数据矩阵Ya，Ya＝Y*P；

第五步：通过搜索求解优化问题，得到相参处理的最优滤波器系数w^*＝r(R₀ ^*,v₀ ^*)。

第六步：将回波数据矩阵与滤波器系数相乘，得到相参处理结果y^*＝Ya*w^*。

假设雷达参数：

场景内包含一个目标，地杂波速度段-3m/s到3m/s，Ku波段，脉间捷变频工作模式，起始频点12GHz，频点间隔为50MHz，发射脉冲为简单脉冲信号，脉冲重复频率为65KHz，一个脉组共10个频点、128个脉冲。

仿真中共设置两个目标，目标参数如下所示：

表1目标参数

采用本发明中提出的杂波抑制算法，在搜索目标真实速度前构造零点约束矩阵在杂波所在速度范围形成零陷。图2中可以看出本发明算法能在杂波所在速度范围形成零陷，有效抑制杂波。图3中可以看出杂波抑制前，目标和杂波混在一起，由于杂波很强，目标完全被杂波掩盖，无法检测出杂波。利用本发明算法后可以看出目标完全显露出来，获得了理想效果。由此可以看出，本发明提出的算法可以有效解决脉间捷变频雷达的杂波抑制问题，方法可行有效。

上述实施方式仅是本发明的一个具体实例，不会对本发明构成任何限制，显然，按照本发明的思想，可以进行不同实现方法的改进，但这些都在本发明的保护之列。

Claims (1)

1.一种脉间捷变频雷达杂波抑制方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1：相参捷变频雷达波形为a(t)，对于一个包含N个脉冲的CPI，发射信号为：

式中：T_r为脉冲重复间隔，f_c为射频基础频率，△f为脉间捷变频的频点间隔，M_n为第n个脉冲的频点序号，代入目标信息后的回波信号为：

其中：β＝2v/c为速度带来的多普勒系数；v是速度，c是光速，τ＝2R/c为距离带来的延时，R为目标到雷达的距离；

步骤2：将每一个脉冲使用对应的频率解调到基带，并采样基带信号，a((1+β)(t-τ)-nT_r)在脉冲间保持不变，并且βM_nΔf(τ′-τ)远小于1，得到目标在第n个脉冲的回波信号为：

其中，X为关于R和v的系数序列，定义噪声序列为w_n，目标散射点的距离R₀，速度为v₀，散射强度为ρ，则雷达接收到的回波信号为：

将约束矢量记为e^j(R,v)；

步骤3：对于一个包含N个脉冲的CPI，接收数据矩阵为：

Y＝[y₁,y₂,…,y_N] (5)

设零陷矩阵为C，R^*是目标的相位模糊距离，并非真实距离，v^*是零速的地杂波速度；

步骤4：再根据C构造零点约束矩阵：

P＝(I_N-C[C^HC]^-1C^H) (6)

将接收数据矩阵与零点约束矩阵相乘得到剔除地杂波后的数据矩阵Y_a，Y_a＝Y*P；

步骤5：根据目指信息确定目标速度搜索范围，通过搜索求解优化问题：

max(Y_a*w) (7)

解出R₀ ^*和v₀ ^*，得到最优滤波器系数:

w^*＝r(R₀ ^*,v₀ ^*) (8)

完成脉间捷变频雷达的相参处理y^*＝Y_a*w^*，相参积累之后，得到目标的真实距离R与速度v。