CN112881984B - 一种雷达信号抗干扰处理方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雷达信号抗干扰处理方法、装置及存储介质,该方法包括循环发射一个脉组,所述脉组包括多个不同频率编码的脉冲信号;对所述脉冲信号进行切片脉冲调制处理;接收经过切片脉冲调制处理后的信号;对接收到的信号进行匹配滤波处理。本发明实施例通过发射不同频率编码的脉冲信号,对于干扰机发射带调制的切片干扰信号具有优良的抗干扰能力,能够消除类似线性调频信号的干扰脉冲压缩后出现虚假峰值的情况,可提高雷达信号处理抗干扰效果。本发明可广泛应用于雷达信号处理技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及雷达信号处理技术领域,尤其是一种雷达信号抗干扰处理方法、装置及存储介质。
背景技术
但随着科技的不断进步,环境中的电磁波也变得日益复杂,复杂的电磁环境对雷达的正常运转造成了一定困扰,这就要求了雷达抗干扰性能需要随着复杂环境逐步提升。现代雷达普遍使用脉冲压缩体制,传统的非相参(噪声干扰)在信号处理过程中无法起到理想的干扰效果,需要提高功率才能达到较好的干扰效果。但是,时域脉冲压缩波束主副比通常较低,噪声、干扰较强时将直接影响弱小目标的有效检测。为了提高检测性能,在保留峰值能量的同时降低旁瓣电平以调高波束主副比。一般情况下,基于频率调制的连续信号一般可以通过对匹配滤波的权值进行加权的方式进行降低旁瓣,但是加权会导致信噪比的损失和主瓣展宽。非线性跳频信号无需加权直接进行匹配滤波就可得到信噪比较好的发射信号,但是工程应用比较少。相位编码信号是基于相位调制的伪随机编码信号,波形实现捷变且抗截获能力强,但是对多普勒比较敏感,容易引起脉压损失甚至不能进行脉冲压缩。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种雷达信号抗干扰处理方法、装置及存储介质。
本发明所采取的技术方案是:
一方面,本发明实施例包括一种雷达信号抗干扰处理方法,包括:
循环发射一个脉组,所述脉组包括多个不同频率编码的脉冲信号;
对所述脉冲信号进行切片脉冲调制处理;
接收经过切片脉冲调制处理后的信号;
对接收到的信号进行匹配滤波处理。
进一步地,所述方法还包括:
使用切片转发干扰分别对线性调频信号和频率编码信号进行干扰仿真处理;
根据仿真结果,设计所述脉组。
进一步地,所述脉组中第n个发脉冲信号表示为:
式中,为脉组中第n个脉冲信号,/>表示快时间,fc为发射信号载频,un(t)为第n个脉冲信号的脉内调制项,j为虚数。
进一步地,所述脉冲信号由一列点频窄脉冲信号随机排列拼接组成,每一个所述点频窄脉冲信号为一个码片,所述第n个脉冲信号的脉内调制项表示为:
式中,rect( )表示矩形函数,M为一个脉冲内的频率码片个数,Tsp为每个频率码片的时间宽度,fn=anΔf为第n个脉冲信号的频率编码序列,n表示脉冲在脉组中的索引,Δf为频率码片的频率间隔,且Δf=1/Tsp,a={a1,a2,…,aM}为频率编码系数,且a是由整数{0,1,…,M-1}的乱序重排,un(t)表示第n个脉冲信号的脉内调制项,j为虚数。
进一步地,所述循环发射一个脉组之前,使用离散频率编码波形在空域探测目标。
进一步地,不同频率编码的所述离散频率编码波形具有正交特性。
进一步地,所述述对所述脉冲信号进行切片脉冲调制处理这一步骤,具体包括:
使用采样切片脉冲串对所述脉冲信号进行采样,得到切片采样信号,
对所述切片采样信号进行切片脉冲调制处理。
进一步地,所述采样切片脉冲串具体表示为:
式中,n表示切片脉冲数量,t表示时间,u(t)为侦收到的雷达信号,τ为切片转发脉冲宽度,Ts切片转发脉冲重复周期,rect()表示矩形函数。
另一方面,本发明实施例还包括一种雷达信号抗干扰处理装置,包括:
至少一个处理器;
至少一个存储器,用于存储至少一个程序;
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行,使得所述至少一个处理器实现所述的雷达信号抗干扰处理方法。
另一方面,本发明实施例还包括计算机可读存储介质,其上存储有处理器可执行的程序,所述处理器可执行的程序在被处理器执行时用于实现所述的雷达信号抗干扰处理方法。
本发明的有益效果是:
本发明中由于使用不同频率编码的脉冲信号对于干扰机发射带调制的切片干扰信号具有优良的抗干扰能力,能够消除类似线性调频信号的干扰脉冲压缩后出现虚假峰值的情况,可提高雷达信号处理抗干扰效果。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本发明实施例所述雷达信号抗干扰处理方法的步骤流程图;
图2为本发明实施例所述MPRF模式雷达发射DFC信号与距离模糊模型示意图;
图3为本发明实施例所述典型DFC波形示意图;
图4为本发明实施例所述DFC信号的模糊函数示意图;
图5为本发明实施例所述切片脉冲调制原理图;
图6为本发明实施例所述线性调频信号加入干扰信号前的时频图;
图7为本发明实施例所述线性调频信号加入干扰信号时的时频图;
图8为本发明实施例所述线性调频信号加入干扰信号后的时频图;
图9为本发明实施例所述线性调频信号加入干扰信号的前后对比图;
图10为本发明实施例所述线性调频信号加入干扰后进行8脉冲积累前后对比图;
图11为本发明实施例所述线性调频信号加入干扰后进行8脉冲积累与不加干扰积累对比图;
图12为本发明实施例所述脉冲编码信号加入干扰信号前的时频图;
图13为本发明实施例所述脉冲编码信号加入的干扰信号时的时频图;
图14为本发明实施例所述脉冲编码信号加入干扰信号后的时频图;
图15为本发明实施例所述脉冲编码信号加入干扰前后对比图;
图16为本发明实施例所述脉冲编码信号加入干扰后8脉冲积累前后对比图;
图17为本发明实施例所述脉冲编码信号加入干扰后进行8脉冲积累与不加干扰积累对比图;
图18为本发明实施例所述频率相位编码脉冲信号加入干扰信号前的时频图;
图19为本发明实施例所述频率相位编码脉冲信号加入干扰信号时的时频图;
图20为本发明实施例所述频率相位编码脉冲信号加入干扰信号后的时频图;
图21为本发明实施例所述频率相位编码脉冲信号加入干扰前后对比图;
图22为本发明实施例所述频率相位编码脉冲信号加入干扰后进行8脉冲积累前后对比图;
图23为本发明实施例所述频率相位编码脉冲信号加入干扰后进行8脉冲积累与不加干扰积累对比图;
图24为本发明实施例所述雷达信号抗干扰处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下、前、后、左、右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的限制。
在本发明的描述中,若干的含义是一个或者多个,多个的含义是两个以上,大于、小于、超过等理解为不包括本数,以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的,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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
下面结合附图,对本申请实施例作进一步阐述。
参照图1,本发明实施例提出一种雷达信号抗干扰处理方法,包括:
S1.循环发射一个脉组,所述脉组包括多个不同频率编码的脉冲信号;
S2.对所述脉冲信号进行切片脉冲调制处理;
S3.接收经过切片脉冲调制处理后的信号;
S4.对接收到的信号进行匹配滤波处理。
针对步骤S1,本实施例中,雷达在MPRF(中脉冲重复频率)模式下使用DFC(离散频率编码)波形在空域探测目标,雷达在工作过程中循环发射N个脉冲信号,每个发射脉冲具有不同的频率编码。假设雷达发射脉冲重复频率为Tr,其最大不模糊距离为Rum=c*Tr/2,其中c为光速;雷达波束覆盖的空域内,当目标距离大于Rum时,脉冲信号的重复周期小于雷达回波到达时间,产生距离模糊。如图2所示,雷达回波中,不同模糊区域的目标回波叠加在一起到达雷达接收机。不同编码的DFC波形具有正交性,利用这种正交性,在回波处理中,在匹配滤波过程中,进行不同距离模糊区域的回波分离,达到距离解模糊目的。
在图2中,展示了使用5个不同频率编码的脉冲组成的一个发射脉组。
雷达循环发射一个脉组,脉组中第n个发射脉冲可以表示为:
式中,为脉组中第n个发射脉冲,/>表示快时间,fc为发射信号载频,un(t)为第n个发射脉冲的脉内调制项。
如图3所示,为一个典型DFC波形的示意图,发射脉冲由一列点频窄脉冲信号随机排列拼接组成,每一个点频信号称为一个码片。式(1)中信号的脉内调制项可以表示为
式中,rect( )表示矩形函数,M为一个脉冲内的频率码片个数,Tsp为每个频率码片的时间宽度,fn=anΔf为第n个发射脉冲的频率编码序列,n表示脉冲在脉组中的索引,Δf为频率码片的频率间隔,且Δf=1/Tsp,a={a1,a2,…,aM}为频率编码系数,且a是由整数{0,1,…,M-1}的乱序重排,un(t)表示第n个发射脉冲的脉内调制项。
DFC信号具有”图钉”型模糊函数,同时,不同编码的DFC信号,具有正交特性,如图4所示,分别为DFC信号的自模糊函数以及不同频率编码的DFC信号的互模糊函数。从互模糊函数没有峰值可以看出,不同编码的DFC信号具有正交性。
针对步骤S2,参照图5,图5为切片脉冲调制原理图,本实施例中,使用基于数字射频存储器(DRFM)的干扰技术相对于传统干扰更加有效。其中间歇采用转发干扰是一种常见的干扰样式。采样切片脉冲串可记为:
其中,u(t)为侦收到的雷达信号,τ为切片转发脉冲宽度,Ts切片转发脉冲重复周期,t表示时间,rect( )表示矩形函数;
则频域表达式为:
其中,fTs=1/Ts,U(f)为u(t)的频域形式。
雷达发射脉冲信号为x(t),则经过切片调制的脉冲信号一般会经过频率调制模拟期望距离的虚假目标回波,其形式为:
则其频谱为:
可见切片采样信号的频谱Xs(f)为源信号频谱周期延拓后的加权和,延拓周期为fTs。切片采样信号经过频率调制后被发送至雷达接收机,接收机匹配滤波器输出为:
ys(t)=xs(t)*h(t) (式7);
其中,h(t)为雷达匹配滤波器,通常有H(f)=X*(f)。
因此,输出信号的频谱为:
脉冲压缩雷达信号的带宽一般很大,能达到几百兆赫甚至上吉赫,所以我们很容易产生切片脉冲信号,其信号周期频率远小于调频信号带宽,这样原信号经过频谱频移后,其带宽大部分都还会落入雷达匹配滤波器带宽中,损失增益不大。一般的线性调频信号由于具有时频耦合性,频移nFq+ft的信号经过匹配滤波后的虚假目标位置将时延Δt=(nFq+ft)/K,各目标将在时间上以(Fq+ft)/K等间隔分布,形成多个假目标。
本实施例提出的雷达信号抗干扰处理方法还包括:
S5.使用切片转发干扰分别对线性调频信号和频率编码信号进行干扰仿真处理;
S6.根据仿真结果,设计所述脉组。
本实施例中,使用切片转发干扰分别对线性调频(LFM)信号、频率编码信号进行干扰效果研究,分析切片转发干扰对各种信号的干扰能力。
首先进行线性调频信号的仿真,雷达发射线性调频信号,时频图如图6-图8所示,其中图6表示截获接收机接收到雷达信号后,开始对接收信号采样,并进行特定调制后发射出去。如图7所示为截获接收机接收到雷达信号后,进行相应处理后发射给雷达的干扰信号的时频图。为了方便对比,假设干扰信号同时与目标的回波被雷达接收到,雷达接收到的目标信号以及干扰信号的时频图如图8所示。
雷达对接收到的信号进行匹配滤波处理,如图9所示,可了解单个脉冲的匹配滤波结果,在脉压结果中,除了目标以外,还存在四个小的峰值,即为干扰信号产生的虚假目标。其中干扰信号电平相对于真实目标为-16dB左右。实际上,由于干扰机发射信号直接被雷达接收到,而目标的后向散射为双程传播,且干扰机的发射功率可调,因此干扰信号的脉压峰值一般会和目标脉压结果相当或者大于目标回波信号,只是此处当真为了便于对比,因此设定目标后向散射回波强度与切片干扰信号的功率相当。
参照图10,图10为包含随机干扰信号的八个脉冲回波的积累结果。图10中显示,底噪被明显压低,干扰信号也由于切片干扰施加了随机频率调制,没有形成相干累加,电平也相较于原来降低。图11为八脉冲施加干扰或不施加干扰时的对比结果,由图11可知,干扰信号并未对积累后的底噪产生影响。
进行了线性调频信号切片转发干扰分析后,进行频率调制信号的干扰分析。使用相同的仿真方式进行信号仿真,图12为第一个频率编码脉冲的时频结果,图13为干扰机发射的切片干扰,干扰机同样对信号进行了预处理。图14为雷达接收到的目标回波以及干扰信号的时频结果。
使用频率编码信号时,在一个脉冲组之内每个脉冲发射不同的波形,即在该脉组内发射正交的信号,如果干扰机没能在一个脉冲时间内将干扰信号发射出去,在下一个脉冲时间内发射由上个脉冲得到的干扰信号,由于信号之间的正交,因此不会被当前脉冲脉冲压缩得到信噪比增益,反而被当成噪声,淹没在底噪内。
假设干扰机性能优异,在一个脉冲时间内,将接收到的雷达波形进行存储转发,并且为了达到特定的干扰效果对转发的干扰信号进行了频率调制。干扰机发射的干扰信号与一目标回波同时被雷达接收到。并且使用相应脉冲得到的匹配滤波器对回波信号进行匹配滤波。如图15所示为包含干扰和不包含干扰的回波信号的脉冲压缩结果。由该图15中发现,包含干扰的脉冲压缩结果(除真实目标外)在-22dB左右,基本上与不含干扰信号的底噪相同。对回波信号进行八脉冲积累处理,如图16所示为八脉冲积累前后的对比结果。底噪被明显压低,且由于干扰信号不相干,全部淹没在噪声中。图17为包含干扰与不包含干扰的八脉冲积累结果对比,对比结果发现包含干扰信号的积累结果噪声电平基本与不包含干扰信号的积累结果相同。
由以上结果可以看出,使用频率编码脉冲信号对于干扰机发射带调制的切片干扰信号具有优良的抗干扰能力,消除了类似LFM信号的干扰脉冲压缩后出现虚假峰值的情况。干扰信号带你平较LFM信号下降大于6dB。进而本实施例中,根据该分析结果,设计发射脉组为包括多个不同频率编码的脉冲信号,提高雷达信号处理抗干扰效果。
对于频率编码+相位调制信号,其信号参数更加复杂,对于截获机截获信号后希望通过分析信号参数施加干扰的策略,对于截获机非常困难。对于切片转发干扰,以下进行相应仿真。仿真条件与前述仿真类似。图18为发射信号的时频结果,图19为干扰机发射的切片干扰的时频结果。图20为雷达接收到的包含干扰信号的回波信号的时频结果。
雷达对接收到的信号进行匹配滤波处理,图21为包含干扰和不包含干扰的信号的脉压结果,由图21中可见,也没有明显的干扰峰值,最大的旁瓣为-22.81dB。图22为八脉冲信号积累前后结果。图23为包含干扰信号和不包含干扰信号的八脉冲接力结果对比,图23中结果显示,加入干扰信号后,会使积累后的底噪略微增加,此时可能会影响弱小信号的检测。
通过以上分析可以得出,所设计的低截获抗干扰雷达波形在传统干扰机的切片-频率调制转发模式下,利用编码随机性带来的正交特性以及频率调制带来的频率失配,使得干扰机干扰信号在匹配滤波过程中,无法获得匹配滤波增益,切片-频率调制转发式干扰失效是具有有效地实际意义。
本发明实施例所述雷达信号抗干扰处理方法具有以下技术效果:
本发明实施例通过发射不同频率编码的脉冲信号,对于干扰机发射带调制的切片干扰信号具有优良的抗干扰能力,能够消除类似线性调频信号的干扰脉冲压缩后出现虚假峰值的情况,可提高雷达信号处理抗干扰效果。
参照图24,本发明实施例还提供了一种雷达信号抗干扰处理装置200,具体包括:
至少一个处理器210;
至少一个存储器220,用于存储至少一个程序;
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器210执行,使得所述至少一个处理器210实现如图1所示的方法。
其中,存储器220作为一种非暂态计算机可读存储介质,可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。存储器220可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非暂态存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中,存储器220可选包括相对于处理器210远程设置的远程存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至处理器210。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
可以理解到,图24中示出的装置结构并不构成对装置200的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件布置。
如图24所示的装置200中,处理器210可以调取存储器220中储存的程序,并执行但不限于图1所示实施例的步骤。
以上所描述的装置200实施例仅仅是示意性的,其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现实施例的目的。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质存储有处理器可执行的程序,所述处理器可执行的程序在被处理器执行时用于实现如图1所示的方法。
本申请实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序,该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令,该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令,处理器执行该计算机指令,使得该计算机设备执行图1所示的方法。
可以理解的是,上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器,如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件,或者被实施为硬件,或者被实施为集成电路,如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上,计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的,术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外,本领域普通技术人员公知的是,通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据,并且可包括任何信息递送介质。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种雷达信号抗干扰处理方法,其特征在于,包括:
循环发射一个脉组,所述脉组包括多个不同频率编码的脉冲信号;
对所述脉冲信号进行切片脉冲调制处理;
接收经过切片脉冲调制处理后的信号;
对接收到的信号进行匹配滤波处理;
所述脉组中第n个脉冲信号表示为:
式中,为脉组中第n个脉冲信号,/>表示快时间,fc为发射信号载频,un(t)为第n个脉冲信号的脉内调制项,j为虚数;
所述脉冲信号由一列点频窄脉冲信号随机排列拼接组成,每一个所述点频窄脉冲信号为一个码片,所述第n个脉冲信号的脉内调制项表示为:
式中,rect()表示矩形函数,M为一个脉冲内的频率码片个数,Tsp为每个频率码片的时间宽度,fn=anΔf为第n个脉冲信号的频率编码序列,n表示脉冲在脉组中的索引,Δf为频率码片的频率间隔,且Δf=1/Tsp,a={a1,a2,…,aM}为频率编码系数,且a是由整数{0,1,…,M-1}的乱序重排,un(t)表示第n个脉冲信号的脉内调制项,j为虚数;
所述对所述脉冲信号进行切片脉冲调制处理这一步骤,具体包括:
使用采样切片脉冲串对所述脉冲信号进行采样,得到切片采样信号,
对所述切片采样信号进行切片脉冲调制处理;
所述采样切片脉冲串具体表示为:
式中,n表示切片脉冲数量,t表示时间,u(t)为侦收到的雷达信号,τ为切片转发脉冲宽度,Ts切片转发脉冲重复周期,rect()表示矩形函数。
2.根据权利要求1所述的一种雷达信号抗干扰处理方法,其特征在于,所述方法还包括:
使用切片转发干扰分别对线性调频信号和频率编码信号进行干扰仿真处理;
根据仿真结果,设计所述脉组。
3.根据权利要求1所述的一种雷达信号抗干扰处理方法,其特征在于,所述循环发射一个脉组之前,使用离散频率编码波形在空域探测目标。
4.根据权利要求3所述的一种雷达信号抗干扰处理方法,其特征在于,不同频率编码的所述离散频率编码波形具有正交特性。
5.一种雷达信号抗干扰处理装置,其特征在于,包括:
至少一个处理器;
至少一个存储器,用于存储至少一个程序;
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行,使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-4任一项所述的方法。
6.计算机可读存储介质,其特征在于,其上存储有处理器可执行的程序,所述处理器可执行的程序在被处理器执行时用于实现如权利要求1-4任一项所述的方法。
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