CN113030874B - 基于频控阵雷达的近距离主瓣干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频控阵雷达的近距离主瓣干扰抑制方法，基于设定的频偏和频控阵雷达的发射信号，对获取的接收信号进行接收处理，对于单目标单干扰情况，且已知干扰点的距离、角度信息及目标点的距离信息后，得到设定目标的距离数据；对所述接收信号进行幅值估计处理，并利用消元法对接收信号中的多组信号进行处理，得到仅包含目标信息的接收信号，完成对近距离单元的主瓣干扰进行抑制。

Description

基于频控阵雷达的近距离主瓣干扰抑制方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种基于频控阵雷达的近距离主瓣干扰抑制方法。

背景技术

随着电子战装备以及电子对抗措施(ECM)领域专项技术的不断发展，各种各样具有特定干扰效果的雷达有源压制和欺骗干扰样式相继被提出，给现代雷达对战场干扰环境的感知能力和抗干扰能力提出了新的挑战。对于副瓣来向的有源干扰信号，相控阵雷达可采用超低副瓣天线、副瓣匿影、副瓣对消或自适应副瓣置零等抗副瓣干扰技术进行有效抑制，这些技术目前已在实际工程中广泛应用并取得了良好的效果，基本解决了雷达副瓣干扰问题。然而当干扰来自天线主瓣或近主瓣区域时：在空域上，干扰和目标均在主瓣波束范围内，获得相近的雷达增益；在时域上，干扰强度大；在样式上，主瓣干扰具有多种类型，包括扫频式噪声干扰、转发式欺骗干扰、灵巧干扰、杂乱脉冲干扰等等。对于主瓣进入的有源干扰，现有较为成熟的抗副瓣干扰技术已经基本失效，而雷达应对主瓣干扰的手段仍十分有限，未能形成有效的对抗措施，严重制约了各类预警探测雷达的实战性能。正因为此，如何有效地抑制主瓣干扰已经成为现代雷达电子反对抗中亟待解决的共性难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于频控阵雷达的近距离主瓣干扰抑制方法，特别是对近距离单元的主瓣干扰进行抑制。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于频控阵雷达的近距离主瓣干扰抑制方法，包括以下步骤：

基于设定的频偏和频控阵雷达的发射信号，对获取的接收信号进行接收处理，对于单目标单干扰情况，且已知干扰点的距离、角度信息及目标点的距离信息后，得到设定目标的距离数据；

对所述接收信号进行幅值估计处理，并利用消元法对接收信号中的多组信号进行处理，得到仅包含目标信息的接收信号，完成对近距离单元的主瓣干扰进行抑制。

其中，基于设定的频偏和频控阵雷达的发射信号，对获取的接收信号进行接收处理，对于单目标单干扰情况，且已知干扰点的距离、角度信息及目标点的距离信息后，得到设定目标的距离数据，包括：

基于设定的频偏以及任一个频控阵雷达的发射阵元的基带波形，生成对应的发射信号；

基于发射接收联合导向矢量、所述基带波形和回波信号复幅度生成对应的回波信号；

对所述回波信号进行处理，生成对应的接收信号，对所述接收信号进行混频，并利用所述基带波形对混频后的所述接收信号进行匹配滤波，并结合设定目标点的多个干扰目标的距离信息，得到对应的所述设定目标点的距离数据。

其中，对所述接收信号进行幅值估计处理，并利用消元法对接收信号中的多组信号进行处理，得到仅包含目标信息的接收信号，完成对近距离单元的主瓣干扰进行抑制，包括：

利用接收信号中的同脉冲内的多个信号，对所述接收信号进行幅值估计处理，在估计的干扰点的幅值、距离，并已知干扰的角度信息后，重构干扰点的接收信号；

使用消元法，将雷达接收信号减去重构干扰点的接收信号得到仅包含目标信息的接收信号。

本发明的一种基于频控阵雷达的近距离主瓣干扰抑制方法，基于设定的频偏和频控阵雷达的发射信号，对获取的接收信号进行接收处理，得到设定目标点的距离数据；对所述接收信号进行滤波处理，并利用消元法对接收信号的多组信号进行处理，得到仅包含目标信息的接收信号，完成对近距离单元的主瓣干扰进行抑制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种基于频控阵雷达的近距离主瓣干扰抑制方法的步骤示意图。

图2是本发明提供的频控阵雷达单干扰单目标场景图。

图3是本发明提供的频偏为0KHz时脉冲压缩结果图。

图4是本发明提供的频偏为1KHz时脉冲压缩结果图。

图5是本发明提供的频偏为10KHz时脉冲压缩结果图。

图6是本发明提供的频偏为20KHz时脉冲压缩结果图。

图7是本发明提供的目标/干扰的幅值估计。

图8是本发明提供的主瓣干扰抑制之后的归一化角度-距离平面图。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是多个或多个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图2，本发明提供一种基于频控阵雷达的近距离主瓣干扰抑制方法，包括以下步骤：

S101、基于设定的频偏和频控阵雷达的发射信号，对获取的接收信号进行接收处理，对于单目标单干扰情况，且已知干扰点的距离、角度信息及目标点的距离信息后，得到设定目标的距离数据。

具体的，对于频控阵雷达中，假设存在一个干扰和一个目标。已知干扰的距离、角度信息，目标的角度与干扰相同，两者之间间距1-3个距离单元。考虑收发共置的均匀线性频控阵雷达。发射阵列具有M个发射阵元，阵元间距为d_T；采用N个均匀线性相控阵接收，阵元间距为d_R。

第m个阵元辐射信号的频率为：

f_m＝f_c+mΔf,m＝0,1,...,M-1

其中f_c是中心载频，Δf是频偏。

频控阵雷达发射信号

频控阵雷达第m个阵元发射的信号可表示为：

式中，t为时间。s_m(t)＝w_ms(t)是第个m阵元发射的基带波形，wm是加权因子。为不失一般性，s(t)是单位能量的基带波形，满足

其中Ts是脉冲波形持续时长，(·)^*表示复共轭。

频控阵雷达接收信号

假设远场点目标位于距离r_s和方位角θ_s，则单目标点的雷达接收信号为：

y_s(t)＝ξa(θ_s,r_s,t)s(t-τ_s)

其中，ξ是回波信号复幅度(考虑了双程路径损耗和目标反射系数)。时延

对应于目标距离，c是光速。a(θ,r,t)、s(t)分别为发射接收联合导向矢量、基带波形，分别为

s(t)＝[w_T,0s(t) w_T,1s(t) … w_T,M-1s(t)]^Τ

式中，λ_c＝c/f_c表示中心载频对应的波长。w_T,m是第m个发射阵元的加权因子。

若远场在目标点(θ_s,r_s)的1-3个距离分辨单元位置内存在P-1个干扰，且第p个干扰的角度、距离信息为(θ_pj,r_pj)，其中p＝1,2,…,P-1。频控阵雷达阵元信号传播到目标/干扰位置，并分别经过微元点发射散射到达接收阵列的第n个阵元，则接收信号为：

其中，τ_pj为第p个干扰对应的时延，

分别为第1个，第2个，…，第P-1个干扰回波信号的复幅度(考虑了双程路径损耗和目标反射系数)。n为噪声。

对接收信号y(t)的匹配滤波预处理

对接收信号y(t)进行混频，可以产生信号。

其中，

这一步的混频是及其重要的，由于频控阵的频率增量的特殊性，经过多载波变频获得最优接收信号。混频之后的信号经过基带波形s(t)进行匹配滤波

经过多载波变频和匹配滤波之后，可获得频控阵收发一体化雷达的充分统计量Γ_h。由于目标与干扰相距较近，且已知干扰点的角度和位置。利用频控阵雷达的频偏，可在充分统计量中获取目标与干扰的相对距离，进而得到目标点的位置信息。前提：干扰和目标的角度相同，距离不同，且已知干扰的距离信息，经过频控阵选择合适的频偏，对接收信号进行混频和匹配滤波，可获得脉冲压缩信号。该脉冲压缩信号可得到干扰的距离信息。得到位置信息可以重构干扰的导向矢量。

S102、对所述接收信号进行幅值估计处理，并利用消元法对接收信号中的多组信号进行处理，得到仅包含目标信息的接收信号，完成对近距离单元的主瓣干扰进行抑制。

具体的，

选择接收信号中的一个脉冲回波，并在一个脉冲回波内选择不同的时刻点。

每一个时刻的接收信号幅值不同，选择某个接收天线的同脉冲内2个不同的时间点t1，t2

幅值估计

对不同的时刻，利用消元法可获取目标与干扰的幅值信息；

由于每一时刻的噪声并不能实时估计，因此，在实际处理中，通常采用忽略噪声，则

消去法进行干扰抑制

对于已获得的干扰幅值、距离、角度信息对干扰信号进行重构。使用消去法，将接收信号内的干扰信息抑制掉。

同理，考虑频控阵雷达环境中包含1个目标和P-1个干扰，假设目标的角度和距离信息为(θ_s,r_s)，第p干扰的角度和距离信息分别为(θ_pj,r_pj)，其中，p＝1,2,…,P-1。

根据目标和干扰个数，且每一个时刻的接收信号不同，选择某个接收天线的同脉冲内P个不同的时间点t₁,t₂,…,t_P，有

即：

x＝Aσ+γ

x＝[y(t₁) y(t₂) … y(t_P)]^Τ

γ＝[n₁ n₂ … n_P]^Τ

对不同的时刻，利用消元法可获取目标与干扰的幅值信息；

σ_e＝A^-1x

在估计的干扰点的幅值、距离，并已知角度信息后，重构干扰点的接收信号，使用消元法，将雷达接收信号减去重构干扰点的接收信号，将接收信号内的干扰信息抑制掉。

即：

对于频控阵雷达中的主瓣干扰抑制进行实验验证。参数设置如下：

发射阵元数	M＝8
		接收阵元数	N＝8
中心频率	15GHz
		脉宽	5μs
带宽	10MHz
		干扰	(1810m,0°)
目标	(1818m,0°)

如图3-6为频控阵雷达选择不同频偏时，接收信号的传统匹配滤波结果图。从匹配滤波结果图可看出，当频偏过小时，无法观测到干扰和目标多个峰值。如图3所示，频偏Δf＝0KHz即为相控阵，此时目标和干扰由于距离过近，多个无法同时被观测到，仅能观测到一个目标。频偏由0KHz增加至10KHz时，受频偏影响，干扰和目标被观测的位置并不一致。当频偏增加至20KHz时，可观测到目标和干扰的多个峰值，目标和干扰的位置分析如图6所示，因此可以获取目标的位置信息。

在获取目标的距离信息之后，采取本文提出的方法，使用蒙特卡洛方法可获取如图7所示的目标/干扰的幅值估计。设置目标和干扰的接收反射系数皆为10，图7所示，目标和干扰的幅值估计都在10附近，证明该算法对于目标、干扰点的幅值估计具有可靠性。在估计的干扰点的幅值、距离，并已知角度信息后，重构干扰点的接收信号，使用消元法，将雷达接收信号减去重构干扰点的接收信号可获得如图8所示为主瓣干扰抑制之后的归一化角度-距离平面图，可看到干扰被成功抑制，证明本发明提出的主瓣干扰抑制方法的有效性。

本发明的一种基于频控阵雷达的近距离主瓣干扰抑制方法，基于设定的频偏和频控阵雷达的发射信号，对获取的接收信号进行接收处理，得到设定目标点的距离数据；对所述接收信号进行滤波处理，并利用消元法对滤波得到的多组信号进行处理，得到仅包含目标信息的接收信号，完成对近距离单元的主瓣干扰进行抑制。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (1)

1.一种基于频控阵雷达的近距离主瓣干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于设定的频偏和频控阵雷达的发射信号，对获取的接收信号进行接收处理，对于单目标单干扰情况，且已知干扰点的距离、角度信息及目标点的距离信息后，得到设定目标的距离数据；

对所述接收信号进行幅值估计处理，并利用消元法对接收信号中的多组信号进行处理，得到仅包含目标信息的接收信号，完成对近距离单元的主瓣干扰进行抑制；

对于单目标单干扰情况，且已知干扰点的距离、角度信息及目标点的距离信息后，得到设定目标的距离数据，包括：

基于设定的频偏以及任一个频控阵雷达的发射阵元的基带波形，生成对应的发射信号；

基于发射接收联合导向矢量、所述基带波形和回波信号复幅度生成对应的回波信号；

对所述回波信号进行处理，生成对应的接收信号，对所述接收信号进行混频，并利用所述基带波形对混频后的所述接收信号进行匹配滤波，并结合设定目标点的多个干扰目标的距离信息，得到对应的所述设定目标点的距离数据；

经过多载波变频和匹配滤波之后，获得频控阵收发一体化雷达的充分统计量；基于干扰目标的角度和位置，利用频控阵雷达的频偏，获取设定目标与干扰目标的相对距离，得到所述设定目标点的位置信息；其中，干扰目标和设定目标的角度相同，距离不同，且已知干扰目标的距离信息，经过频控阵选择合适的频偏，对接收信号进行混频和匹配滤波，获得脉冲压缩信号；该脉冲压缩信号得到干扰目标的距离信息，基于得到的位置信息重构干扰的导向矢量；

对所述接收信号进行幅值估计处理，并利用消元法对接收信号中的多组信号进行处理，得到仅包含目标信息的接收信号，完成对近距离单元的主瓣干扰进行抑制，包括：

利用接收信号中的同脉冲内的多个信号，对所述接收信号进行幅值估计处理，在估计的干扰点的幅值、距离，并已知干扰的角度信息后，重构干扰点的接收信号；

使用消元法，将雷达接收信号减去重构干扰点的接收信号得到仅包含目标信息的接收信号。

Images