CN113176542B - 一种时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法及系统，通过利用雷达的和通道提取受干扰的脉冲数据段，再解调发射信号，然后按频带进行带通滤波实现带外干扰的抑制，再利用时域自适应限幅的方法抑制带内干扰，进而通过调制和脉冲压缩实现目标的检测，最后就可以得到目标的距离和速度信息。本发明利用发射信号和干扰信号调频率不一致的先验信息，通过解调、滤波、限幅与调制的方式实现主瓣自卫式SMSP干扰的抑制，不仅避免了估计干扰调频率的复杂运算，而且可自适应抑制主瓣干扰，本发明在于可广泛用于所有采用线性调频信号的雷达中，且具有运算量相对小，便于实现和推广。

Description

一种时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法及系统

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法及系统。

背景技术

雷达和电子对抗是一对运动的矛盾体，当一个新的雷达技术出现，就会出现很多对抗技术，从而也会催生新的雷达抗干扰技术。初始的雷达通常采用单载频的脉冲串，它解决了雷达探测飞行目标的难题，但这种脉冲串会带一个不可调和的矛盾，即相同的条件下看得远和距离分辨率不可兼顾。于是，在此基础上发展出了脉冲压缩信号，它通过脉冲压缩处理将时宽较宽的信号压缩成峰值功率很高、但脉冲宽度很窄的信号，这样既可以实现远距离目标探测的需求，也可以得到高的距离分辨率。常用的脉冲压缩信号有二大类：调频和调相，其中调频信号常用的有线性调频信号和非线性调频信号，调相的信号有二相码、四相码和多相码。由于线性调频信号具有很的时频耦合性，它已经成为所有雷达中最常用的一种信号波形。

近年来，针对线性调频信号的干扰形式得到了飞快的发展，特别是切片转发式干扰、切片调制转发式干扰和频谱弥散干扰等均是针对线性调频信号的特定干扰，频谱弥散干扰简称为SMSP，这类干扰充分利用了线性调频信号的时频特性，产生大量的虚假目标从而压制真实目标，对雷达抗干扰带来了很大的难度。其中，最难对抗的主瓣自卫式干扰就是频谱弥散干扰，由于干扰和目标在同一方位、同一距离单元，频谱弥散干扰会导致在目标附近的几十甚至几百个距离单元均产生假目标，从而导致无法实现真实目标的检测与跟踪，也就无法对其进行打击。

目前，对抗SMSP干扰通常的手段就两种：一是干扰去斜，二是目标恢复。前者先通过时频分析估计干扰的调频斜率，然后通过对干扰的去斜，再通过对频率点的直接置零后进行反傅立叶变换来抑制干扰。后者则是通过时频分析工具找出干扰的特性再利用双正交傅立叶变换或压缩感知等技术来抑制干扰。这两种方法存在一个缺点就是事先必须估计出干扰的调频斜率，这个过程需要用到分数阶傅里叶变换、维格纳变换、小波分析等时频工具，在实际应用过程中很难满足实时性。

发明内容

为此，本发明提供一种时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法及系统，用以克服现有技术中对抗SMSP干扰中必须估计出干扰的调频斜率涉及的多个时频工具，导致对抗SMSP干扰难以实现的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法，包括：

步骤1，干扰数据单元接收雷达和通道的数据进行分析并提取有干扰的脉冲数据段S₁(t)，S₁(t)表示为，

其中，S₀(t)为目标的回波信号，S_J(t)为自卫式干扰发射的频谱弥散干扰，e为常数，j为虚数，f_d为目标的多普勒频率，t为时间，

S₀(t)和S_J(t)表示为，

S₀(t)＝a₀exp[j2π(f₀t+0.5k₀t²)],0≤t≤T

S_J(t)＝[s_J1,s_J2,＝,s_Jm],s_J1＝s_J2＝…＝s_Jm

s_J1＝a_Jexp[j2π(f₀t+0.5k_Jt²)],0≤t≤T/m

式中，a₀为信号的幅度，a_J为干扰的幅度，f₀为发射信号的起始频率，k₀为线性调频信号的斜率，k_J为自卫式干扰发射的频谱弥散干扰的调频斜率，T为发射脉冲的周期，m为干扰机将干扰复制了m份，S_J1表示第一份干扰波形，s_J2表示第二份干扰波形，S_Jm表示第m份干扰波形；

步骤2，解调单元接收所述干扰数据单元处理后的数据并对数据进行解调处理得到S₂(t)，S₂(t)表示为，

S₂(t)＝S₁(t)exp(-jπk₀t²)

其中，k₀为线性调频信号的斜率；

步骤3，带通滤波单元接收所述解调单元处理后的数据，所述带通滤波单元将信号的带宽B划分成n份，其中，B＝k₀T，n份带宽对应的中心频率为f₁,f₂,…,f_n，带宽为B/n的带通滤波器W₁,W₂,…,W_n，所述带通滤波单元对数据S₂(t)进行滤波得到y_i(t)，y_i(t)表示为，

式中，

表示卷积；

步骤4，限幅处理单元接收所述带通滤波单元处理后的数据，并对每个滤波输出后的数据进行自适应的带通干扰抑制得到z_i(t)

z_i(t)＝y_i(t)·(|y_i(t)|＞T₁),i＝1,2,…,n

式中，·表示点乘，T₁为门限；

步骤5，提取数据调制单元接收限幅处理单元处理后的数据，并通过绝对值求和的方式得到最大值对应的频率点f_max，所述提取数据调制单元再对提取出的f_max进行调制，得到S₃(t)，S₃(t)表示为，

S₃(t)＝z(f_max)exp(jπk₀t²)

式中，z(f_max)为z_i(t)中对应绝对值和最大频率点的一个数据串；

步骤6，脉冲压缩单元接收所述提取数据调制单元处理后的数据，并对其进行脉冲压缩，得到抑制干扰后的时域数据，所述脉冲压缩单元通过将抑制干扰后的时域数据的最大幅度值对应的时间计算出目标的距离，f_max对应的是目标的多普勒频率，计算出目标的速度；

步骤7，信号输出单元接收所述脉冲压缩单元传输的目标的距离、目标的速度和幅度信息并进行输出。

进一步地，在所述步骤3中，所述带通滤波单元采用的滤波器为DFT滤波器组或FIR滤波器。

进一步地，在所述步骤3中，所述带通滤波单元对数据S₂(t)进行滤波时采用的方法为时域卷积方法或频域FFT的方法。

进一步地，在所述步骤4中，所述T₁表示的门限为固定门限方式或恒虚警的自适应门限。

进一步地，本发明提供一种时域自适应抗主瓣自卫式干扰系统，包括：

干扰数据单元，其用以接收雷达和通道的数据进行分析并提取有干扰的脉冲数据段S₁(t)；

解调单元，其与所述干扰数据单元连接，用以接收所述干扰数据单元处理后的数据并对数据进行解调处理得到S₂(t)；

带通滤波单元，其与所述解调单元连接，用以接收所述解调单元处理后的数据，并按频率对数据进行带外滤波得到y_i(t)；

限幅处理单元，其与所述带通滤波单元连接，用以接收所述带通滤波单元处理后的数据，并对接收到的数据进行自适应的带通干扰抑制z_i(t)；

提取数据调制单元，其与所述限幅处理单元连接，用以接收所述限幅处理单元处理后的数据，并对接收到的数据先提取幅度和最大值对应的频率点数据f_max，再对提取出的数据f_max进行调制，得到S₃(t)；

脉冲压缩单元，其与所述提取数据调制单元连接，用以接收所述提取数据调制单元处理后的数据，并对接收到的数据进行脉冲的数字压缩；

信号输出单元，其与所述脉冲压缩单元连接，用以接收所述脉冲压缩单元处理后的目标的距离、目标的速度和幅度信息并进行输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供了一种时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法，利用发射信号和干扰信号调频率不一致的先验信息，通过解调、滤波、限幅与调制的方式实现主瓣自卫式SMSP干扰的抑制。首先，利用雷达的和通道提取受干扰的脉冲数据段，再解调发射信号，然后按频带进行带通滤波实现带外干扰的抑制，再利用时域自适应限幅的方法抑制带内干扰，进而通过调制和脉冲压缩实现目标的检测，最后就可以得到目标的距离和速度信息，实现了对抗SMSP干扰中目标信息的有效检测和提取。

尤其，本发明中由于发射信号的调频率是已知的，不仅可以避免了估计干扰调频率的复杂过程，也可以随时调整发射信号的调频率，确保达到更好的抑制效果。而且，在滤波和限幅过程中采用了自适应的处理方式，更有利于抑制带外和带内的干扰，提高了抑制干扰的效果，进一步实现了对抗SMSP干扰中目标信息的有效检测和提取。

尤其，本发明通过带外的滤波之后只剩余少量的带内干扰，此时带内干扰在时域上占的区域比例少且幅度远大于信号，所以，通过时域自适应的方法可以很容易滤除干扰，提高目标信息的获取准确度。

进一步地，本发明的应用范围广泛，能够用于所有采用线性调频信号的雷达中，且具有适应任意调制的SMSP干扰，而且具有运算量相对小，便于实现和推广，而且本发明所述的时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法可用于改造现有雷达的信号处理系统，不需要额外增加处理通道和设备，只需对数字化雷达的进行算法升级即可。所以，不需要改变雷达接收系统的结构，具有推广应用价值，而且能够对目标的信息进行有效地提取。

进一步地，本发明所述的时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法中，由于带外滤波技术比较成熟，可以很方便抑制大部分的带外SMSP干扰，而不需要通过设计专门的滤波器，实现简单方便，进一步提高目标检测的准确性问题。

附图说明

图1为本发明所述的时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法的流程示意图；

图2为本发明所述的时域自适应抗主瓣自卫式干扰系统的功能框架图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本实施例中时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法的流程示意图，本发明提供了一种时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法，首先，利用雷达的和通道提取受干扰的脉冲数据段，再解调发射信号，然后按频带进行带通滤波实现带外干扰的抑制，再利用时域自适应限幅的方法抑制带内干扰，进而通过调制和脉冲压缩实现目标的检测，从而实现对主瓣自卫式SMSP干扰的抑制。包括：

步骤1，干扰数据单元接收雷达和通道的数据进行分析并提取有干扰的脉冲数据段S₁(t)，S₁(t)表示为，

其中，S₀(t)为目标的回波信号，S_J(t)为自卫式干扰发射的频谱弥散干扰，e为常数，j为虚数，f_d为目标的多普勒频率，t为时间，

S₀(t)和S_J(t)表示为，

S₀(t)×a₀exp[j2π(f₀t+0.5k₀t²)],0≤t≤T

S_J(t)＝[s_J1,s_J2,…,s_Jm],s_J1＝s_J2＝…＝s_Jm

s_J1＝a_Jexp[j2π(f₀t+0.5k_Jt²)],0≤t≤T/m

式中，a₀为信号的幅度，a_J为干扰的幅度，f₀为发射信号的起始频率，k₀为线性调频信号的斜率，k_J为自卫式干扰发射的频谱弥散干扰的调频斜率，T为发射脉冲的周期，m为干扰机将干扰复制了m份，S_J1表示第一份干扰波形，s_J2表示第二份干扰波形，S_Jm表示第m份干扰波形；

步骤2，解调单元接收所述干扰数据单元处理后的数据并对数据进行解调处理得到S₂(t)，S₂(t)表示为，

S₂(t)＝S₁(t)exp(-jπk₀t²)

其中，k₀为线性调频信号的斜率；

步骤3，带通滤波单元接收所述解调单元处理后的数据，所述带通滤波单元将信号的带宽B划分成n份，其中，B＝k₀T，n份带宽对应的中心频率为f₁,f₂,…,f_n，带宽为B/n的带通滤波器W₁,W₂,…,W_n，所述带通滤波单元对数据S₂(t)进行滤波得到y_i(t)，y_i(t)表示为，

式中，

表示卷积；

步骤4，限幅处理单元接收所述带通滤波单元处理后的数据，并对每个滤波输出后的数据进行自适应的带通干扰抑制得到z_i(t)

z_i(t)＝y_i(t)·(|y_i(t)|＞T₁),i＝1,2,…,n

式中，·表示点乘，T₁为门限；

步骤5，提取数据调制单元接收限幅处理单元处理后的数据，并通过绝对值求和的方式得到最大值对应的频率点f_max，所述提取数据调制单元再对提取出的f_max进行调制，得到S₃(t)，S₃(t)表示为，

S₃(t)＝z(f_max)exp(jπk₀t²)

式中，z(f_max)为z_i(t)中对应绝对值和最大频率点的一个数据串；

步骤6，脉冲压缩单元接收所述提取数据调制单元处理后的数据，并对其进行脉冲压缩，得到抑制干扰后的时域数据，所述脉冲压缩单元通过将抑制干扰后的时域数据的最大幅度值对应的时间计算出目标的距离，f_max对应的是目标的多普勒频率，计算出目标的速度；

步骤7，信号输出单元接收所述脉冲压缩单元传输的目标的距离、目标的速度和幅度信息并进行输出。

具体而言，本发明实施例中利用雷达的和通道提取受干扰的脉冲数据段，再解调发射信号，然后按频带进行带通滤波实现带外干扰的抑制，再利用时域自适应限幅的方法抑制带内干扰，进而通过调制和脉冲压缩实现目标的检测，从而实现对主瓣自卫式SMSP干扰的抑制。

具体而言，本发明实施例中设定雷达发射线性调频信号，干扰机发射SMSP干扰，设定信号的归一化的调频率k₀＝5，干扰的归一化的调频率k_J＝100。在所述步骤1中，S₀(t)＝a₀exp[j2π(f₀t+2.5t²)]，s_J1＝a_Jexp[j2π(f₀t+50t²)]，所述干扰数据单元通过S₀(t)和S_J(t)得到S₁(t)，并将得到的S₁(t)传输至解调单元。

具体而言，本发明实施例中，所述解调单元根据S₁(t)和信号的归一化的调频率k₀＝5得出S₂(t)＝S₁(t)exp(-jπ5t²)，并将计算出的S₂(t)传输至所述带通滤波单元。

具体而言，本发明实施例中，在所述步骤3中，所述带通滤波单元采用的滤波器为DFT滤波器组或FIR滤波器。在所述步骤3中，所述带通滤波单元对数据S₂(t)进行滤波时采用的方法为时域卷积方法或频域FFT的方法。在本实施例中采用的是采用DFT滤波器组设计的滤波器，在本实施例中采用的是采用频域FFT方法进行滤波处理。

具体而言，本发明实施例中，在对带宽B进行划分时，本实施例中将带宽B划分为n份，n＝64份，则中心频率为f₁,f₂,…,f₆₄，带宽为B/64，则总共得到64个带通滤波器W₁,W₂,…,W₆₄，对数据进行滤波得到y₁(t),y₂(t),…,y₆₄(t)共64个滤波后的数据。所述带通滤波单元将经过滤波处理后的数据传输至限幅处理单元。

具体而言，本发明实施例中，在所述步骤4中，所述T₁表示的门限为固定门限方式或恒虚警的自适应门限，本实施例中采用恒虚警的自适应门限方法。

具体而言，本发明实施例中，在所述步骤4中，所述限幅处理单元对64个滤波器的输出数据进行限幅处理并将处理后的数据传输至提取数据调制单元。

具体而言，本发明实施例中，在所述步骤5中，所述提取数据调制单元通过对限幅后的64个滤波器的输出数据进行约对值求和，得到最大值，设定第5个频带数据最大，则输出的数据z(f_max)＝z(f₅)，并对其进行调制处理S₃(t)＝z(f₅)exp(jπ5t²)。所述提取数据调制单元将调制处理后的数据传输至脉冲压缩单元。

具体而言，本发明实施例中，在所述步骤6中，所述脉冲压缩单元对接收到的提取数据调制单元传输的调制处理后的数据进行脉冲压缩处理，最大值对应的距离门就是目标的距离，根据f₅＝2v/λ就可以得到目标的速度。所述脉冲压缩单元将目标的参数信息传输至信号输出单元。

具体而言，本发明实施例中，在所述步骤7中，所述信号输出单元对目标的信息进行综合，将接收到的距离、速度和幅度等信息综合后进行输出，将目标的参数综合后输出。目标的综合信息包括但不限于目标的距离、目标的速度、幅度，但还可以包括其他目标相关的信息进行输出，也可以只输出目标的距离，本发明并不限定输出的内容和格式，以具体实施为准。

请参阅图2所示，本发明还提供了一种时域自适应抗主瓣自卫式干扰系统，包括：

干扰数据单元，其用以接收雷达和通道的数据进行分析并提取有干扰的脉冲数据段S₁(t)；

解调单元，其与所述干扰数据单元连接，用以接收所述干扰数据单元处理后的数据并对数据进行解调处理得到S₂(t)，解调的作用是利用发射信号的调频率对数据进行去斜处理；

带通滤波单元，其与所述解调单元连接，用以接收所述解调单元处理后的数据，并按频率对数据进行带外滤波得到y_i(t)，带通滤波的作用是按频率对数据进行带外滤波，从而抑制大部分干扰；

限幅处理单元，其与所述带通滤波单元连接，用以接收所述带通滤波单元处理后的数据，并对接收到的数据进行自适应的带通干扰抑制z_i(t)，限幅是对每个滤波输出后的数据进行自适应的带通干扰抑制；

提取数据调制单元，其与所述限幅处理单元连接，用以接收所述限幅处理单元处理后的数据，并对接收到的数据先提取幅度和最大值对应的频率点数据f_max，再对提取出的数据f_max进行调制，得到S₃(t)，所述提取数据调制单元提取幅度和最大值对应的频率点数据，然后对数据进行调制；

脉冲压缩单元，其与所述提取数据调制单元连接，用以接收所述提取数据调制单元处理后的数据，并对接收到的数据进行脉冲的数字压缩；

信号输出单元，其与所述脉冲压缩单元连接，用以接收所述脉冲压缩单元处理后的目标的距离、目标的速度和幅度信息并进行输出。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法，其特征在于，包括：

步骤1，干扰数据单元接收雷达和通道的数据进行分析并提取有干扰的脉冲数据段S₁(t)，S₁(t)表示为，

其中，S₀(t)为目标的回波信号，S_J(t)为自卫式干扰发射的频谱弥散干扰，e为常数，j为虚数，f_d为目标的多普勒频率，t为时间，

S₀(t)和S_J(t)表示为，

S₀(t)＝a₀exp[j2π(f₀t+0.5k₀t²)],0≤t≤T

S_J(t)＝[s_J1,s_J2,…,s_Jm],s_J1＝s_J2＝…＝s_Jm

s_J1＝a_Jexp[j2π(f₀t+0.5k_Jt²)],0≤t≤T/m

式中，a₀为信号的幅度，a_J为干扰的幅度，f₀为发射信号的起始频率，k₀为线性调频信号的斜率，k_J为自卫式干扰发射的频谱弥散干扰的调频斜率，T为发射脉冲的周期，m为干扰机将干扰复制了m份，S_J1表示第一份干扰波形，s_J2表示第二份干扰波形，S_Jm表示第m份干扰波形；

步骤2，解调单元接收所述干扰数据单元处理后的数据并对数据进行解调处理得到S₂(t)，S₂(t)表示为，

S₂(t)＝S₁(t)exp(-jπk₀t²)

其中，k₀为线性调频信号的斜率；

步骤3，带通滤波单元接收所述解调单元处理后的数据，所述带通滤波单元将信号的带宽B划分成n份，其中，B＝k₀T，n份带宽对应的中心频率为f₁,f₂,…,f_n，带宽为B/n的带通滤波器W₁,W₂,…,W_n，所述带通滤波单元对数据S₂(t)进行滤波得到y_i(t)，y_i(t)表示为，

式中，

表示卷积；

步骤4，限幅处理单元接收所述带通滤波单元处理后的数据，并对每个滤波输出后的数据进行自适应的带通干扰抑制得到z_i(t)

z_i(t)＝y_i(t)·(|y_i(t)|＞T₁),i＝1,2,…,n

式中，·表示点乘，T₁为门限；

步骤5，提取数据调制单元接收限幅处理单元处理后的数据，并通过绝对值求和的方式得到最大值对应的频率点f_max，所述提取数据调制单元再对提取出的f_max进行调制，得到S₃(t)，S₃(t)表示为，

S₃(t)＝z(f_max)exp(jπk₀t²)

式中，z(f_max)为z_i(t)中对应绝对值和最大频率点的一个数据串；

步骤6，脉冲压缩单元接收所述提取数据调制单元处理后的数据，并对其进行脉冲压缩，得到抑制干扰后的时域数据，所述脉冲压缩单元通过将抑制干扰后的时域数据的最大幅度值对应的时间计算出目标的距离，f_max对应的是目标的多普勒频率，计算出目标的速度；

步骤7，信号输出单元接收所述脉冲压缩单元传输的目标的距离、目标的速度和幅度信息并进行输出。

2.根据权利要求1所述的时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述带通滤波单元采用的滤波器为DFT滤波器组或FIR滤波器。

3.根据权利要求1所述的时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述带通滤波单元对数据S₂(t)进行滤波时采用的方法为时域卷积方法或频域FFT的方法。

4.根据权利要求1所述的时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述T₁表示的门限为固定门限方式或恒虚警的自适应门限。

5.一种应用于权利要求1-4任一项所述的时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法的系统，其特征在于，包括：

干扰数据单元，其用以接收雷达和通道的数据进行分析并提取有干扰的脉冲数据段S₁(t)；

解调单元，其与所述干扰数据单元连接，用以接收所述干扰数据单元处理后的数据并对数据进行解调处理得到S₂(t)；

带通滤波单元，其与所述解调单元连接，用以接收所述解调单元处理后的数据，并按频率对数据进行带外滤波得到y_i(t)；

限幅处理单元，其与所述带通滤波单元连接，用以接收所述带通滤波单元处理后的数据，并对接收到的数据进行自适应的带通干扰抑制z_i(t)；

提取数据调制单元，其与所述限幅处理单元连接，用以接收所述限幅处理单元处理后的数据，并对接收到的数据先提取幅度和最大值对应的频率点数据f_max，再对提取出的数据f_max进行调制，得到S₃(t)；

脉冲压缩单元，其与所述提取数据调制单元连接，用以接收所述提取数据调制单元处理后的数据，并对接收到的数据进行脉冲的数字压缩；

信号输出单元，其与所述脉冲压缩单元连接，用以接收所述脉冲压缩单元处理后的目标的距离、目标的速度和幅度信息并进行输出。

Images