CN114124187A - 直接数据域电子侦察接收机测频测向方法、接收机及介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷达信号电子侦察技术领域，公开了一种直接数据域电子侦察接收机测频测向方法、接收机及介质。方法包括：截取一段阵列信号数据，通过空间与时间平滑方式获取所述阵列信号数据的空时样本数据集；根据空时样本数据集估计数据协方差矩阵；对数据协方差矩阵进行特征分解，获取大特征值对应的特征向量；利用信号子空间正交投影方式对目标信号进行测频测向，将当前检测结果与已生成的检测结果进行时间融合，获得所有已处理的阵列信号数据的信号侦测结果。接收机采用阵列接收体制，通过空间与时间平滑方式获取短时间内的数据样本，同时采用信号子空间正交投影方式实现对目标的联合测频测向，提高了联合空时测频测向的一体化精度。

Description

直接数据域电子侦察接收机测频测向方法、接收机及介质

技术领域

本发明涉及雷达信号电子侦察技术领域，尤其涉及一种直接数据域电子侦察接收机测频测向方法、接收机及介质。

背景技术

由于战场电子环境日趋复杂，同时无源电子侦察对信号测向的要求也越来越高。宽带阵列测向是主要的电子侦察测向方法，阵列可以获取较干涉仪等传统测向高的灵敏度，在无源侦察预警领域有着广阔的应用。

当前阵列测向设备的处理过程先在阵列形成空域高增益天线波束，然后通过后端数字信道化实现对目标信号的侦测，获取目标脉内、脉间和方向等信息。由于成本以及天线孔径限制，阵列的天线数目不能太多。例如对于采用均匀线阵的电子侦察系统，整个系统灵敏度目前主要是采用天线增益加上后端接收机灵敏度的方式进行计算。其中天线增益主要由天线孔径决定、接收机灵敏度由后端信道处理带宽决定。特备是在一些小型侦察设备上，迫切需要能够提升系统侦察灵敏度的接收机。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种直接数据域电子侦察接收机测频测向方法、接收机及介质。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种直接数据域电子侦察接收机测频测向方法，包括：取一段阵列信号数据，通过空间与时间平滑方式获取所述阵列信号数据的空时样本数据集；根据所述空时样本数据集估计所述阵列信号数据的数据协方差矩阵；对所述数据协方差矩阵进行特征分解，获取大特征值对应的特征向量；利用信号子空间正交投影方式根据所述大特征值对应的特征向量对目标信号进行测频测向，获得所述阵列信号数据的当前检测结果；将当前检测结果与已生成的检测结果进行时间融合，获得所有已处理的阵列信号数据的信号侦测结果；截取下一段阵列信号数据，重复上述所有步骤。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种直接数据域电子侦察接收机，包括：样本数据集生成模块、协方差估计模块、特征分解模块、测评测向模块和结果融合模块。

样本数据集生成模块用于截取一段阵列信号数据，通过空间与时间平滑方式获取所述阵列信号数据的空时样本数据集；协方差估计模块用于根据所述空时样本数据集估计所述阵列信号数据的数据协方差矩阵；特征分解模块用于对所述数据协方差矩阵进行特征分解，获取大特征值对应的特征向量；测评测向模块用于利用信号子空间正交投影方式根据所述大特征值对应的特征向量对目标信号进行测频测向，获得所述阵列信号数据的当前检测结果；结果融合模块用于将当前检测结果与已生成的检测结果进行时间融合，获得所有已处理的阵列信号数据的信号侦测结果。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种直接数据域电子侦察接收机，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述技术方案所述的直接数据域电子侦察接收机测频测向方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行上述技术方案所述的直接数据域电子侦察接收机测频测向方法。

本发明的有益效果是：接收机采用阵列接收体制，通过空间与时间平滑方式获取短时间内的数据样本，同时采用信号子空间正交投影方式实现对目标的联合测频测向，空时自适应处理能同时联合信号时间空间进行自适应处理，能够实现处理自由度的增加，提高了联合空时测频测向的一体化精度。

本发明附加的方面及其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，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的直接数据域电子侦察接收机测频测向方法流程图；

图2为本发明另一实施例提供的直接数据域电子侦察接收机测频测向方法流程图；

图3为直接数据域电子侦察接收机原理图；

图4为直接数据域信号特征分解结果；

图5为同时5信号子空间投影结果亮度图；

图6为同时5信号到达方向估计结果三维图；

图7为纯空域测向处理结果；

图8为本发明实施例提供的直接数据域电子侦察接收机功能框图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

图1为本发明实施例提供的直接数据域电子侦察接收机测频测向方法流程图。如图1所示，该方法包括：

S110，截取一段阵列信号数据；

S120，通过空间与时间平滑方式获取所述阵列信号数据的空时样本数据集；

S130，根据所述空时样本数据集估计所述阵列信号数据的数据协方差矩阵；

S140，对所述数据协方差矩阵进行特征分解，获取大特征值对应的特征向量；

S150，利用信号子空间正交投影方式根据所述大特征值对应的特征向量对目标信号进行测频测向，获得所述阵列信号数据的当前检测结果；

S160，将所述当前检测结果与已生成的检测结果进行时间融合，获得所有已处理的阵列信号数据的信号侦测结果；

S170，截取下一段阵列信号数据，返回步骤S120。

直接数据域电子侦察接收机的原理如图3所示，图中N个天线排列成均匀线阵，对各个天线接收的数据进行射频变换后经过数字采样，截取阵列信号数据形成数据段，对每一数据段采用空时联合自适应处理的方法实施测向与测频的同时处理。处理完每一段数据后，将形成的检测结果进行时间融合，从而形成对全部时间内所有数据的信号侦测结果。

上述实施例中，接收机采用阵列接收体制，通过空间与时间平滑方式获取短时间内的数据样本，同时采用信号子空间正交投影方式实现对目标的联合测频测向，空时自适应处理能同时联合信号时间空间进行自适应处理，能够实现处理自由度的增加，提高了联合空时测频测向的一体化精度。

图2为本发明实施例提供的直接数据域电子侦察接收机测频测向方法流程图。如图2所示，该方法包括：

S110，截取一段阵列信号数据；

S120，通过空间与时间平滑方式获取所述阵列信号数据的空时样本数据集。具体地，通过空间与时间平滑方式获取所述阵列信号数据的空时样本数据集包括：

S121，将截取的阵列信号数据排列成N行K列的数据矩阵X，其中N为天线数目，K为信号时间快拍数目；

S122，根据设置的目标信号方向对应的空域相位

和时域相位

确定所述数据矩阵沿空域、时域和空时域的搜索相位差；

也就是说，若目标信号方向对应的空域相位为

时域的相位为

则数据矩阵X沿空域、时域和空时域的搜索相位差分别为

和

S123，根据所述搜索相位差对数据矩阵X分别进行空域、时域和空时域的两阵元相消滤除,形成空域相消矩阵X_S、时域相消矩阵X_T和空时域相消矩阵X_ST；

根据数据矩阵沿空域、时域和空时域的搜索相位差分别对数据矩阵X分别作空域、时域和空时域的两阵元(两脉冲)相消滤除信号后，可以得到如下三个矩阵：

X_S，X_T和X_ST分别为(N-1)×K维，N×(K-1)维和(N-1)×(K-1)维的数据矩阵。

S124，根据设置的空域滑动子孔径N_m和时域滑动子孔径K_m分别对空域相消矩阵X_S、时域相消矩阵X_T和空时域相消矩阵X_ST前向和后向滑动，生成空时样本数据集。

若假设空域和时域滑动的子孔径分别为N_m和K_m，则矩阵X_S，X_T和X_ST经前向和后向滑动后可以得到的总样本数目为：

L＝2((N-N_m)(K-K_m+1)+(N-N_m+1)(K-K_m)+(N-N_m)(K-K_m)) (4)

由于每一时间片段数据量较少，通过在各个天线阵列接收通道的数据空域和时域分别前向、后向平滑来获得多个数据样本，以此估计信号的协方差矩阵来设计空时二维最优滤波器。

S130，根据所述空时样本数据集估计所述阵列信号数据的数据协方差矩阵，公式如下：

式中，L为空时样本数据集的样本总数，

为空时样本，l＝1,2,......L；Vec表示对矩阵进行如下操作：将矩阵的第二列放在第一列下面，第三列放在第二列下面，依次类推。

S140，对所述数据协方差矩阵进行特征分解，获取大特征值对应的特征向量，公式如下：

其中，U为大特征值对应的特征向量的数目，λ_i为大特征值，ν_i为大特征值对应的特征向量，

为噪声方差，I为单位矩阵。

S150，利用信号子空间正交投影方式根据所述大特征值对应的特征向量对目标信号进行测频测向，包括：根据如下公式获得目标信号的频率值f_i和相对DOA角度θ₀：

其中，M为需要搜索的空时联合导向矢量数目；U为大特征值对应的特征向量的数目；S_m为前N_m和K_m个脉冲所构成的指向目标信号的搜索空时联合导向矢量；N_m为空域滑动子孔径，K_m为时域滑动子孔径；

将预先设定的参考波长λ₀作为空域导向矢量对应的波长，进行频率与角度两维搜索处理，根据式(7)搜索的峰值，获得目标的频率值f_i，然后获得的相对DOA角度θ₀；

将所述相对DOA角度θ₀转换为真实DOA角度θ_i，公式如下：

其中，d为相邻阵元间距，λ₀为预先设定的参考波长，f_i为目标信号的频率值，c为光速。该方法能够在不需要预先获得信号准确频率的前提下获得DOA角度估计，并且在较低信噪比下能够获得比纯空域阵列信号处理好的测向性能。

S160，将所述当前检测结果与已生成的检测结果进行时间融合，获得所有已处理的阵列信号数据的信号侦测结果；

S170，截取下一段阵列信号数据，返回步骤S120。

实验结果及分析：

仿真实验选取阵列天线数目为16，所测量信号的频段设定为0.7GHz至1.0GHz，选取天线间距为0.18米，预先设定的参考波长为0.37米。按照天线侦察范围为瞬时覆盖90度设计，在90度范围内仿真四个目标，四个目标均为脉冲重叠。四个信号进入天线口面的信噪比均为0dB。目标参数见表1：

表1

数字采样频率为2.3GHz,四个信号脉宽为256us，则每个脉宽采样数据为18400，选取每个处理段的快拍数K为256，在快拍数内，可以近似认为目标均为点频信号，对于第二个信号，在256快拍内的带宽变化约为0.28MHz。

实际中选取子孔径N_m＝12,K_m＝16,则整个样本数目为：960，整个直接数据域处理维数为192。则样本数目远大于2倍的系统处理维度。

经过图4可以看出，5个信号正好对应5个大特征值，从而能够通过大特征对应的特征向量构造出多个目标信号的子空间，同时也表明能够通过特征分解的方式实现对目标信号的侦测。

图5与图6可以看出，经过直接数据域处理后，整个信号的信噪比提升约为23dB,同时对于同方向不同频的两个信号，同频不同方向均能够实现有效分辨和检测。

图7是传统的只在空域进行目标测向，信号的积累增益有限，与直接数据域两维处理相比，传统空域测向只利用了空间的自由度，在目标的增益提取上要明显小于联合空时处理，同时也无法直接获取目标信号的频率。

如图8所示，本发明实施例还提供一种直接数据域电子侦察接收机800，包括：样本数据集生成模块801、协方差估计模块802、特征分解模块803、测评测向模块804和结果融合模块805。

样本数据集生成模块801用于截取一段阵列信号数据，通过空间与时间平滑方式获取所述阵列信号数据的空时样本数据集；协方差估计模块802用于根据所述空时样本数据集估计所述阵列信号数据的数据协方差矩阵；特征分解模块803用于对所述数据协方差矩阵进行特征分解，获取大特征值对应的特征向量；测评测向模块804用于利用信号子空间正交投影方式根据所述大特征值对应的特征向量对目标信号进行测频测向，获得所述阵列信号数据的当前检测结果；结果融合模块805用于将所述当前检测结果与已生成的检测结果进行时间融合，获得所有已处理的阵列信号数据的信号侦测结果。

本发明实施例还提供一种直接数据域电子侦察接收机，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例提供的直接数据域电子侦察接收机测频测向方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行上述实施例提供的直接数据域电子侦察接收机测频测向方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

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，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，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单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直接数据域电子侦察接收机测频测向方法，其特征在于，包括：

截取一段阵列信号数据，通过空间与时间平滑方式获取所述阵列信号数据的空时样本数据集；

根据所述空时样本数据集估计所述阵列信号数据的数据协方差矩阵；

对所述数据协方差矩阵进行特征分解，获取大特征值对应的特征向量；

利用信号子空间正交投影方式根据所述大特征值对应的特征向量对目标信号进行测频测向，获得所述阵列信号数据的当前检测结果；

将所述当前检测结果与已生成的检测结果进行时间融合，获得所有已处理的阵列信号数据的信号侦测结果；

截取下一段阵列信号数据，重复上述所有步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过空间与时间平滑方式获取所述阵列信号数据的空时样本数据集，包括：

将截取的阵列信号数据排列成N行K列的数据矩阵，其中N为天线数目，K为信号时间快拍数目；

根据设置的目标信号方向对应的空域相位和时域相位确定所述数据矩阵沿空域、时域和空时域的搜索相位差；

根据所述搜索相位差对数据矩阵分别进行空域、时域和空时域的两阵元相消滤除,形成空域相消矩阵、时域相消矩阵和空时域相消矩阵；

根据设置的空域滑动子孔径N_m和时域滑动子孔径K_m分别对空域相消矩阵、时域相消矩阵和空时域相消矩阵前向和后向滑动，生成空时样本数据集。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述空时样本数据集的样本总数L＝2((N-N_m)(K-K_m+1)+(N-N_m+1)(K-K_m)+(N-N_m)(K-K_m))。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述空时样本数据集估计所述阵列信号数据的数据协方差矩阵，公式如下：

式中，L为空时样本数据集的样本总数，

为空时样本，l＝1,2,......L；Vec表示对矩阵进行如下操作：将矩阵的第二列放在第一列下面，第三列放在第二列下面，依次类推。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述数据协方差矩阵进行特征分解，获取大特征值对应的特征向量，公式如下：

其中，U为大特征值对应的特征向量的数目，λ_i为大特征值，ν_i为大特征值对应的特征向量，

为噪声方差，I为单位矩阵。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用信号子空间正交投影方式根据所述大特征值对应的特征向量对所述目标信号进行测频测向，包括：根据如下公式获得目标信号的频率值f_i和相对DOA角度θ₀，

其中，M为需要搜索的空时联合导向矢量数目；U为大特征值对应的特征向量的数目；S_m为前N_m和K_m个脉冲所构成的指向目标信号的搜索空时联合导向矢量；N_m为空域滑动子孔径，K_m为时域滑动子孔径；

将预先设定的参考波长λ₀作为空域导向矢量对应的波长，进行频率与角度两维搜索处理，获得目标信号的频率值f_i和相对DOA角度θ₀；

将所述相对DOA角度θ₀转换为真实DOA角度θ_i。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述相对DOA角度θ₀转换为真实DOA角度θ_i，公式如下：

其中，d为相邻阵元间距，λ₀为预先设定的参考波长，f_i为目标信号的频率值，c为光速。

8.一种直接数据域电子侦察接收机，其特征在于，包括：

样本数据集生成模块，用于截取一段阵列信号数据，通过空间与时间平滑方式获取所述阵列信号数据的空时样本数据集；

协方差估计模块，用于根据所述空时样本数据集估计所述阵列信号数据的数据协方差矩阵；

特征分解模块，用于对所述数据协方差矩阵进行特征分解，获取大特征值对应的特征向量；

测评测向模块，用于利用信号子空间正交投影方式根据所述大特征值对应的特征向量对目标信号进行测频测向，获得所述阵列信号数据的当前检测结果；

结果融合模块，用于将当前检测结果与已生成的检测结果进行时间融合，获得所有已处理的阵列信号数据的信号侦测结果。

9.一种直接数据域电子侦察接收机，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述的直接数据域电子侦察接收机测频测向方法。

10.一种计算机可读存储介质，包括指令，其特征在于，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行根据权利要求1至7任一项所述的直接数据域电子侦察接收机测频测向方法。

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