CN114185006A - 一种基于脉冲编码的时间分集欺骗式干扰抑制方法 - Google Patents

一种基于脉冲编码的时间分集欺骗式干扰抑制方法 Download PDF

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CN114185006A CN202210133459.3A CN202210133459A CN114185006A CN 114185006 A CN114185006 A CN 114185006A CN 202210133459 A CN202210133459 A CN 202210133459A CN 114185006 A CN114185006 A CN 114185006A
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Abstract

本发明公开了一种基于脉冲编码的时间分集欺骗式干扰抑制方法，包括：确定时间分集阵信号模型的空域与频域之间的耦合特性；获取基于脉冲编码的时间分集阵信号模型，并根据所述基于脉冲编码的时间分集阵信号模型确定发射信号；根据所述耦合特性，确定目标匹配滤波器及目标信号对应的频段；基于所述目标信号对应的频段，确定目标带通滤波器；基于所述目标带通滤波器，对回波信号中的干扰信号进行过滤，以实现干扰抑制。本发明能够将各个脉冲信号进行区分，从而高效辨别真假目标，还能够滤除干扰信号，实现主瓣欺骗式干扰抑制。

Description

一种基于脉冲编码的时间分集欺骗式干扰抑制方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于脉冲编码的时间分集欺骗式干扰抑制方法。
背景技术
针对有源欺骗式干扰， 现有技术中，通常通过波形捷变的方法进行雷达系统的抗干扰任务，但是该方法会导致较高的距离旁瓣，从而降低了雷达输出信干比和干扰的抑制性能。另外，在实际中，传统雷达对抗主瓣欺骗式干扰有一定难度，现有技术中还没有相关的解决方案。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于脉冲编码的时间分集欺骗式干扰抑制方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种基于脉冲编码的时间分集欺骗式干扰抑制方法，应用于均匀直线阵列，所述直线阵列中包括M个发射阵元，包括：确定时间分集阵信号模型的空域与频域之间的耦合特性；获取基于脉冲编码的时间分集阵信号模型，并根据所述基于脉冲编码的时间分集阵信号模型确定发射信号；根据所述耦合特性，确定目标匹配滤波器及目标信号对应的频段；基于所述目标信号对应的频段，确定目标带通滤波器；基于所述目标带通滤波器，对回波信号中的干扰信号进行过滤，以实现干扰抑制。
在本发明的一个实施例中，所述步骤1包括：步骤1-1：基于时间分集阵信号模型，对相邻阵元之间的发射信号引入时延差
Figure 225356DEST_PATH_IMAGE001
，则将第m个阵元的发射信号表示为：
Figure 464707DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，
Figure 762964DEST_PATH_IMAGE003
表示各阵元发射的基准信号，
Figure 586302DEST_PATH_IMAGE001
表示相邻阵元的发射信号之间的时延差，
Figure 659748DEST_PATH_IMAGE005
，B表示基准信号
Figure 893021DEST_PATH_IMAGE003
的带宽；步骤1-2：将角度
Figure 439540DEST_PATH_IMAGE006
处的空域合成信号表示为：
Figure 550715DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，
Figure 499080DEST_PATH_IMAGE008
为发射信号的载频，
Figure 897395DEST_PATH_IMAGE009
为波长，
Figure 931210DEST_PATH_IMAGE010
，d表示阵元间距，c表示光速，T表示发射信号；步骤1-3：将空域合成信号变换到频域，以得到空域合成信号的频域表达式，表示为：
Figure 783759DEST_PATH_IMAGE011
；
其中，
Figure 383368DEST_PATH_IMAGE012
为空域导向矢量，表示为：
Figure 958444DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 479555DEST_PATH_IMAGE014
为基于时间步进量所产生的等效频域导向矢量，表示为：
Figure 666954DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 793173DEST_PATH_IMAGE016
表示基带频率，
Figure 335887DEST_PATH_IMAGE017
表示发射频率，
Figure 344294DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure 538646DEST_PATH_IMAGE019
表示基准信号
Figure 752328DEST_PATH_IMAGE020
的频域表达式；H表示共轭转置；步骤1-4：将所述空域合成信号的频域表达式，确定为空域与频域之间的耦合特性。
在本发明的一个实施例中，所述步骤2包括：步骤2-1：将脉冲编码表示为：
Figure 967409DEST_PATH_IMAGE021
；
其中，k表示脉冲数；步骤2-2：将上述脉冲编码添加至第m个阵元的发射信号上，则进一步将第m个阵元的发射信号表示为：
Figure 197533DEST_PATH_IMAGE022
；
步骤2-3：进一步将空域合成信号，表示为：
Figure 195576DEST_PATH_IMAGE023
；
步骤2-4：将第k个脉冲以及第n个阵元接收到的M个发射信号，表示为：
Figure 128678DEST_PATH_IMAGE025
。
本发明的有益效果：
本发明通过在时间分集阵信号模型的基础上加入脉冲编码，能够将各个脉冲信号进行区分，从而能够高效辨别真假目标。另外，由于在进行匹配时不同脉冲间会产生角度偏移，因此，本发明根据目标匹配滤波器，能够将接收到的回波信号中的目标信号的干扰信号区分在不同频带内，即，得到第一输出信号，再将第一输出信号通过根据目标信号对应频段设计的带通滤波器，使目标信号通过，而滤除干扰信号，实现主瓣欺骗式干扰抑制。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于脉冲编码的时间分集欺骗式干扰抑制方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的时间分集阵列的发射信号模型示意图；
图3是本发明实施例提供的时间分集阵信号模型的空域与频域耦合特性示意图；
图4是本发明实施例提供的一种输出第二输出信号的工作流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种对接收到的回波信号进行匹配滤波前的信号幅度示意图；
图6是本发明实施例提供的一种基于本发明所设计滤波器对接收到的回波信号进行滤波后的信号幅度示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
相控阵（Phased Array, PA）雷达通过改变每一个发射阵元信号的相位，提供相长或相消的干涉，以便在期望的方向上形成波束，从而控制波束指向，不需要通过机械的运动来实现。但是相控阵雷达的工作模式具有一定的局限性，在同时探测多个目标或者进行多项任务的场景中，它的探测性能也会下降。因此，随着雷达任务的多样化发展，也为了保证雷达在复杂环境中的探测性能，本领域技术人员提出了时间分集这一概念。
具体的，时间分集阵在各发射阵元之间引入微小的时延差，利用单一基准波形形成全向的发射方向图，实现全向空域覆盖。
时间分集阵列在相控阵基础上引入时间分集，能够在各天线单元发射信号间增加微小的时延差，使各路发射信号在时间上相互正交，发射单一波形即可实现全空域探测。但是在选择时间分集阵的基准信号时，对于不同的基准波形，例如M-序列，线性调频和非线性调频信号等，其在角度维和距离维的性能也有所不同，M-序列和线性调频信号都可以实现全向空域覆盖，而非线性调频信号的方向图呈一定的主瓣分布，也就是说，基准信号的选择具有控制发射方向图的能力。
距离假目标干扰是雷达有源干扰的一种。干扰机截获到雷达信号后，干扰机内部会对所接收到的信号进行参数分析，再由转发机模拟出真实雷达回波的相参信号，然后以一个合适的延迟时间，将接收到的雷达信号再发射回去，形成距离假目标。干扰机收到雷达所发射的脉冲信号时，最快也要在下个脉冲中产生欺骗目标信息。当第二个PRI （PulseRepetition Interval，脉冲重复间隔）雷达发射信号与第一个PRI 的发射信号有所区别时，雷达就可以对真目标与假目标进行正确辨别。
实施例
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于脉冲编码的时间分集欺骗式干扰抑制方法流程示意图，应用于均匀直线阵列（Uniform Linear Arrary, ULA），所述直线阵列中包括M个发射阵元，所述方法包括：
步骤1：确定时间分集阵信号模型的空域与频域之间的耦合特性。
需要说明的是，阵列中的每个阵元都发射相同的波形。
可选的，所述步骤1包括：
步骤1-1：基于时间分集阵信号模型，对相邻阵元之间的发射信号引入时延差
Figure 921184DEST_PATH_IMAGE001
，则将第m个阵元的发射信号表示为：
Figure 904184DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，
Figure 33814DEST_PATH_IMAGE026
表示各阵元发射的基准信号，
Figure 222087DEST_PATH_IMAGE027
表示相邻阵元的发射信号之间的时延差，
Figure 44550DEST_PATH_IMAGE028
，B表示基准信号
Figure 452529DEST_PATH_IMAGE029
的带宽；
步骤1-2：将角度
Figure 589112DEST_PATH_IMAGE030
处的空域合成信号表示为：
Figure 225367DEST_PATH_IMAGE031
；
其中，
Figure 625256DEST_PATH_IMAGE032
为发射信号的载频，
Figure 317268DEST_PATH_IMAGE033
为波长，
Figure 991963DEST_PATH_IMAGE034
，d表示阵元间距，c表示光速，T表示发射信号；
步骤1-3：将空域合成信号变换到频域，以得到空域合成信号的频域表达式，表示为：
Figure 685987DEST_PATH_IMAGE035
；
其中，
Figure 256777DEST_PATH_IMAGE036
为空域导向矢量，表示为：
Figure 170507DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 165006DEST_PATH_IMAGE038
为基于时间步进量所产生的等效频域导向矢量，表示为：
Figure 746160DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 956692DEST_PATH_IMAGE016
表示基带频率，
Figure 121832DEST_PATH_IMAGE017
表示发射频率，
Figure 138330DEST_PATH_IMAGE040
；
Figure 573990DEST_PATH_IMAGE041
表示基带波形
Figure 17741DEST_PATH_IMAGE042
的频域表达式；
H表示共轭转置；
步骤1-4：将所述空域合成信号的频域表达式，确定为空域与频域之间的耦合特性。
参见图2，图2是本发明实施例提供的时间分集阵列的发射信号模型示意图。
需要说明的是，由步骤1，可以得到空域与频域之间的耦合特性，即，角度与频率之间的耦合关系，也就是说其空域和频域上二维相关。不同的角度会对应不同的频率，所以在确定了目标信号的角度的情况下，就可以根据其空-频耦合特性确定目标所在的频段。
参见图3，图3是本发明实施例提供的时间分集阵信号模型的空域与频域耦合特性示意图。
步骤2：获取基于脉冲编码的时间分集阵信号模型，并根据所述基于脉冲编码的时间分集阵信号模型确定发射信号。
可选的，所述步骤2包括：
步骤2-1：将脉冲编码表示为：
Figure 670177DEST_PATH_IMAGE043
；
其中，k表示脉冲数；
步骤2-2：将上述脉冲编码添加至第m个阵元的发射信号上，则进一步将第m个阵元的发射信号表示为：
Figure 490366DEST_PATH_IMAGE044
；
步骤2-3：进一步将空域合成信号，表示为：
Figure 780533DEST_PATH_IMAGE045
；
步骤2-4：将第k个脉冲以及第n个阵元接收到的M个发射信号，表示为：
Figure 660764DEST_PATH_IMAGE046
。
其中，τ表示双程时延差。
需要说明的是，上述引入脉冲编码后接收端接收信号的表达式。
本发明在时间分集阵信号模型的基础上，扩展得到基于脉冲编码的时间分集阵信号模型，其中，基于脉冲编码的时间分集阵信号模型通过在接收端下变频，从而去掉了发射信号中的载频信号。
步骤3：根据所述耦合特性，确定目标匹配滤波器及目标信号对应的频段。
可选的，所述步骤3包括：
所述步骤3包括：
步骤3-1：根据所述耦合特性，确定目标匹配滤波器。
步骤3-2：根据所述目标匹配滤波器，确定目标信号对应的频段。
可选的，所述步骤3-1包括：
由于在接收端进行M路匹配滤波，则基于所述耦合特性构造第i路目标匹配滤波器（目标匹配滤波器又称匹配函数），表示为：
Figure 472600DEST_PATH_IMAGE047
，
其中，
Figure 830900DEST_PATH_IMAGE048
为
Figure 241153DEST_PATH_IMAGE049
的频域表达式，
Figure 531101DEST_PATH_IMAGE050
；
Figure 394014DEST_PATH_IMAGE051
表示第i个匹配角度（即波束形成角度），
Figure 556005DEST_PATH_IMAGE051
的满足条件为：
Figure 820765DEST_PATH_IMAGE052
。
m'表示发射阵元数，取值从1到M。
需要说明的是，当干扰信号和目标信号在同一角度处时，根据空频耦合特性目标信号和干扰信号所在的频段也会重合，无法区分。然而，由于本发明上述目标匹配滤波器是和目标信号的频段相匹配的，因此，回波信号经过目标匹配滤波器之后，干扰信号会发生失配，即，偏移到其他的频段，从而通过本发明所述目标匹配滤波器区分目标信号和干扰信号。
所述匹配滤波器又称二维匹配滤波器。其匹配函数里有关于脉冲编码的项。
可选的，所述步骤3-2包括：
步骤3-21：获取回波信号；
步骤3-22：通过目标匹配滤波器对所述回波信号进行滤波处理，以得到第一输出信号，将第一输出信号表示为：
Figure 541334DEST_PATH_IMAGE053
，
其中，
Figure 829227DEST_PATH_IMAGE054
表示回波信号，
Figure 529330DEST_PATH_IMAGE055
表示第i路目标匹配滤波器；
回波信号经过目标匹配滤波器之后，通过所述目标匹配滤波器能够区分目标信号和干扰信号。即，第一输出信号中包括位于不同频带的目标信号和干扰信号。
步骤3-23：基于所述耦合特性、第一输出信号和预设的目标信号的角度信息，确定目标信号对应的频段。
步骤4：基于所述目标信号对应的频段，确定目标带通滤波器。
可选的，所述步骤4包括：
基于所述目标信号对应的频段，确定目标带通滤波器，表示为：
Figure 147130DEST_PATH_IMAGE056
。
其中，
Figure 540066DEST_PATH_IMAGE057
表示截止频率。
步骤5：基于所述目标带通滤波器，对回波信号中的干扰信号进行过滤，以实现干扰抑制。
所述回波信号中包括目标信号和干扰信号，所述回波信号经由发射信号反射得到。
可选的，所述步骤5包括：
通过目标带通滤波器对第一输出信号进行滤波处理，以对干扰进行抑制得到第二输出信号，表示为：
Figure 377572DEST_PATH_IMAGE058
·
Figure 317584DEST_PATH_IMAGE059
。
所述目标带通滤波器根据目标信号的频段设计的，因此将第一输出信号通过目标带通滤波器能够将干扰信号抑制掉，得到最终的输出信号，即第二输出信号，从而实现干扰抑制。
目标匹配滤波器和目标带通滤波器合称基于脉冲编码的匹配滤波器。
参见图4，图4是本发明实施例提供的一种输出第二输出信号的工作流程示意图。
本发明能够基于步骤2推导出发射信号，由于回波信号是经由发射信号反射得到，且相对于发射信号有一个时延，因此，本发明可以根据推导出的发射信号确定回波信号。进一步的，基于目标匹配滤波器，对回波信号进行滤波处理，以将回波信号中的目标信号和干扰信号区分至不同频段，即，第一输出信号。由于耦合特性公式中，已知目标信号的角度，即可得到目标信号的频段，因此，本发明可以在第一输出信号基础上，通过预设的目标角度信号确定目标信号的频段。最后，通过基于目标信号的频段设计的目标带通滤波器，对第一输出信号进行滤波处理，以滤掉回波信号中的干扰信号，保留目标信号，即，得到第二输出信号。
本发明通过在时间分集阵信号模型的基础上加入脉冲编码，能够将各个脉冲信号进行区分，从而能够高效辨别真假目标。另外，由于在进行匹配时不同脉冲间会产生角度偏移，因此，本发明根据目标匹配滤波器，能够将接收到的回波信号中的目标信号的干扰信号区分在不同频带内，即，得到第一输出信号，再将第一输出信号通过根据目标信号对应频段设计的带通滤波器，使目标信号通过，而滤除干扰信号，实现主瓣欺骗式干扰抑制。
为了验证本发明的有益效果，进一步对接收到的回波信号进行滤波前后的仿真对比。
参数设置：假设目标信号和干扰信号所在角度相同，均为0°，而目标信号所在距离为4508m处，干扰信号所在距离为5505m，其余仿真参数如表所示。
Figure 291356DEST_PATH_IMAGE060
对接收到的回波信号进行滤波前后的对比如图5，6所示。通过对比可以发现，滤波之前的干扰信号的幅度明显高于目标信号，干扰信号的存在会严重影响雷达的探测性能，滤波之后可以明显看到干扰信号淹没在噪声当中，即，本发明所设计的滤波器可以有效的抑制干扰，实现对目标信号的检测。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于脉冲编码的时间分集欺骗式干扰抑制方法，应用于均匀直线阵列，所述直线阵列中包括M个发射阵元，其特征在于，包括：
步骤1：确定时间分集阵信号模型的空域与频域之间的耦合特性；
步骤2：获取基于脉冲编码的时间分集阵信号模型，并根据所述基于脉冲编码的时间分集阵信号模型确定发射信号；
步骤3：根据所述耦合特性，确定目标匹配滤波器及目标信号对应的频段；
步骤4：基于所述目标信号对应的频段，确定目标带通滤波器；
步骤5：基于所述目标带通滤波器，对回波信号中的干扰信号进行过滤，以实现干扰抑制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤1-1：基于时间分集阵信号模型，对相邻阵元之间的发射信号引入时延差
Figure 662487DEST_PATH_IMAGE001
，则将第m个阵元的发射信号表示为：
Figure 579628DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 795583DEST_PATH_IMAGE003
表示各阵元发射的基准信号，
Figure 190792DEST_PATH_IMAGE001
表示相邻阵元的发射信号之间的时延差，
Figure 942848DEST_PATH_IMAGE004
，B表示基准信号
Figure 765310DEST_PATH_IMAGE003
的带宽；
步骤1-2：将角度
Figure 970027DEST_PATH_IMAGE005
处的空域合成信号表示为：
Figure 168927DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，
Figure 837805DEST_PATH_IMAGE007
为发射信号的载频，
Figure 768852DEST_PATH_IMAGE008
为波长，
Figure 959400DEST_PATH_IMAGE009
，d表示阵元间距，c表示光速，T表示发射信号；
步骤1-3：将空域合成信号变换到频域，以得到空域合成信号的频域表达式，表示为：
Figure 634095DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，
Figure 95163DEST_PATH_IMAGE011
为空域导向矢量，表示为：
Figure 462691DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure 140534DEST_PATH_IMAGE013
为基于时间步进量所产生的等效频域导向矢量，表示为：
Figure 353341DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 934495DEST_PATH_IMAGE015
表示基带频率，
Figure 207345DEST_PATH_IMAGE016
表示发射频率，
Figure 366625DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 383123DEST_PATH_IMAGE018
表示基准信号
Figure 818783DEST_PATH_IMAGE003
的频域表达式；H表示共轭转置；
步骤1-4：将所述空域合成信号的频域表达式，确定为空域与频域之间的耦合特性。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2-1：将脉冲编码表示为：
Figure 528113DEST_PATH_IMAGE019
；
其中，k表示脉冲数；
步骤2-2：将所述脉冲编码添加至第m个阵元的发射信号上，则进一步将第m个阵元的发射信号表示为：
Figure 914970DEST_PATH_IMAGE020
；
步骤2-3：进一步将空域合成信号，表示为：
Figure 735158DEST_PATH_IMAGE021
；
步骤2-4：将第k个脉冲以及第n个阵元接收到的M个发射信号，表示为：
Figure 25325DEST_PATH_IMAGE023
；
其中，τ表示双程时延差。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：
步骤3-1：根据所述耦合特性，确定目标匹配滤波器；
步骤3-2：根据所述目标匹配滤波器，确定目标信号对应的频段。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3-1包括：
由于在接收端进行M路匹配滤波，则基于所述耦合特性构造第i路目标匹配滤波器，表示为：
Figure 905557DEST_PATH_IMAGE024
，
其中，
Figure 779710DEST_PATH_IMAGE025
为
Figure 138010DEST_PATH_IMAGE026
的频域表达式，
Figure 548263DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 599395DEST_PATH_IMAGE028
表示第i个匹配角度，
Figure 960844DEST_PATH_IMAGE029
的满足条件为：
Figure 122835DEST_PATH_IMAGE030
m'表示发射阵元数，取值从1到M。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3-2包括：
步骤3-21：获取回波信号；
步骤3-22：通过目标匹配滤波器对所述回波信号进行滤波处理，以得到第一输出信号，将第一输出信号表示为：
Figure 122015DEST_PATH_IMAGE031
，
其中，
Figure 344049DEST_PATH_IMAGE032
表示回波信号，
Figure 198654DEST_PATH_IMAGE033
表示第i路目标匹配滤波器；
步骤3-23：基于耦合特性、第一输出信号和预设目标信号的角度信息，确定目标信号对应的频段。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：
基于所述目标信号对应的频段，确定目标带通滤波器，表示为：
Figure 102019DEST_PATH_IMAGE034
，
其中，
Figure 221284DEST_PATH_IMAGE035
表示截止频率。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括：
通过目标带通滤波器对第一输出信号进行滤波处理，以对干扰进行抑制得到第二输出信号，表示为：
Figure 847175DEST_PATH_IMAGE036
·
Figure 684681DEST_PATH_IMAGE037
。
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