CN114296040A - 一种极化切换雷达抗主瓣干扰优化方法 - Google Patents

一种极化切换雷达抗主瓣干扰优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种极化切换雷达抗主瓣干扰优化方法，包括：探测工作初始时，将相控阵雷达阵面平均划分为两部分，两部分接收极化相互正交；测量干扰信号在H极化和V极化上的功率值；计算干扰信号的极化夹角θ；根据干扰信号的极化夹角θ判断整个阵面选择V极化或H极化进行发射；对接收阵面进行极化划分；基于接收阵面和发射阵面的极化形式，进行雷达探测；对接收信号进行极化对消；判断探测工作是否结束，测量干扰信号在H、V极化上的功率IH1和IV1，并更新干扰信号的极化夹角；循环执行直到探测结束。本发明不增加成本，适用于各种正交极化的抗干扰应用，提升雷达在主瓣干扰环境下的探测威力。

Description

一种极化切换雷达抗主瓣干扰优化方法
技术领域
本发明属于雷达技术领域，涉及一种极化切换雷达抗主瓣干扰优化方法。
背景技术
相控阵雷达应用广泛，但是日益复杂的电磁环境与干扰严重威胁着雷达系统的生存，因此提升雷达抗干扰的能力显得愈发重要。电磁波极化是继时域、频域、空域之后另一种可以利用的资源维度，有效提高雷达的抗干扰能力。极化是电磁场固有的物理参量，按照其空间电场磁场振动关系可以分为线极化、圆极化、椭圆极化等。对于雷达主瓣干扰，干扰信号位于雷达波束主瓣之内，干扰信号强度远高于目标回波信号强度，而且干扰信号与目标回波信号往往在时间域、频域、空域中难以区分，因此，利用极化维度是一种提高雷达抗主瓣干扰的有效手段。
在雷达天线设计中，接收雷达回波电磁波极化信息有两种基本的方式：一是直接利用双极化天线单元同时接收两种极化，这种方法较单极化雷达后端网络、通道、处理设备量翻倍，增大了设计难度，也使得系统成本较高；另一种方式是采用极化切换天线单元，通过开关实现不同极化的切换，令不同阵面单元采用不同极化方式进行回波极化测量，此方法成本相对低廉。对于大型相控阵雷达系统，天线单元数量较多，通道网络处理较为复杂，选择极化切换方式就显得非常有必要。
中国专利“CN109904622A信号极化切换装置、方法、存储介质及计算机设备”所述的技术方案虽然可以实现极化切换的功能，但仅能用在友方通信工作场景中：对接收信号的极化形式需要有明确的规定。对于面临主瓣干扰的电磁对抗环境中，急需一种低成本的优化设计方法，提升雷达的抗主瓣干扰能力。
对于常规极化切换雷达，每一时刻仅有单一一个极化，不具备极化测量以及抗主瓣干扰能力；对于常规平均划分阵面为不同极化方式的极化切换雷达，由于接收阵面完全均分成两部分，在没有干扰的情况下依然会损失3dB信噪比，在干扰存在情况下，信噪比损失也非最小。
发明内容
为解决现有技术存在的难题，本发明提供了一种极化切换雷达抗主瓣干扰优化方法，包括以下步骤：
步骤一：探测工作初始时，将相控阵雷达阵面平均划分为两部分，两部分接收极化相互正交，分别记为H极化和V极化；
步骤二：在仅接收状态下测量干扰信号在H极化和V极化上的功率值，分别记为IH和IV；
步骤三：计算干扰信号的极化夹角θ；根据干扰信号的极化夹角θ判断整个阵面选择V极化或H极化进行发射；
步骤四：对接收阵面进行极化划分，其中比例为p的接收阵面切换选择与发射阵面相同的极化，其余接收阵面切换选择与发射阵面正交的极化，p为接收阵面划分因子；
步骤五：基于接收阵面和发射阵面的极化形式，进行雷达探测；
步骤六：对接收信号进行极化对消；
步骤七：判断探测工作是否结束，如果需要继续进行探测，循环执行步骤二-七直到探测结束。
进一步地，所述步骤四中接收阵面划分因子p的计算公式具体为：
Figure BDA0003435286870000021
进一步地，步骤三中所述初次的干扰信号的极化夹角θ的计算公式具体为：
Figure BDA0003435286870000022
进一步地，所述步骤三中第二次及以后的干扰信号的极化夹角θ的计算公式具体为：
如果θ＞45°，则极化夹角θ更新为
Figure BDA0003435286870000023
如果θ≤45°，则极化夹角θ更新为
Figure BDA0003435286870000024
进一步地，步骤三中如果干扰信号的极化夹角θ大于45°，则整个阵面选择V极化进行发射，否则选择H极化进行发射。
进一步地，步骤六中对接收信号进行极化对消时具体的对消公式为：
Figure BDA0003435286870000025
其中，S1和S2分别为主极化和辅极化通道接收的信号；
Figure BDA0003435286870000026
和
Figure BDA0003435286870000027
分别为对主极化和辅极化通道中的干扰信号强度的估计；
Figure BDA0003435286870000028
和
Figure BDA0003435286870000029
分别为对主极化和辅极化通道中的干扰信号相位的估计；所述主极化与发射相同极化，辅极化与发射正交极化。
本发明与现有技术相比，其有益效果如下：
(1)通过自适应极化优化方法，可以实现对主瓣干扰进行极化对消后，使信噪比损失最小，推远雷达在主瓣受干扰情况下的探测威力。
(2)本发明在不增加成本的情况下，能够适应各种正交极化的抗干扰应用，提升雷达在主瓣干扰环境下的探测威力。
附图说明
图1为实施例一的流程图。
图2为本发明和现有技术方法的信噪比损失对比图。
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
图1是本实施例的主流程图。如图1所示，本发明提出的极化切换雷达抗主瓣干扰优化方法包含以下步骤：
步骤一：初始时，将相控阵雷达阵面平均划分为两部分，两部分接收极化相互正交，分别记为H极化和V极化。本实施例中，H极化和V极化的接收极化分别为垂直极化、水平极化。
步骤二：在仅接收状态下，测量干扰信号在两个极化上的功率值，测量值分别为IH和IV，其中，IH为干扰信号在H极化上的功率值，IV为干扰信号在V极化上的功率值。本实施例中，相控阵雷达测得的干扰信号的水平极化的功率值为0.966dBm，干扰信号的垂直极化的功率值为0.259dBm。
步骤三：计算干扰信号的极化夹角θ，计算公式为：
Figure BDA0003435286870000031
步骤四：判断θ是否大于45°，如果大于45°，则整个阵面选择V极化进行发射，否则选择H极化进行发射。本实施例中所计算的θ＝75°。
步骤五：计算接收阵面划分因子p，计算公式如下：
Figure BDA0003435286870000032
本实施例中所计算的计算接收阵面划分因子p为0.789。
步骤六：对接收阵面进行极化划分，其中比例为p的阵面单元切换选择与发射阵面相同的极化，其余阵面单元切换选择与发射阵面正交的极化。本实施例中78.9％的阵面单元选择垂直极化，21.1％的阵面单元选择水平极化。
步骤七：基于接收阵面和发射阵面的极化形式，进行雷达探测。
步骤八：对接收信号进行极化对消，对消公式如下：
Figure BDA0003435286870000041
其中，S1和S2为主极化(与发射相同极化)和辅极化(与发射正交极化)通道接收的信号；
Figure BDA0003435286870000042
为对主极化和辅极化通道中的干扰信号强度的估计；
Figure BDA0003435286870000043
为对主极化和辅极化通道中的干扰信号相位的估计。
步骤九：判断是否结束，如果需继续进行探测，则测量干扰信号在H、V极化上的功率IH1，IV1，并更新夹角θ为θ1：
如果θ＞45°，则更新：
Figure BDA0003435286870000044
如果θ≤45°，则：
Figure BDA0003435286870000045
并循环执行步骤四至步骤九。
经评估，该场景下，采用平均划分阵面为不同极化的方法信噪比损失为3.31dB，而本方法经过极化对消后信噪比损失仅为2.06dB，为此场景下的最低值。
本发明工作原理如下：
主极化阵面(与发射极化相同极化)规模比例为p，辅极化(与发射极化正交)阵面规模为比例1-p。
对于主极化阵面：
Figure BDA0003435286870000046
接收信号能量为：p·S0，S0为整个阵面为主极化时接收信号的功率。
Figure BDA0003435286870000047
干扰能量为：p·cos2(θ)·J0
Figure BDA0003435286870000048
噪声能量为：n0
对于辅极化阵面：
Figure BDA0003435286870000049
接收信号能量为：0
Figure BDA00034352868700000410
干扰能量为：(1-p)·sin2(θ)·J0
Figure BDA0003435286870000051
噪声能量为：n0
其中，θ为极化夹角，J0为干扰源的发射能量。
对消后，信噪比为：
Figure BDA0003435286870000052
上式可以关于p进行求导，可以得到最优化阵面规模因子：
Figure BDA0003435286870000053
本发明与现有技术方法的信噪比损失对比图如图2所示，横坐标为极化夹角，纵坐标为信噪比损失，图中，近似直线的部分为本发明的仿真结果，下方的曲线为现有技术方法的仿真结果。与现有技术相比，本发明不增加成本，适应各种正交极化的抗干扰应用，提升雷达在主瓣干扰环境下的探测威力。
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 (6)

1.一种极化切换雷达抗主瓣干扰优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：探测工作初始时，将相控阵雷达阵面平均划分为两部分，两部分接收极化相互正交，分别记为H极化和V极化；
步骤二：在仅接收状态下测量干扰信号在H极化和V极化上的功率值，分别记为IH和IV；
步骤三：计算干扰信号的极化夹角θ；根据干扰信号的极化夹角θ判断整个阵面选择V极化或H极化进行发射；
步骤四：对接收阵面进行极化划分，其中比例为p的接收阵面切换选择与发射阵面相同的极化，其余接收阵面切换选择与发射阵面正交的极化，p为接收阵面划分因子；
步骤五：基于接收阵面和发射阵面的极化形式，进行雷达探测；
步骤六：对接收信号进行极化对消；
步骤七：判断探测工作是否结束，如果需要继续进行探测，循环执行步骤二-七直到探测结束。
2.根据权利要求1所述的极化切换雷达抗主瓣干扰优化方法，其特征在于，所述步骤四中接收阵面划分因子p的计算公式具体为：
Figure FDA0003435286860000011
3.根据权利要求2所述的极化切换雷达抗主瓣干扰优化方法，其特征在于，步骤三中所述初次的干扰信号的极化夹角θ的计算公式具体为：
Figure FDA0003435286860000012
4.根据权利要求3所述的极化切换雷达抗主瓣干扰优化方法，其特征在于，所述步骤三中第二次及以后的干扰信号的极化夹角θ的计算公式具体为：
如果θ＞45°，则极化夹角θ更新为
Figure FDA0003435286860000013
如果θ≤45°，则极化夹角θ更新为
Figure FDA0003435286860000014
5.根据权利要求4所述的极化切换雷达抗主瓣干扰优化方法，其特征在于，步骤三中如果干扰信号的极化夹角θ大于45°，则整个阵面选择V极化进行发射，否则选择H极化进行发射。
6.根据权利要求5所述的极化切换雷达抗主瓣干扰优化方法，其特征在于，步骤六中对接收信号进行极化对消时具体的对消公式为：
Figure FDA0003435286860000021
其中，S1和S2分别为主极化和辅极化通道接收的信号；
Figure FDA0003435286860000022
和
Figure FDA0003435286860000023
分别为对主极化和辅极化通道中的干扰信号强度的估计；
Figure FDA0003435286860000024
和
Figure FDA0003435286860000025
分别为对主极化和辅极化通道中的干扰信号相位的估计；所述主极化与发射相同极化，辅极化与发射正交极化。
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