CN114325602B - 基于脉间编码的正交空时编码阵假目标干扰抑制方法 - Google Patents

基于脉间编码的正交空时编码阵假目标干扰抑制方法 Download PDF

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CN114325602B CN202210197765.3A CN202210197765A CN114325602B CN 114325602 B CN114325602 B CN 114325602B CN 202210197765 A CN202210197765 A CN 202210197765A CN 114325602 B CN114325602 B CN 114325602B
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Abstract

本发明公开了一种基于脉间编码的正交空时编码阵假目标干扰抑制方法，所述方法包括：步骤1：基于正交相位编码，获取正交空时编码阵信号模型；步骤2：获取基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型；步骤3：获取所述基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型对应的互相关函数；步骤4：根据互相关函数中的峰值信息，确定幅度关系式；步骤5：根据所述幅度关系式，实现自定义干扰抑制。本发明能够针对自卫式假目标干扰进行有效地抑制。

Description

基于脉间编码的正交空时编码阵假目标干扰抑制方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及一种基于脉间编码的正交空时编码阵假目标干扰抑制方法。
背景技术
自卫式假目标干扰中，干扰与目标位于相同位置。现有技术中，针对自卫式假目标干扰，主要有４种解决思路：
一是利用雷达主天线和辅助天线极化特性差异进行抑制，但只对压制式干扰有效；二是根据目标与干扰在时域上的差异，利用盲分离技术进行匹配滤波提取目标回波，但无法提取目标角度信息；三是利用频率捷变、波形捷变技术，使具有频率或波形差异的干扰因失配而得到抑制，由于只是单纯改变频率或波形，随着时间推移，干扰机总会再次释放同频或类似波形的欺骗干扰，导致干扰抑制效果较差；四是利用组网雷达信息融合实现自卫式干扰的抑制，但对雷达组网误差校准及情报融合要求较高，实现难度较大。另外，针对自卫式假目标干扰的研究主要集中在相控阵雷达。
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间编码的正交空时编码阵假目标干扰抑制方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种基于脉间编码的正交空时编码阵假目标干扰抑制方法，所述方法包括：步骤1：基于正交相位编码，获取正交空时编码阵信号模型；步骤2：获取基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型；步骤3：获取所述基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型对应的互相关函数；步骤4：根据互相关函数中的峰值信息，确定幅度关系式；步骤5：根据所述幅度关系式，实现自定义干扰抑制。
在本发明的一个实施例中，所述步骤1包括：在原始空时编码阵信号模型中，引入正交相位编码
Figure 344952DEST_PATH_IMAGE001
，以获取正交空时编码阵信号模型。
在本发明的一个实施例中，所述步骤2包括：在正交空时编码阵信号模型中的同一阵元且不同脉冲重复时间中，引入脉间编码，以获取基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型。
本发明的有益效果：
本发明能够利用干扰机复制转发的假目标干扰波形是前一个周期或前几个周期雷达发射信号的这一特点，通过基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型的不同周期发射信号的幅度关系，在不同周期发射正交信号，从而使自卫式假目标干扰在经过匹配滤波时，因与参考信号正交失配而得到有效抑制。
另外，本发明能够根据自卫式假目标干扰会随着线性调频信号空时编码雷达不同周期相位差
Figure 704170DEST_PATH_IMAGE002
逐渐增大，其干扰在距离门的位置会逐渐偏移，并且峰值也会下降，而真实目标信号峰值与位置均不变的特点，通过合理的设计脉冲间发射信号的相位差，从而灵活有效地抑制自卫式假目标干扰。
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间编码的正交空时编码阵假目标干扰抑制方法示意图；
图2是本发明实施例提供的空时编码阵信号模型图；
图3是本发明实施例提供的基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型在阵元间距
Figure 421590DEST_PATH_IMAGE003
时的正交LFM空时编码阵雷达发射-接收域功率分布谱示意图；
图4a是基于本发明实施例提供的一种线性调频信号在不同周期且相同斜率时的相邻周期信号的自相关仿真图；
图4b是基于本发明实施例提供的一种在
Figure 692166DEST_PATH_IMAGE004
=1MHz时线性调频信号在不同周期且相同斜率情况下的相邻周期信号的互相关仿真图；
图4c是基于本发明实施例提供的一种在
Figure 942756DEST_PATH_IMAGE004
=1.5MHz时线性调频信号在不同周期且相同斜率情况下的相邻周期信号的互相关仿真图；
图4d是基于本发明实施例提供的一种在
Figure 702902DEST_PATH_IMAGE004
=2MHz时线性调频信号在不同周期且相同斜率情况下的相邻周期信号的互相关仿真图；
图5a是基于本发明实施例提供的一种在
Figure 845301DEST_PATH_IMAGE004
=0时且目标和干扰速度均为零的情况下经过匹配滤波输出的信号示意图；
图5b是基于本发明实施例提供的一种在
Figure 480420DEST_PATH_IMAGE004
=1MHz时且目标和干扰速度均为零情况下经过匹配滤波输出的信号示意图；
图5c是基于本发明实施例提供的一种在
Figure 86981DEST_PATH_IMAGE004
=1.5MHz时且目标和干扰速度均为零情况下经过匹配滤波输出的信号示意图；
图5d是基于本发明实施例提供的一种在
Figure 18028DEST_PATH_IMAGE004
=2MHz时且目标和干扰速度均为零情况下经过匹配滤波输出的信号示意图；
图5e是基于本发明实施例提供的一种在
Figure 146259DEST_PATH_IMAGE004
=2.5MHz时且目标和干扰速度均为零情况下经过匹配滤波输出的信号示意图；
图6a是基于本发明实施例提供的一种在
Figure 820954DEST_PATH_IMAGE004
=0时且目标速度为120m/s干扰速度为180m/s情况下经过匹配滤波输出的信号示意图；
图6b是基于本发明实施例提供的一种在
Figure 219706DEST_PATH_IMAGE004
=1MHz且目标速度为120m/s干扰速度为180m/s情况下经过匹配滤波输出的信号示意图；
图6c是基于本发明实施例提供的一种在
Figure 17592DEST_PATH_IMAGE004
=1.5MHz时且目标速度为120m/s干扰速度为180m/s情况下经过匹配滤波输出的信号示意图；
图6d是基于本发明实施例提供的一种在
Figure 196900DEST_PATH_IMAGE004
=2MHz时且目标速度为120m/s干扰速度为180m/s情况下经过匹配滤波输出的信号示意图；
图6e是在本发明实施例提供的一种在
Figure 409707DEST_PATH_IMAGE004
=2.5MHz时且目标速度为120m/s干扰速度为180m/s情况下经过匹配滤波输出的信号示意图。
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。
实施例
参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于脉间编码的正交空时编码阵假目标干扰抑制方法示意图，应用于频分MIMO雷达，所述方法包括：
步骤1：基于正交相位编码，获取正交空时编码阵信号模型。
现有技术中，假目标干扰抑制方法的研究主要集中在相控阵雷达，还没有一种涉及频分MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多入多出）雷达的自卫式假目标干扰抑制方法。本发明能够应用于频分MIMO雷达进行自卫式假目标干扰抑制。
需要说明的是，空时编码阵在各发射阵元之间引入微小的时延量，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。空时编码阵是在相控阵基础上引入时间分集，在各天线单元发射信号间增加微小的时延量，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。空时编码阵中能够使同一阵元在不同PRT（PulseRepetition Time，脉冲重复时间）发射的信号保持正交。
本发明在MIMO雷达接收到包含目标以及自卫式假目标的信号，能够根据基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型，首先对回波信号进行正交匹配滤波以分离不同发射阵元的信号，此时由于目标信号与匹配信号处于同一脉冲重复周期，而假目标干扰信号为上一个甚至几个周期的信号，因此干扰信号与参考信号由于不同脉冲之间发射信号的正交性而产生失配，而真实的目标信号不受影响，从而实现自卫式假目标干扰抑制。
可选的，所述步骤1包括：
在原始空时编码阵信号模型中，引入正交相位编码
Figure 427079DEST_PATH_IMAGE001
，以获取正交空时编码阵信号模型。
需要说明的是，原始空时编码阵信号模型指的是现有技术中的空时编码阵信号模型。本发明通过引入正交相位编码
Figure 699929DEST_PATH_IMAGE001
，改进所述原始空时编码阵信号模型，以得到正交空时编码阵信号模型。
正交空时编码阵信号模型中，又称正交的线性LFM（Linear FrequencyModulation，线性调频信号）空时编码阵信号模型。其不同阵元上的编码保持脉间正交。
步骤2：获取基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型。
可选的，所述步骤2包括：
在正交空时编码阵信号模型中的同一阵元且不同脉冲重复时间中，引入脉间编码，以获取基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型。
需要说明的是，引入脉间编码能够使同一阵元在不同PRT发射的信号保持正交。
步骤3：获取所述基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型对应的互相关函数。
雷达中包括接收端，雷达对应有多个阵元。本发明假设阵列中的每个阵元都发射相同的波形。
可选的，所述步骤3包括：
在不同阵元之间的发射信号中引入时延差
Figure 366534DEST_PATH_IMAGE005
，则将第m个阵元发射的信号，表示为：
Figure 881566DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 254910DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 964240DEST_PATH_IMAGE008
；M表示阵元总数；
Figure 351097DEST_PATH_IMAGE009
为发射信号载频；E为发射总功率；基带波形采用线性调频信号：
Figure 108968DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 399135DEST_PATH_IMAGE011
为线性调频信号的调频率，
Figure 721444DEST_PATH_IMAGE012
为发射信号脉冲宽度，B为发射信号带宽，t表示时间。
Figure 97062DEST_PATH_IMAGE001
表示一组正交相位编码，不同阵元上的编码在脉间是正交的，这里只取一个脉冲的信号进行说明。
接收端对接收到的信号进行下变频处理和匹配滤波处理；
将由第m个阵元发射并且由第n个阵元接收到的信号，表示为：
Figure 891580DEST_PATH_IMAGE013
；
其中，
Figure 301833DEST_PATH_IMAGE014
表示复散射系数，
Figure 352966DEST_PATH_IMAGE015
表示匹配滤波后的复幅度，d表示阵元间距，
Figure 652098DEST_PATH_IMAGE016
表示波长，
Figure 814089DEST_PATH_IMAGE017
表示目标角度，c表示光速。
将第n个阵元接收信号的M路匹配输出，以矢量形式表示为：
Figure 813269DEST_PATH_IMAGE018
假设Q个假目标干扰，（由于第q个干扰信号经下变频及匹配滤波后具有与目标信号类似的形式）则将第q个干扰信号，表示为：
Figure 471521DEST_PATH_IMAGE019
Figure 821731DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure 725096DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 360475DEST_PATH_IMAGE022
分别表示第q个假目标的发射导向矢量和接收导向矢量。
综合考虑目标、干扰信号和噪声后，接收端通过下变频并匹配滤波处理之后的输出，表示为：
Figure 487831DEST_PATH_IMAGE023
，
其中，
Figure 263020DEST_PATH_IMAGE024
表示噪声矢量。
可选的，所述噪声为高斯白噪声。
假设每个阵元连续发射P个脉冲重复时间的发射信号，则将P个脉冲重复时间的发射信号分别表示为：
Figure 265349DEST_PATH_IMAGE025
Figure 442383DEST_PATH_IMAGE026
Figure 740641DEST_PATH_IMAGE027
其中，阵元个数为M，n∈ [1，N]，n表示第n个阵元；
由于同一阵元在不同脉冲重复时间的发射信号保持正交，则满足：
Figure 501661DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 809146DEST_PATH_IMAGE029
；
当上式恒成立时，需满足的条件表示为：
Figure 73643DEST_PATH_IMAGE030
；
即同一阵元的发射信号在不同脉冲重复周期之间的相位差与信号脉宽的乘积为2π的整数倍。
则将同一阵元不同脉冲重复周期信号的互相关函数，表示为：
Figure 808380DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 292583DEST_PATH_IMAGE033
。
需要说明的是，由于匹配滤波后的输出信号等价于发射信号的相关函数，与真实目标对应的输出为自相关，而与干扰对应的输出为互相关。因此，本发明采用互相关函数反映干扰抑制的程度。
步骤4：根据互相关函数中的峰值信息，确定幅度关系式。
可选的，所述步骤4包括
基于sinc函数（即sinc函数的特点），可知当满足下式时互相关函数出现峰值，即得到第一公式，或者，第二公式；
Figure 908153DEST_PATH_IMAGE034
，
其中，第一公式表示为：
Figure 856517DEST_PATH_IMAGE035
，
第二公式表示为：
Figure 762156DEST_PATH_IMAGE036
；
当第二公式满足时，确定两个脉冲的信号在一个脉宽内无重合，且峰值为0；
或者，当满足第一公式时，确定不同脉冲的信号在时域内有重叠，则将第一公式表示为：
Figure 232189DEST_PATH_IMAGE037
；
则将幅度关系式，表示为：
Figure 881477DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 622031DEST_PATH_IMAGE039
表示同一阵元在不同脉冲重复时间所发射信号的相位差，T表示脉冲宽度。
步骤5：根据所述幅度关系式，实现自定义干扰抑制。
需要说明的是，由幅度关系式可知，在发射信号参数一定的情况下，互相关函数的峰值位置即幅度会随着
Figure 197106DEST_PATH_IMAGE039
的变化而变化。
Figure 718217DEST_PATH_IMAGE004
的值实际上就是同一阵元在不同PRT所发射信号的相位差，这个相位差越大，则互相关函数的峰值越偏离中心，并且其幅度随之降低，因此，在正交匹配滤波过程中，互相关函数峰值的位置偏移及幅度下降导致假目标干扰信号的位置偏移及其幅度的下降。
即，本发明能够通过改变所设计脉冲间发射信号的相位差
Figure 843299DEST_PATH_IMAGE004
，从而灵活有效地抑制自卫式假目标干扰。
综上，本发明的有益效果：
本发明能够利用干扰机复制转发的假目标干扰波形是前一个周期或前几个周期雷达发射信号的这一特点，通过基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型的不同周期发射信号的幅度关系，在不同周期发射正交信号，从而使自卫式假目标干扰在经过匹配滤波时，因与参考信号正交失配而得到有效抑制。
另外，本发明能够根据自卫式假目标干扰会随着线性调频信号空时编码雷达不同周期相位差
Figure 264791DEST_PATH_IMAGE039
逐渐增大，其干扰在距离门的位置会逐渐偏移，并且峰值也会下降，而真实目标信号峰值与位置均不变的特点，通过合理的设计脉冲间发射信号的相位差，从而灵活有效地抑制自卫式假目标干扰。
进一步基于实验仿真，验证本发明的有益效果。
本仿真实验是通过改变相位差
Figure 512233DEST_PATH_IMAGE004
的值，对互相关函数在不同相位差的情况下进行仿真对比。同理，对脉冲压缩匹配滤波后的信号在不同相位差的情况下进行仿真对比，对比的性能指标均为能否实现对干扰的有效抑制。
参数设置：
假设目标和干扰所在角度相同，均为0°目标所在距离为15km处，而干扰所在距离分别为10.5km、15km、19.5km，图5a至图5e中目标和干扰速度均为零图6a至图6e中目标速度为120m/s，干扰速度为180m/s，其余仿真参数如表所示。
Figure 520640DEST_PATH_IMAGE040
从图3可以看出，当干扰机释放自卫式假目标干扰时，由于其干扰机的真实位置与目标相同，使得干扰与目标的功率分布重合，即无法再通过发射－接收域二维区分开目标与干扰。
从图4a可以看出，信号的自相关函数输出峰值高，自相关峰值旁瓣比大于30dB，即经过匹配滤波后的目标信号可以进一步得到增强。从图4b可知，当
Figure 942089DEST_PATH_IMAGE004
=1MHz时，互相关峰值位置50us，归一化后幅度为-6.021dB，
与理论值
Figure 719552DEST_PATH_IMAGE041
=50us、
Figure 137895DEST_PATH_IMAGE042
= -6.02dB一致；从图4c可知，当
Figure 804237DEST_PATH_IMAGE043
=1.5MHz时，互相关峰值位置为75us，归一化幅度为-12.04dB，与理论值
Figure 599018DEST_PATH_IMAGE044
=75us、
Figure 230988DEST_PATH_IMAGE045
= -12.04dB一致。比较图4a、图4b、图4c、图4d可以发现，随着不同周期信号相位差的增大，输出信号的峰值位置逐渐左移，峰值也逐渐降低，特别当
Figure 256450DEST_PATH_IMAGE004
=2MHz时，互相关峰值降为-30dB左右，具有良好的正交性，满足设计要求。
从图5a至图5e和图6a至图6e可以发现，随着正交LFM空时编码阵雷达不同周期发射信号载频的变化，以当前周期的参考信号进行脉冲压缩匹配滤波时，对于干扰的抑制也有不同的效果。当不断增大相位差
Figure 239450DEST_PATH_IMAGE004
时，匹配滤波输出的干扰信号位置不断右移，而目标信号位置却没有移动，实际中也可以利用这一特性对自卫式假目标干扰进行抑制。
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 (5)

1.一种基于脉间编码的正交空时编码阵假目标干扰抑制方法，应用于频分MIMO雷达，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：基于正交相位编码，获取正交空时编码阵信号模型；
步骤2：获取基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型；
步骤3：获取所述基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型对应的互相关函数；
步骤4：根据互相关函数中的峰值信息，确定幅度关系式；
步骤5：根据所述幅度关系式，实现自定义干扰抑制。
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：
在原始空时编码阵信号模型中，引入正交相位编码cm，以获取正交空时编码阵信号模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：
在正交空时编码阵信号模型中的同一阵元且不同脉冲重复时间中，引入脉间编码，以获取基于脉间编码的正交空时编码阵信号模型。
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：
对不同阵元之间的发射信号引入时延差Δt，则第m个子阵发射的信号波形为：
Figure FDA0003627867690000011
其中，0≤t≤Tp；m＝1,2,…,M；f0为发射信号载频；E为发射总功率；基带波形采用线性调频信号：
Figure FDA0003627867690000012
μ＝B/Tp为线性调频信号的调频率，Tp为发射信号脉冲宽度，B为发射信号带宽，cm表示正交相位编码，t表示时间；
接收端对信号进行下变频和匹配滤波处理之后，将第m个阵元发射并由第n个阵元接收到的信号，表示为：
Figure FDA0003627867690000021
其中，rs表示假目标的距离，θs表示假目标的角度，λ表示波长，c表示光速；
将第n个阵元接收信号的M路匹配输出以矢量形式表示，为：
Figure FDA0003627867690000022
假设Q个假目标干扰，则第q个干扰信号，表示为：
Figure FDA0003627867690000023
Figure FDA0003627867690000024
其中，
Figure FDA0003627867690000025
表示第个假目标的复散射系数，τq表示第q个假目标的距离对应的双程时延差，θq表示第q个假目标的角度，N表示接收阵元数；
接收端通过下变频并匹配滤波处理之后的输出，表示为：
Figure FDA0003627867690000026
其中，n表示噪声矢量；
假设每个阵元连续发射P个脉冲重复时间的发射信号，则将P个脉冲重复时间的发射信号分别表示为：
Figure FDA0003627867690000027
Figure FDA0003627867690000028
……
Figure FDA0003627867690000031
其中，阵元个数为M，n∈[1，N]，n表示第n个阵元；
由于同一阵元在不同脉冲重复时间的发射信号保持正交，则满足：
Figure FDA0003627867690000032
Figure FDA0003627867690000033
其中，ωP表示第P个发射脉冲的编码系数，ωq表示第q个发射脉冲的编码系数，τ表示相对时间差，T表示发射基带信号脉宽；
当上式恒成立时，需满足的条件表示为：
Figure FDA0003627867690000034
则将同一阵元不同脉冲重复周期信号的互相关函数，表示为：
Figure FDA0003627867690000035
其中，
Figure FDA0003627867690000036
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括
基于sinc函数，可知当满足下式时
Figure FDA0003627867690000041
互相关函数出现峰值，即得到第一公式，或者，第二公式；
其中，第一公式表示为：
2πμτ+ωp-ωq＝0，
第二公式表示为：
T-τ＝0；
当第二公式满足时，确定两个脉冲的信号在一个脉宽内无重合，且峰值为0；
或者，当满足第一公式时，确定不同脉冲的信号在时域内有重叠，则将第一公式表示为：
Figure FDA0003627867690000042
则将幅度关系式，表示为：
Figure FDA0003627867690000043
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