CN115754931A - 基于时频滤波的探测干扰一体化直达波干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时频滤波的探测干扰一体化直达波干扰抑制方法，该方法包括：探测干扰一体化系统接收包含直达波干扰的探测回波并采样得到数字信号；对探测回波的数字信号分割并进行加窗短时傅立叶变换得到二维时频表示的信号；对探测回波进行二维时频分析，确定时频滤波阈值，构造时频滤波器，滤除回波中的直达波干扰；对滤除直达波的信号进行短时傅立叶逆变换，得到滤波后的一体化系统回波时域。本发明能够实现探测干扰一体化系统对雷达直达波干扰的抑制，有效降低对方雷达发射信号直达波干扰对我方探测干扰一体化系统探测性能的影响。

Description

基于时频滤波的探测干扰一体化直达波干扰抑制方法

技术领域

本发明属于雷达与电子对抗技术领域，特别涉及一种基于时频滤波的探测干扰一体化直达波干扰抑制方法。

背景技术

随着软硬件技术的迅速发展，电子战中各方的作战模式逐渐从独立设备的组合发展到综合化、模块化、一体化的电子战系统。在进行探测干扰一体化系统设计时，一体化系统发射信号为了干扰对方雷达需要与对方雷达信号处于同一频段，所以在对对方造成干扰的同时，我方探测回波也会混入对方雷达的同频发射信号，从而对我方探测形成强直达波影响，恶化我方探测性能。因此需要通过抑制对方雷达的直达波干扰从而实现我方探测干扰一体化系统探测性能的提升。

在文献张超钢.外辐射源雷达中直达波和干扰信号的抑制[D].电子科技大学,2010中，提出了使用自适应滤波算法进行参数估计然后使用ICA算法进行同频干扰的分离，雷达探测性能提高了35dB。但在时频二维相关时的峰值区分度不高时，探测性能不如预期。

在文献张东坡,楼才义,彭小名,王玉龙.一体化电子战系统中连续波干扰抑制研究[J].中国电子科学研究院学报,2012,7(01):47-51.中提出了一种基于分数阶傅立叶变换的干扰抑制方法，提高了信号的信干比和信噪比。但是直达波信号与一体化系统回波信号在分数阶傅立叶变换域上仍然存在较高的能量重叠，在抑制直达波的同时会造成较大的回波信息损失，造成脉压失配、主旁瓣降低，探测结果恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于时频滤波的探测干扰一体化直达波干扰抑制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于时频滤波的探测干扰一体化直达波干扰抑制方法，包括：

探测干扰一体化系统接收包含直达波干扰的探测回波并采样得到数字信号；

对探测回波的数字信号分割并进行加窗短时傅立叶变换得到二维时频表示的信号；

对探测回波进行二维时频分析，确定时频滤波阈值，构造时频滤波器，滤除回波中的直达波干扰；

对滤除直达波的信号进行短时傅立叶逆变换，得到滤波后的一体化系统回波时域。

第二方面，本申请还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在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第一方面所述的方法。

第三方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的方法。

第四方面，本申请还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的方法。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明提出了一种基于时频滤波的直达波干扰抑制方法，能够在一体化系统发射与对方雷达信号处于同一频段的探测与干扰共享一体化波形时，对于一体化系统探测回波中混入的直达波信号，根据其时频的二维聚集区域，滤除直达波干扰，提升一体化系统探测能力。

附图说明

图1是基于时频滤波的直达波干扰抑制过程图。

图2是无干扰情况下一体化系统探测回波的时域和频域图。

图3是直达波干扰情况下一体化系统探测回波的时域和频域图。

图4是直达波干扰情况下一体化系统探测回波的时频图。

图5是直达波干扰抑制后一体化系统探测回波的时频图。

图6是直达波干扰抑制后一体化系统探测回波的时域和频域图。

图7是直达波干扰抑制前后一体化系统探测回波的脉冲压缩图。

具体实施方式

结合图1，一种基于时频滤波的探测干扰一体化直达波干扰抑制方法，主要包括接收探测回波-短时傅立叶变换-时频滤波-短时傅立叶逆变换。探测干扰一体化系统接收包含直达波干扰的探测回波并采样得到数字信号；对探测回波的数字信号分割并进行加窗短时傅立叶变换得到二维时频表示的信号；对探测回波进行二维时频分析，确定时频滤波阈值，构造时频滤波器，滤除回波中的直达波干扰；对滤除直达波的信号进行短时傅立叶逆变换，得到滤波后的一体化系统回波时域。实现探测干扰一体化系统对雷达直达波干扰的抑制，达到提升探测干扰一体化系统探测能力。下面对本发明作进一步的详细描述。

步骤一：探测干扰一体化系统接收包含直达波干扰的探测回波并采样得到数字信号。

接收直达波干扰下的一体化系统探测回波x(t)，表示为

x(t)＝s(t)+I(t)+ε(t) (1)

式中，s(t)表示一体化系统有用回波信号，I(t)为对方雷达直达波形成的干扰，ε(t)为加性噪声。

对受到直达波干扰的探测回波x(t)进行采样，转换为数字信号，表示为

x(n)＝s(n)+I(n)+ε(n),n＝1,2,…,N。 (2)

式中，s(n)表示一体化系统有用回波采样信号，I(n)为对方雷达直达波干扰采样信号，ε(n)为加性噪声采样信号。假设对方雷达发射信号I(n)为线性调频信号并且与我方一体化系统信号s(n)的时宽同为10×10^-6s，带宽同为40×10⁶Hz，可以看到在无干扰情况下一体化系统探测回波的时域和频域图如图2所示。假设对方线性调频雷达直达波与我方探测干扰一体化系统回波的干信比为20dB，可以看到在直达波干扰情况下一体化系统探测回波的时域和频域图如图3所示。

步骤二：对探测回波的数字信号分割并进行加窗短时傅立叶变换得到二维时频表示的信号。

选择合适长度的窗函数，把数字信号等间隔的分割为多个小段，每个小段之间可以重叠，然后对这些小段分别进行加窗傅立叶变换，得到信号x(n)的短时傅立叶变换x′(n,k)，表示为

式中，w(i)是原点幅度归一化的窗函数，即w(0)＝1。STFT[·]为短时傅立叶变换符号。假设窗函数长度为45，并选用hamming窗，可以看到在直达波干扰情况下一体化系统探测回波的时频图如图4所示。

步骤三：对探测回波进行二维时频分析，确定时频滤波阈值，构造时频滤波器，滤除回波中的直达波干扰。

STFT是一个线性变换，因此，对于信号x(n)进行短时傅里叶变换后的结果又可以表示为

x′(n,k)＝STFT[s(n)+I(n)+ε(n)]

＝STFT[s(n)]+STFT[I(n)]+STFT[ε(n) (4)

＝s′(n,k)+I′(n,k)+ε′(n,k)

式中，s′(n,k)，I′(n,k)和ε′(n,k)分别是一体化系统有用回波采样信号s(n)，对方线性调频雷达直达波干扰采样信号I(n)和加性噪声采样信号ε(n)的短时傅立叶变换结果。

采用一种方差期望的方法在时频图上确定干扰能量所在区域并求取阈值Thr，表示为

式中，E[·]表示数学期望符号，Var[·]为方差计算符号。

确定阈值之后，把短时傅立叶变换后的探测回波幅度|x′(n,k)|与阈值Thr进行比较，大于阈值则认为是直达波干扰，从而构造时频滤波器，表示为

使用构造的时频滤波器对短时傅立叶变换后的回波进行滤波得到去直达波干扰后时频信号x″(n,k),表示为

x″(n,k)＝x′(n,k)·C(n,k) (7)

在该探测干扰一体化系统与对方线性调频雷达对抗场景下，计算得到Thr＝30，可以看到在直达波干扰抑制后一体化系统探测回波的时频图如图5所示。

步骤四：对滤除直达波的信号进行短时傅立叶逆变换，得到滤波后的一体化系统回波时域

表示为

在该探测干扰一体化系统与对方线性调频雷达对抗场景下，对时频滤波后信号进行短时傅立叶逆变换，可以看到在直达波干扰抑制后一体化系统探测回波的时域和频域图如图6所示。并且对干扰抑制前后信号进行脉冲压缩处理，可以看到在直达波干扰抑制前后一体化系统探测回波的脉冲压缩图如图7所示。在受到干扰前一体化系统探测平均旁瓣电平为-25dB，在受到干扰后产生平均-5dB的压制干扰，并且探测性能恶化到无法得到正确主瓣。经过直达波干扰抑制后，平均旁瓣电平恢复到了-20dB，并且能够正确得到主瓣。经过直达波干扰抑制后实现了探测干扰一体化系统探测性能的提升。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于时频滤波的探测干扰一体化直达波干扰抑制方法，其特征在于，包括：

探测干扰一体化系统接收包含直达波干扰的探测回波并采样得到数字信号；

对探测回波的数字信号分割并进行加窗短时傅立叶变换得到二维时频表示的信号；

对探测回波进行二维时频分析，确定时频滤波阈值，构造时频滤波器，滤除回波中的直达波干扰；

对滤除直达波的信号进行短时傅立叶逆变换，得到滤波后的一体化系统回波时域。

2.根据权利要求1所述的基于时频滤波的探测干扰一体化直达波干扰抑制方法，其特征在于，接收包含直达波干扰的探测回波并采样得到数字信号，具体为：

接收直达波干扰下的一体化系统探测回波x(t)，表示为

x(t)＝s(t)+I(t)+ε(t) (1)

式中，s(t)为一体化系统有用回波信号，I(t)为对方雷达直达波形成的干扰，ε(t)为加性噪声；

对受到直达波干扰的探测回波x(t)进行采样，转换为数字信号，表示为

x(n)＝s(n)+I(n)+ε(n),n＝1,2,…,N (2)

式中，s(n)为一体化系统有用回波采样信号，I(n)为对方雷达直达波干扰采样信号，ε(n)为加性噪声采样信号。

3.根据权利要求2所述的基于时频滤波的探测干扰一体化直达波干扰抑制方法，其特征在于，对探测回波的数字信号分割并进行加窗短时傅立叶变换，具体为：

选择窗函数，将数字信号等间隔的分割为多个小段，对这些小段分别进行加窗傅立叶变换，得到信号x(n)的短时傅立叶变换x′(n,k)，表示为

式中，w(i)为原点幅度归一化的窗函数，即w(0)＝1；STFT[·]为短时傅立叶变换符号。

4.根据权利要求3所述的基于时频滤波的探测干扰一体化直达波干扰抑制方法，其特征在于，对探测回波进行二维时频分析，确定时频滤波阈值，构造时频滤波器，滤除回波中的直达波干扰，具体为：

对于信号x(n)进行短时傅里叶变换后的结果表示为

式中，STFT为一个线性变换，s′(n,k)，I′(n,k)和ε′(n,k)分别为一体化系统有用回波采样信号s(n)，对方线性调频雷达直达波干扰采样信号I(n)和加性噪声采样信号ε(n)的短时傅立叶变换结果；

采用方差期望的方法在二维时频图上确定干扰能量所在区域并求取阈值Thr，表示为

式中，E[·]表示数学期望符号，Var[·]为方差计算符号；

确定阈值后，将短时傅立叶变换后的探测回波幅度|x′(n,k)|与阈值Thr进行比较，大于阈值则认为是直达波干扰，从而构造时频滤波器，表示为

使用构造的时频滤波器对短时傅立叶变换后的回波进行滤波得到去直达波干扰后时频信号x″(n,k)，表示为

x″(n,k)＝x′(n,k)·C(n,k) (7)

5.根据权利要求1所述的基于时频滤波的探测干扰一体化直达波干扰抑制方法，其特征在于，对滤除直达波的信号进行短时傅立叶逆变换，得到滤波后的一体化系统回波时域

表示为

6.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在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权利要求1-5中任一所述的方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一所述的方法的步骤。

8.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一所述的方法的步骤。

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