CN116774164B - 基于阵元-脉冲-脉内三重编码的mimo雷达抗干扰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于阵元‑脉冲‑脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法,应用于MIMO雷达系统,包括:计算第个发射阵元发射的第个脉冲的第个子脉冲的编码,并确定第个脉冲的第个子脉冲的编码矢量;对接收到的回波信号进行混频,得到混频后的回波信号;基于对混频后的回波信号进行试解码,得到点目标脉冲前沿的快时间,并结合对混频后的回波信号进行正式解码,通过对正式解码后的回波信号进行匹配滤波,得到分离的回波信号,进一步结合干扰信号模型,确定包含点目标与干扰信号的接收回波,并通过构建非自适应波束形成器对其进行干扰抑制。本发明不仅能抑制不同距离模糊区间的假目标,对同一距离模糊区间的假目标也有良好的抑制效果。
Description
技术领域
本发明属于雷达抗干扰技术领域,具体涉及一种基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法。
背景技术
在复杂电磁环境中,干扰电磁信号尤其是来自于雷达主瓣方向的主瓣式欺骗干扰信号,会损害雷达对目标的探测及跟踪能力。欺骗式干扰机截获雷达的探测信号后,对其进行调制转发,生成的欺骗式干扰能模拟目标的回波特性,并产生多个假目标,使雷达获得虚假的目标信息,以此达到掩护真实目标的目的。
对于旁瓣欺骗干扰,可以采取旁瓣对消、旁瓣匿影等方法进行限制,然而对于主瓣式欺骗干扰,由于其来波方向与目标一致,因此传统相控阵很难在空域中区分出真实目标信号与欺骗干扰信号。Lan Lan等人研究了基于EPC-MIMO(Element Pulse CodingMultiple Input Multiple Output,阵元-脉冲编码多输入多输出)雷达的主瓣欺骗式干扰抑制方法,其通过阵元-脉冲编码实现了主瓣欺骗式干扰的抑制。
然而,上述基于阵元-脉冲编码的EPC-MIMO雷达的主要研究目标还是延迟数大于一个脉冲重复周期的假目标,无法抑制来自于同一个距离模糊区间的干扰信号,对快速转发的主瓣式欺骗干扰,即脉冲延迟数与真实目标回波相同的干扰信号抑制能力不足。
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阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:
本发明提供一种基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法,应用于多输入多输出MIMO雷达系统,该MIMO雷达系统包括M个发射阵元和N个接收阵元,且一个相干处理时间间隔内发射K个脉冲,每个脉冲被均匀划分为个子脉冲;
所述方法包括:
计算第个发射阵元发射的第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码/>,并确定第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码矢量/>;其中,/>,/>,/>;
对接收到的回波信号进行混频,得到混频后的回波信号;
基于所述编码矢量对混频后的回波信号进行试解码,估计得到点目标脉冲前沿的快时间;
根据点目标脉冲前沿的快时间及所述编码矢量,对所述混频后的回波信号进行正式解码后,通过对正式解码后的回波信号进行匹配滤波,得到分离的回波信号;
基于所述分离的回波信号和干扰信号模型,确定包含所述点目标与干扰信号的接收回波,并通过构建非自适应波束形成器对所述接收回波进行干扰抑制。
在本发明的一个实施例中,计算第个发射阵元发射的第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码/>,并确定第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码矢量/>的步骤,包括:
计算第个发射阵元发射的第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码/>:
;
式中,为虚数单位,/>表示编码系数,/>表示第/>个脉冲编码,/>表示第/>个脉内编码,其中,/>,/>为正整数集/>中的任一正整数;
根据所述第个发射阵元发射的第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码/>,确定第个脉冲的第/>个子脉冲的编码矢量:
;
式中,表示第/>个发射阵元发射的第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码矢量,,/>表示转置。
在本发明的一个实施例中,对接收到的回波信号进行混频,得到混频后的回波信号的步骤,包括:
确定第个接收阵元接收到的第/>个发射阵元发射的回波信号的第/>个脉冲的第个子脉冲:
;
式中,表示所述点目标的复幅度,/>表示发射信号从第/>个发射阵元到第/>个接收阵元的双程传播时延,/>,/>和/>分别为所述点目标的角度和距离,/>表示所述发射阵元或所述接收阵元的间距,/>为光速,表示第/>个发射阵元发射的正交编码波形,/>表示公共传播时延,/>,/>表示所述点目标的多普勒频率,/>表示第/>个脉冲编码,/>,/>表示脉冲延迟数,/>表示第/>个脉内编码,/>表示脉冲重复周期,/>表示快时间,/>表示载频;
基于所述第个接收阵元接收到的第/>个发射阵元发射的回波信号的第/>个脉冲的第/>个子脉冲/>,对所述回波信号进行混频,得到混频后的回波信号;其中,混频后的第/>个接收阵元接收到的第/>个发射阵元发射的回波信号的第/>个脉冲的第/>个子脉冲为:
;
式中,,第/>个脉冲的第/>个子脉冲对应的混频后的回波信号表示为:
。
在本发明的一个实施例中,基于所述编码矢量对混频后的回波信号进行试解码,估计得到点目标脉冲前沿的快时间的步骤,包括:
从所述编码矢量中选取/>作为解码矢量,并对所述混频后的回波信号进行试解码,得到试解码后的回波信号:
;
式中,表示从快时间/>到快时间/>之间对应的混频后的回波信号,/>表示共轭转置,/>表示对角矩阵;
根据所述试解码后的回波信号估计点目标脉冲前沿的快时间:
;
式中,表示期望,/>表示延迟脉冲数为0的发射导向矢量,/>表示对试解码后的回波信号/>进行阵元间相位补偿和匹配滤波后的信号。
在本发明的一个实施例中,根据点目标脉冲前沿的快时间及所述编码矢量,对所述混频后的回波信号进行正式解码,得到分离的回波信号的步骤,包括:
按照如下公式对第个脉冲的第/>个子脉冲对应的混频后的回波信号/>进行正式解码:
;
式中,表示第/>个脉冲的第/>个子脉冲的解码矢量,/>,/>表示/>维的全一向量;
对正式解码后的回波信号进行匹配滤波,得到分离的回波信号:
;
式中,表示哈达玛积,/>、/>、/>分别表示接收导向矢量、回波信号的发射导向矢量和回波信号的Doppler矢量,/>表示所述点目标的零点系数。
在本发明的一个实施例中,根据点目标脉冲前沿的快时间及所述编码矢量,对所述混频后的回波信号进行正式解码,得到分离的回波信号的步骤之后,还包括:
对回波信号的发射导向矢量进行阵元间相位补偿:
;
式中,表示补偿矢量,/>,/>表示所述点目标的零点系数,/>表示哈达玛积,/>表示波长。
在本发明的一个实施例中,所述MIMO雷达系统受到跨脉冲转发干扰和快速转发干扰,所述干扰信号模型包括跨脉冲转发干扰信号模型以及快速转发干扰信号模型。
在本发明的一个实施例中,跨脉冲转发干扰信号的模型为:
;
快速转发干扰信号的模型为:
;
式中,表示跨脉冲转发干扰信号的复幅度,/>表示跨脉冲转发干扰信号的发射导向矢量,/>表示接收导向矢量,/>表示跨脉冲转发干扰信号的Doppler矢量,/>表示跨脉冲转发干扰的零点系数,/>表示快速转发干扰信号的复幅度,/>表示快速转发干扰信号的Doppler矢量,/>表示快速转发干扰信号的发射导向矢量,/>表示快速转发干扰的零点系数。
在本发明的一个实施例中,基于所述分离的回波信号和干扰信号模型,确定包含所述点目标与干扰信号的接收回波,并通过构建非自适应波束形成器对所述接收回波进行干扰抑制的步骤,包括:
基于所述分离的回波信号和干扰信号模型,确定包含点目标与干扰信号的接收回波:
;
基于所述接收导向矢量以及补偿后的回波信号的发射导向矢量/>,计算权矢量:
;
利用所述权矢量构建非自适应波束形成器,对所述接收回波进行干扰抑制:
。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明提供了一种基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法,由于引入了脉内编码这一编码方式,因此在解码并补偿阵元间相位差后,能使与点目标距离模糊区间一致的干扰信号的各个子脉冲落在真实点目标方向图的零点上,从而完成干扰抑制,因此,本发明不仅能抑制不同距离模糊区间的假目标,对同一距离模糊区间的假目标也有良好的抑制效果。再者,本发明采用了阵元-脉冲-脉内三重编码的雷达新体制,相较于传统体制的自适应空域滤波方法,增加了额外的自由度,能有效地抑制主瓣欺骗式干扰,提高MIMO雷达的抗干扰能力。
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基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法的一种流程图;
图2是本发明实施例提供的基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法的一种示意图;
图3是本发明实施例提供的发射-接收空间频率域的非自适应波束形成方向图;
图4是本发明实施例提供的发射-接收空间频率域的Capon功率谱图;
图5是本发明实施例提供的MIMO雷达系统未进行干扰抑制时回波信号的相参积累结果示意图;
图6是本发明实施例提供的MIMO雷达系统进行干扰抑制后回波信号的相参积累结果示意图。
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。
图1是本发明实施例提供的基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法的一种流程图,图2是本发明实施例提供的基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法的一种示意图。如图1-2所示,本发明实施例提供一种基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法,应用于多输入多输出MIMO雷达系统,该MIMO雷达系统包括M个发射阵元和N个接收阵元,且一个相干处理时间间隔内发射K个脉冲,每个脉冲被均匀划分为个子脉冲;
上述方法包括:
S1、计算第个发射阵元发射的第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码/>,并确定第个脉冲的第/>个子脉冲的编码矢量/>;其中,/>,/>,/>;
S2、对接收到的回波信号进行混频,得到混频后的回波信号;
S3、基于编码矢量对混频后的回波信号进行试解码,估计得到点目标脉冲前沿的快时间;
S4、根据点目标脉冲前沿的快时间及编码矢量,对混频后的回波信号进行正式解码后,通过对正式解码后的回波信号进行匹配滤波,得到分离的回波信号;
S5、基于分离的回波信号和干扰信号模型,确定包含点目标与干扰信号的接收回波,并通过构建非自适应波束形成器对接收回波进行干扰抑制。
可选地,步骤S1中,计算第个发射阵元发射的第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码,并确定第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码矢量/>的步骤,包括:
S101、计算第个发射阵元发射的第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码/>:
;
式中,为虚数单位,/>表示编码系数,/>表示第/>个脉冲编码,,/>表示第/>个脉内编码,/>,其中,/>,/>为正整数集/>中的任一正整数;
S102、根据第个发射阵元发射的第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码/>,确定第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码矢量:
;
式中,表示第/>个发射阵元发射的第/>个脉冲的第/>个子脉冲的编码矢量,,/>表示转置。
可选地,步骤S2中,对接收到的回波信号进行混频,得到混频后的回波信号的步骤,包括:
S201、确定第个接收阵元接收到的第/>个发射阵元发射的回波信号的第/>个脉冲的第/>个子脉冲:
;
式中,表示点目标的复幅度,/>表示发射信号从第/>个发射阵元到第/>个接收阵元的双程传播时延,/>,/>和/>分别为点目标的角度和距离,/>表示发射阵元或接收阵元的间距,/>为光速,/>表示第/>个发射阵元发射的正交编码波形,/>表示公共传播时延,/>,/>表示点目标的多普勒频率,,/>表示点目标的径向速度,/>表示波长,/>表示第/>个脉冲编码,,/>表示脉冲延迟数,/>表示第/>个脉内编码,/>表示脉冲重复周期,/>表示快时间,/>表示载频;
S202、基于第个接收阵元接收到的第/>个发射阵元发射的回波信号的第/>个脉冲的第/>个子脉冲/>,对回波信号进行混频,得到混频后的回波信号;其中,混频后的第/>个接收阵元接收到的第/>个发射阵元发射的回波信号的第/>个脉冲的第/>个子脉冲为:
;
式中,,第/>个脉冲的第/>个子脉冲对应的混频后的回波信号表示为:
。
进一步地,步骤S3中,基于编码矢量对混频后的回波信号进行试解码,估计得到点目标脉冲前沿的快时间的步骤,包括:
S301、从编码矢量中选取/>作为解码矢量,并对混频后的回波信号进行试解码,得到试解码后的回波信号:
;
式中,表示从快时间/>到快时间/>之间对应的混频后的回波信号,/>表示共轭转置,/>表示对角矩阵;
S302、根据试解码后的回波信号估计点目标脉冲前沿的快时间:
;
式中,表示期望,/>表示延迟脉冲数为0的发射导向矢量,/>表示对试解码后的回波信号/>进行阵元间相位补偿和匹配滤波后的信号。
为了节省雷达资源,本实施例在估计点目标脉冲前沿的快时间时只使用一个通道的数据,具体而言,将任意一个接收阵元接收到的回波信号在混频后复制为组,表示为:
;
其中,表示快时间,/>表示第/>个接收阵元接收到的混频后的第/>个脉冲的第/>个复制组,/>。
进一步地,将快时间到快时间/>之间对应的混频后的回波信号记作/>,使用解码矢量/>对/>进行试解码,得到试解码后的回波信号:
;
式中,表示对角矩阵,/>表示共轭转置。
应当理解,假设点目标脉冲前沿的快时间为,明显的,当/>时,第/>个脉冲的第1个子脉冲将会在快时间全部解码,反之,若/>,则第/>个脉冲的第1个子脉冲无法完全解码,此时该子脉冲无法解码的部分将会在之后的波束形成中被抑制,导致能量损失。
因此,点目标脉冲前沿的快时间可表示为:
;
其中,表示延迟脉冲数为0的发射导向矢量,/>为试解码后的回波信号经过阵元间相位补偿和匹配滤波后的信号。
需要说明的是,本实施例中MIMO雷达系统受到跨脉冲转发干扰和快速转发干扰,在试解码过程中,跨脉冲转发干扰由于脉冲延迟数与真实的回波信号不同,因此跨脉冲转发干扰在试解码阶段会被波束形成器抑制,而快速转发干扰由于脉冲延迟数与真实的回波信号相同,因此波束形成器无法抑制快速转发干扰。由于快速转发干扰在时域上必然会落后于真实的回波信号,因此可以从时域上对其做出区分。
可选地,步骤S4中,根据点目标脉冲前沿的快时间及所述编码矢量,对混频后的回波信号进行正式解码,得到分离的回波信号的步骤,包括:
S401、按照如下公式对第个脉冲的第/>个子脉冲对应的混频后的回波信号进行正式解码:
;
式中,表示第/>个脉冲的第/>个子脉冲的解码矢量,/>,/>表示/>维的全一向量;
S402、对正式解码后的回波信号进行匹配滤波,得到分离的回波信号:
;
式中,表示哈达玛积,/>、/>、/>分别表示接收导向矢量、回波信号的发射导向矢量和回波信号的Doppler矢量,/>表示点目标的零点系数。
具体而言,在得到点目标脉冲前沿的快时间之后,对混频后的回波信号进行正式解码,其中,来自第个脉冲的第/>个子脉冲对应的混频后的回波信号为/>维的矢量,随后对/>解码得到:
;
其中,表示第/>个脉冲的第/>个子脉冲的解码矢量,/>,/>表示/>维的全一向量。
进一步地,对所有脉冲对应的混频后的回波信号解码后,分离的目标信号将可表示为以下形式:
;
其中,表示哈达玛积,/>表示接收导向矢量,/>表示回波信号的发射导向矢量,/>分别表示回波信号的Doppler矢量,具体地,
,
,
,
其中,。
本实施例中,根据点目标脉冲前沿的快时间及编码矢量,对混频后的回波信号进行正式解码,得到分离的回波信号的步骤,包括:
对回波信号的发射导向矢量进行阵元间相位补偿,以消除相邻通道间的相位差/>:
;
式中,表示补偿矢量,/>,/>表示点目标的零点系数,/>表示哈达玛积,/>表示波长。
可见,经过补偿后的点目标的发射空间频率为:。
本实施例中考虑干扰机截获并转发雷达的发射信号,以己方雷达受到跨脉冲转发干扰(与点目标的距离模糊区间不同)和快速转发干扰(与点目标的距离模糊区间相同),二者的信号模型可以表示如下:
跨脉冲转发干扰信号的模型为:;
快速转发干扰信号的模型为:;
式中,表示跨脉冲转发干扰信号的复幅度,/>表示跨脉冲转发干扰信号的发射导向矢量,/>表示接收导向矢量,/>表示跨脉冲转发干扰信号的Doppler矢量,/>表示快速转发干扰信号的复幅度,/>表示快速转发干扰信号的Doppler矢量,表示快速转发干扰信号的发射导向矢量。
应当理解,通常情况下干扰信号无法在时域上与真实的回波信号完全对齐,因此将跨脉冲转发干扰的脉冲延迟数记作,且第/>个子脉冲与真实的回波信号的第/>个子脉冲重叠。快速转发干扰信号一般稍微滞后于真实的回波信号,将快速转发干扰的脉冲延迟数记作/>,且第/>个子脉冲与真实的回波信号的第/>个子脉冲重叠。
依据上述回波信号的处理流程,经过补偿后的干扰信号发射空间频率可分别表示为:
;
;
其中,表示跨脉冲转发干扰的零点系数,/>表示快速转发干扰的零点系数,,/>。
对于跨脉冲转发干扰信号及快速转发干扰信号,MIMO雷达系统在发射空间频域的归一化等效发射方向图可分别表示为:
;
;
显然,二者方向图的零点均满足分子为零而分母不为0的条件,也就是说,假目标的各个子脉冲落在了真实点目标等效发射方向图的零点,将会被抑制,而真实点目标则能被积累起来。
可选地,步骤S5中,基于分离的回波信号和干扰信号模型,确定包含点目标与干扰信号的接收回波,并通过构建非自适应波束形成器对接收回波进行干扰抑制的步骤,包括:
S501、基于分离的回波信号和干扰信号模型,确定包含点目标与干扰信号的接收回波:
;
S502、基于接收导向矢量以及补偿后的回波信号的发射导向矢量,计算权矢量:
;
S503、利用权矢量构建非自适应波束形成器,对接收回波进行干扰抑制:
。
下面,通过仿真实验对本发明提供的基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法做进一步说明。
具体地,表1所示为MIMO雷达系统的仿真参数,表2所示为点目标的参数,假设真实点目标的延迟脉冲数为1,自卫式干扰机共产生3个假目标,其中假目标1和假目标3为跨脉冲转发干扰,假目标2为快速转发干扰。
表1 MIMO雷达系统仿真参数
表2 点目标参数
仿真1
在上述表1和表2的仿真参数下,采用本发明提供的基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法进行干扰抑制时,发射-接收空间频率域的非自适应波束形成方向图如图3所示,此外,以假目标2为例,其发射-接收空间频率域的Capon功率谱图如图4所示,结合图3-4,可发现假目标的各个子脉冲功率峰值落在了非自适应波束形成方向图的零点处,说明本发明能够抑制距离模糊区间与真实点目标一致的快速转发干扰。
仿真2
在上述表1和表2的仿真参数下,采用本发明提供的基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法对假目标干扰抑制进行了仿真。图5是本发明实施例提供的MIMO雷达系统未进行干扰抑制时回波信号的相参积累结果示意图,图6是本发明实施例提供的MIMO雷达系统进行干扰抑制后回波信号的相参积累结果示意图。可见,如图5-6所示,在使用本发明提供的干扰抑制方法后,距离模糊区间与真实点目标不一致的假目标1、假目标3,以及距离模糊区间与真实点目标一致的假目标2均被抑制,验证了上述基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法的有效性。
通过上述各实施例可知,本发明的有益效果在于:
本发明提供了一种基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法,由于引入了脉内编码这一编码方式,因此在解码并补偿阵元间相位差后,能使与点目标距离模糊区间一致的干扰信号的各个子脉冲落在真实点目标方向图的零点上,从而完成干扰抑制,因此,本发明不仅能抑制不同距离模糊区间的假目标,对同一距离模糊区间的假目标也有良好的抑制效果。再者,本发明采用了阵元-脉冲-脉内三重编码的雷达新体制,相较于传统体制的自适应空域滤波方法,增加了额外的自由度,能有效地抑制主瓣欺骗式干扰,提高MIMO雷达的抗干扰能力。
在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述,然而,在实施所要求保护的本申请过程中,本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书,可理解并实现所述公开实施例的其他变化。
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 (7)
1.一种基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法,其特征在于,应用于多输入多输出MIMO雷达系统,该MIMO雷达系统包括M个发射阵元和N个接收阵元,且一个相干处理时间间隔内发射K个脉冲,每个脉冲被均匀划分为L个子脉冲;所述方法包括:
计算第m个发射阵元发射的第k个脉冲的第l个子脉冲的编码Φm,k,l,并确定第k个脉冲的第l个子脉冲的编码矢量ck,l;其中,m=1,2,…,M,k=1,2,…,K,l=1,2,…,L;
对接收到的回波信号进行混频,得到混频后的回波信号;
基于所述编码矢量ck,l对混频后的回波信号进行试解码,估计得到点目标脉冲前沿的快时间;
根据点目标脉冲前沿的快时间及所述编码矢量ck,l,对所述混频后的回波信号进行正式解码后,通过对正式解码后的回波信号进行匹配滤波,得到分离的回波信号;
基于所述分离的回波信号和干扰信号模型,确定包含所述点目标与干扰信号的接收回波,并通过构建非自适应波束形成器对所述接收回波进行干扰抑制;
计算第m个发射阵元发射的第k个脉冲的第l个子脉冲的编码Φm,k,l,并确定第k个脉冲的第l个子脉冲的编码矢量ck,l的步骤,包括:
计算第m个发射阵元发射的第k个脉冲的第l个子脉冲的编码Φm,k,l:
Φm,k,l=j2πγ(m-1)αkβl;
式中,j为虚数单位,γ表示编码系数,αk表示第k个脉冲编码,βl表示第l个脉内编码,其中,z为正整数集Z中的任一正整数;
根据所述第m个发射阵元发射的第k个脉冲的第l个子脉冲的编码Φm,k,l,确定第k个脉冲的第l个子脉冲的编码矢量:
ck,l=[c'1,k,l,c'2,k,l,…,c'm,k,l,…,c'M,k,l]T;
式中,c'm,k,l表示第m个发射阵元发射的第k个脉冲的第l个子脉冲的编码矢量,T表示转置;
对接收到的回波信号进行混频,得到混频后的回波信号的步骤,包括:
确定第n个接收阵元接收到的第m个发射阵元发射的回波信号的第k个脉冲的第l个子脉冲:
式中,As表示所述点目标的复幅度,τn,m表示发射信号从第m个发射阵元到第n个接收阵元的双程传播时延,θ0和R0分别为所述点目标的角度和距离,d表示所述发射阵元或所述接收阵元的间距,c为光速,φm(t-τ0)表示第m个发射阵元发射的正交编码波形,τ0表示公共传播时延,/>fds表示所述点目标的多普勒频率,/>表示第k-ps个脉冲编码,(k-ps)=1,2,…,K,ps表示脉冲延迟数,βl表示第l个脉内编码,Tr表示脉冲重复周期,t表示快时间,f0表示载频;
基于所述第n个接收阵元接收到的第m个发射阵元发射的回波信号的第k个脉冲的第l个子脉冲xn,m,k(t,l),对所述回波信号进行混频,得到混频后的回波信号;其中,混频后的第n个接收阵元接收到的第m个发射阵元发射的回波信号的第k个脉冲的第l个子脉冲为:
式中,第k个脉冲的第l个子脉冲对应的混频后的回波信号表示为:
2.根据权利要求1所述的基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法,其特征在于,基于所述编码矢量ck,l对混频后的回波信号进行试解码,估计得到点目标脉冲前沿的快时间的步骤,包括:
从所述编码矢量ck,l中选取ck,1作为解码矢量,并对所述混频后的回波信号进行试解码,得到试解码后的回波信号:
y′(t′,t″)=(diag{ck,1})Hx′n,k(t′,t″);
式中,x′n,k(t′,t″)表示从快时间t′到快时间t″之间对应的混频后的回波信号,H表示共轭转置,diag表示对角矩阵;
根据所述试解码后的回波信号估计点目标脉冲前沿的快时间:
式中,E表示期望,w表示延迟脉冲数为0的发射导向矢量,表示对试解码后的回波信号y′(t′,t″)进行阵元间相位补偿和匹配滤波后的信号。
3.根据权利要求2所述的基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法,其特征在于,根据点目标脉冲前沿的快时间及所述编码矢量ck,l,对所述混频后的回波信号进行正式解码,得到分离的回波信号的步骤,包括:
按照如下公式对第k个脉冲的第l个子脉冲对应的混频后的回波信号xk(t,l)进行正式解码:
yk(t,l)=(diag{gk,l})Hxk(t,l);
式中,gk,l表示第k个脉冲的第l个子脉冲的解码矢量,1N表示N×1维的全一向量;
对正式解码后的回波信号进行匹配滤波,得到分离的回波信号:
式中,表示哈达玛积,b(θ0)、a(γs,θ0,l)、fs(fds)分别表示接收导向矢量、回波信号的发射导向矢量和回波信号的Doppler矢量,γs表示所述点目标的零点系数。
4.根据权利要求1所述的基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法,其特征在于,根据点目标脉冲前沿的快时间及所述编码矢量ck,l,对所述混频后的回波信号进行正式解码,得到分离的回波信号的步骤之后,还包括:
对回波信号的发射导向矢量a(γs,θ0,l)进行阵元间相位补偿:
式中,cT表示补偿矢量,γs表示所述点目标的零点系数,⊙表示哈达玛积,λ0表示波长。
5.根据权利要求4所述的基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法,其特征在于,所述MIMO雷达系统受到跨脉冲转发干扰和快速转发干扰,所述干扰信号模型包括跨脉冲转发干扰信号模型以及快速转发干扰信号模型。
6.根据权利要求5所述的基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法,其特征在于,跨脉冲转发干扰信号的模型为:
快速转发干扰信号的模型为:
式中,表示跨脉冲转发干扰信号的复幅度,a(γc,θ0,l)表示跨脉冲转发干扰信号的发射导向矢量,b(θ0)表示接收导向矢量,fc(fds)表示跨脉冲转发干扰信号的Doppler矢量,γc表示跨脉冲转发干扰的零点系数,/>表示快速转发干扰信号的复幅度,ff(fds)表示快速转发干扰信号的Doppler矢量,a(γf,θ0,l)表示快速转发干扰信号的发射导向矢量,γf表示快速转发干扰的零点系数。
7.根据权利要求6所述的基于阵元-脉冲-脉内三重编码的MIMO雷达抗干扰方法,其特征在于,基于所述分离的回波信号和干扰信号模型,确定包含所述点目标与干扰信号的接收回波,并通过构建非自适应波束形成器对所述接收回波进行干扰抑制的步骤,包括:
基于所述分离的回波信号和干扰信号模型,确定包含点目标与干扰信号的接收回波:
Y=Ys+Yf+Yc;
式中,Ys表示分离的回波信号;
基于所述接收导向矢量b(θ0)以及补偿后的回波信号的发射导向矢量计算权矢量:
利用所述权矢量构建非自适应波束形成器,对所述接收回波进行干扰抑制:
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