CN117092600B - 阵列通道复用干扰对消方法 - Google Patents
阵列通道复用干扰对消方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117092600B CN117092600B CN202311347175.5A CN202311347175A CN117092600B CN 117092600 B CN117092600 B CN 117092600B CN 202311347175 A CN202311347175 A CN 202311347175A CN 117092600 B CN117092600 B CN 117092600B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- interference
- array
- signal
- signals
- azimuth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 18
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 14
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 11
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 8
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 4
- 125000003275 alpha amino acid group Chemical group 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 241000669618 Nothes Species 0.000 claims 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 10
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 239000012120 mounting media Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/36—Means for anti-jamming, e.g. ECCM, i.e. electronic counter-counter measures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
- G01S7/414—Discriminating targets with respect to background clutter
Abstract
本发明提供一种阵列通道复用干扰对消方法，包括：在天线阵面设置多个均匀邻接的子阵，采用阵列通道复用进行干扰对消；将目标回波信号进行移相，经放大、混频和滤波后形成Ⅰ中频信号；经过中频放大、与Ⅱ本振混频形成Ⅱ中频信号；经过A/D采样，经过数字下变频变为零载频的IQ信号；对20路IQ信号进行抽取、自适应权值计算、DBF、脉冲压缩、动目标检测MTD、恒虚警检测CFAR、自动门限检测、归一化处理形成点迹参数进行数据处理；计算接收信号向量在各阵元上分量的加权和，求解雷达天线阵面的阵列输出。本发明降低了运算量、加快了收敛速度，提高了SINR，减小了干扰和噪声影响。
Description
技术领域
本发明涉及雷达抗干扰技术领域，具体而言，涉及一种阵列通道复用干扰对消方法。
背景技术
在复杂的电子战环境中，雷达总是面临各种有源和无源干扰，射频干扰（RFI）对原始回波信号的采集、处理以及后续图像的解译都有较大的影响。
数字波束形成DBF是空间信号处理中抑制干扰信号，增强有用信号的有效方法，在雷达、无线通信、声呐、语音处理等领域中有着广泛的应用。
自适应数字波束形成DBF分为闭环和开环算法，闭环算法实现简单，性能可靠，不需要数据存储，但收敛速度太慢，在很多要求具有快速响应的场合，闭环算法不适宜。
因此，在近二十年来人们把研究更多地集中在开环算法上。由Reed等人最早提出的采样协方差矩阵求逆SMI算法是一种著名的开环算法，该算法具有较快的信干噪比意义下的收敛速度。
在采样协方差矩阵仅含有干扰和噪声的情况下，设阵列数据是零均值高斯独立同分布随机过程，Reed推出了归一化输出信干噪比的概率分布，由归一化输出信干噪比的均值可知，当快拍数超过2M-3（M为阵元数）时，波束形成SMI算法的输出信干燥比SINR损失小于3dB；Miller对采样协方差矩阵含有期望信号时的情况进行了研究，并且指出期望信号的存在严重降低了输出SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio 信干噪比）的收敛速度，且期望信号越强，收敛时间越长。
虽然SMI等开环算法备受人们关注，但是开环算法运算量较大，另外，对误差的敏感性也限制了它的发展。
由于上述多种因素的制约，现有的DBF技术在抗干扰性能方面效果很有限，不能满足复杂电子战环境中抑制干扰、降低目标探测误差的实际需求。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于为提出一种阵列通道复用干扰对消方法，解决现有技术的上述缺点问题，在降低运算量、加快收敛速度的前提下，提高信号干扰噪声比（SINR），减小干扰和噪声的扰动影响，提升目标探测精度。
本发明提供一种阵列通道复用干扰对消方法，包括以下步骤：
S1、轻小型雷达为减少系统结构复杂度，在雷达天线阵面设置多个均匀邻接的子阵，每个所述子阵包括多个T/R组件阵元，对于雷达天线阵面的干扰，采用阵列通道复用进行干扰对消；所述子阵的划分形式如图1，具体参数包括：
a)子阵数目：10个；
b)单个子阵包含T/R组件支路：4个；
c)单个子阵俯仰维尺寸：562mm；
d)单个子阵方位维尺寸：40.8mm；
e)子阵波束宽度：方位维约23°，俯仰维约2°；
f)快拍数：64、128、256；
S2、将目标回波信号经过T/R组件进行方位移相、俯仰等效移相，再经放大、混频和滤波后形成Ⅰ中频信号，每4个阵面单元合成一路子阵中频信号，天线阵面共形成10路子阵Ⅰ中频信号；将10路Ⅰ中频信号经过中频放大、与Ⅱ本振混频后，形成10路Ⅱ中频信号；将10路Ⅱ中频信号经过A/D采样，每一路数字信号经过数字下变频，将信号变为零载频的20路IQ信号；
S3、对所述20路IQ信号进行抽取、自适应权值计算Wi={w1,…,w6,w7 ,…,w10}、数字波束形成DBF、脉冲压缩、动目标检测MTD、恒虚警检测CFAR、自动门限检测、归一化处理，形成包括目标幅度、距离单元号、角误差、多普勒通道号的点迹参数送出进行数据处理；
所述自适应权值计算的观测数据选择休止期采样数据，选择波束驻留时间CPI中25μs作为权值，采集后75μs作为权值计算，具体时序关系见图2；
虽然阵列天线的方向图是全方向的，但阵列的输出经过加权求和后，却可以使调整到阵列接收的方向增益聚集在某一方向上，相当于形成一个波束；这就是波束形成的物理意义所在。波束形成的基本思想就是通过将各阵元输出加权求和，在某一时间内将天线阵列各波束“导向”到某一方向上，这是通过调整加权系数完成的，
S4、如下图3所示，通过计算各T/R组件阵元的接收信号向量在各T/R组件阵元上分量的加权和，求解雷达天线阵面的阵列输出；
令IQ信号的权矢量，其中上标/>表示矩阵转置，/>表示阵元个数，则所述阵列输出的计算表达式为：
（1）
由式（1）可见，对于不同的权矢量，y（t）对来自不同方向的电磁波就有不同的响应，从而形成不同方向的空间波束。
进一步地，所述S4步骤的求解雷达天线阵面的阵列输出的方法包括：
使用移相器对IQ信号作加权处理，只调整信号相位而不改变信号幅度；
对于存在干扰的信号背景，设天线阵列为元窄带线性天线阵列，有/>个远场信号分别从/>(/>=0,1,…,/>)入射，其中有一个期望信号/>方向和/>个干扰；设/>个信号互不相干，各阵元噪声为互相独立、功率相等的白噪声，且与信号无关；令/>，则阵列第/>个阵元的接收信号表示为：
（2）
式（2）中：为信号的复包络；/>为信号导向矢量，设/>=0时为期望信号，/>=1,2,…,/>为干扰信号，/>为第/>个阵元接收的噪声；
采用矩阵形式表示上式（2），为：
（3）
简记为：
式（3）中= 〔/>,/>,…,/>〕,/>= 〔/>〕/>；
=〔/>〕/>,/>为波长，/>为阵元间距；
N次快拍的波束形成器输出的平均功率为：
+/>（4）
因信号、干扰、噪声互不相干，故不用考虑信号、干扰、噪声之间的交叉项；当∞ 时，式（4）表示为：
（5）
式（5）中为噪声功率；
式（5）进一步表示为：
＝/>（6）
式（6）中，表示数学期望，/>是接收信号的复包络的相关矩阵；
为保证来自方向的期望信号的正确接收，并完全抑制其他/>个干扰，根据式（6）得到关于权向量的约束条件为：
（7）
式（7）中，约束条件又称为波束置零条件，因为它强迫接收阵列波束方向图的零点指向所有的干扰信号，在式（7）的两个约束条件下，P(w)简化为：
（8）
从提高信号干扰噪声比（SINR）的角度来看，式（8）的干扰置零并不是最优的，虽然选定的权值可使干扰输出为零，但可能使噪声输出加大。因此，应该把抑制干扰和噪声一同考虑，将波束形成器最佳权矢量的确定方法表述为：
在对期望信号增益恒定的情况下，阵列输出最小，即
（9）
采用拉格朗日Lagrange乘子法求解满足式（9）的权矢量，令目标函数为：
（10）
根据线性代数的标量函数对向量的偏导数定义可得：
（11）
式（11）对求偏导并等于零，得：
（12）
解出波束形成器的最优权矢量为：
（13）
式（13）中为比例常数，/>；/>是期望接收的信号的波达方向；此时波束形成器将只接收来自/>方向的信号，并拒绝所有来自其它方向的信号；
当然，在实际应用中，快拍数不可能为无穷多，必须考虑在有限次快拍下的波束形成器的最优权矢量为：
（14）
式（14）中＝/>，此时波束形成器的最优权矢量为：
（15）
子阵自适应波束形成，也就是对阵列进行降维处理，设全阵列的导向矢量为，子阵的导向矢量为/>，则存在一个降维矩阵/>，使得/>，设全阵列接收数据为/>，子阵接收数据为/>，则可知/>，子阵接收数据的协方差矩阵为：
（16）
此时子阵的自适应权值为：
（17）
式（17）中；
在信号处理系统中利用最小方差原则计算10路子阵接收数据的自适应权值，将10路子阵接收数据加权，自动形成零点抑制干扰，并输出干扰抑制后的Σ、Δ波束数据。
进一步地，所述S1步骤的对于雷达天线阵面的干扰，进行干扰源仿真设计所设置的仿真参数包括：
子阵间通道不一致性：幅度2dB，相位15°，干噪比20dB，干扰快拍数128；
在天线的0-90°电扫范围内设置5个随机分布的干扰源作为点频干扰，5个干扰源的空间来向分别为：
回波信号：方位0°, 俯仰7°；干扰1：方位4°, 俯仰7°；干扰2：方位9°, 俯仰7°；干扰3：方位15°, 俯仰7°；干扰4：方位-12°, 俯仰7°；干扰5：方位-18°, 俯仰7°。
仿真结果如表1所示。
表1不同角度干扰抑制零深（dB）
进一步地，所述干扰源仿真设计的方法包括：
当干噪比下降时，常规ADBF性能将会不稳定，为此雷达在干噪比较小时，采用对角加载的ADBF方法，将仿真参数设置为：
子阵间通道不一致性：幅度2dB，相位15°，干噪比0dB，干扰快拍数128；
在天线的0～90°电扫范围内设置5个随机分布的干扰源作为点频干扰，5个干扰源的空间来向分别为：
回波信号：方位0°,俯仰7°；干扰1：方位4°,俯仰7°；干扰2：方位9°,俯仰7°；干扰3：方位15°,俯仰7°；干扰4：方位-12°,俯仰7°；干扰5：方位-18°,俯仰7°。仿真结果如表2所示。
表2不同角度对角加载ADBF抑制零深（dB）
进一步地，所述S4步骤的求解雷达天线阵面的阵列输出的方法还包括：
使用移相器对IQ信号作加权处理，只调整信号相位而不改变信号幅度；
对于空间只有一个来自方向的电磁波，电磁波信号在任一瞬间各阵元上的幅度是相同的，其方向向量为/>=〔/>〕/>,/>为载频波长，/>为阵元间距，则当权/>取作/>时，输出/>最大，实现导向定位，各阵元加权信号相干叠加，称为空域匹配滤波。
匹配滤波在白噪声背景下是最佳接收的。
进一步地，所述S3步骤的自适应权值计算的方法包括：
观测数据选择休止期采样数据，选择波束驻留时间CPI中25μs作为权值，采集后75μs作为权值计算。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述所述的阵列通道复用干扰对消方法的步骤。
本发明还提供一种计算机设备，所述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如上述所述的阵列通道复用干扰对消方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明公开的阵列通道复用干扰对消方法降低了运算量、加快了收敛速度，提高了信号干扰噪声比（SINR），减小了干扰和噪声的扰动影响，提升了目标探测精度。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明子阵划分及数字波束形成示意图；
图2为本发明雷达ADBF权值采集计算时序示意图；
图3为本发明阵列DBF实现图；
图4为本发明阵列通道复用干扰对消方法的流程图；
图5为本发明实施例计算机设备的构成示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和产品的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种阵列通道复用干扰对消方法，参见图4所示，包括以下步骤：
S1、在雷达天线阵面设置多个均匀邻接的子阵（轻小型雷达同时也为减少系统结构复杂度），每个所述子阵包括多个T/R组件阵元，对于雷达天线阵面的干扰，采用阵列通道复用进行干扰对消；
本实施例中，所述子阵的划分形式如图1，具体参数包括：
a)子阵数目：10个；
b)单个子阵包含T/R组件支路：4个；
c)单个子阵俯仰维尺寸：562mm；
d)单个子阵方位维尺寸：40.8mm；
e)子阵波束宽度：方位维约23°，俯仰维约2°；
f)快拍数：64、128、256；
本实施例中，对于雷达天线阵面的干扰，进行干扰源仿真设计所设置的仿真参数包括：
子阵间通道不一致性：幅度2dB，相位15°，干噪比20dB，干扰快拍数128；
在天线的0-90°电扫范围内设置5个随机分布的干扰源作为点频干扰，5个干扰源的空间来向分别为：
回波信号：方位0°, 俯仰7°；干扰1：方位4°, 俯仰7°；干扰2：方位9°, 俯仰7°；干扰3：方位15°, 俯仰7°；干扰4：方位-12°, 俯仰7°；干扰5：方位-18°, 俯仰7°。
仿真结果如表1所示。
表1不同角度干扰抑制零深（dB）
所述干扰源仿真设计的方法包括：
当干噪比下降时，常规ADBF性能将会不稳定，为此雷达在干噪比较小时，采用对角加载的ADBF方法，将仿真参数设置为：
子阵间通道不一致性：幅度2dB，相位15°，干噪比0dB，干扰快拍数128；
在天线的0～90°电扫范围内设置5个随机分布的干扰源作为点频干扰，5个干扰源的空间来向分别为：
回波信号：方位0°,俯仰7°；干扰1：方位4°,俯仰7°；干扰2：方位9°,俯仰7°；干扰3：方位15°,俯仰7°；干扰4：方位-12°,俯仰7°；干扰5：方位-18°,俯仰7°。仿真结果如表2所示。
表2不同角度对角加载ADBF抑制零深（dB）
S2、将目标回波信号经过T/R组件进行方位移相、俯仰等效移相，再经放大、混频和滤波后形成Ⅰ中频信号，每4个阵面单元合成一路子阵中频信号，天线阵面共形成10路子阵Ⅰ中频信号；将10路Ⅰ中频信号经过中频放大、与Ⅱ本振混频后，形成10路Ⅱ中频信号；将10路Ⅱ中频信号经过A/D采样，每一路数字信号经过数字下变频，将信号变为零载频的20路IQ信号；
S3、对所述20路IQ信号进行抽取、自适应权值计算Wi={w1,…,w6,w7 ,…,w10}、数字波束形成DBF、脉冲压缩、动目标检测MTD、恒虚警检测CFAR、自动门限检测、归一化处理，形成包括目标幅度、距离单元号、角误差、多普勒通道号的点迹参数送出进行数据处理；
所述自适应权值计算的观测数据选择休止期采样数据，选择波束驻留时间CPI中25μs作为权值，采集后75μs作为权值计算，具体时序关系见图2；
虽然阵列天线的方向图是全方向的，但阵列的输出经过加权求和后，却可以使调整到阵列接收的方向增益聚集在某一方向上，相当于形成一个波束；这就是波束形成的物理意义所在。波束形成的基本思想就是通过将各阵元输出加权求和，在某一时间内将天线阵列各波束“导向”到某一方向上，这是通过调整加权系数完成的。
S4、如下图3所示，通过计算各T/R组件阵元的接收信号向量在各T/R组件阵元上分量的加权和，求解雷达天线阵面的阵列输出；
令IQ信号的权矢量，其中上标/>表示矩阵转置，/>表示阵元个数，则所述阵列输出的计算表达式为：
（1）
由式（1）可见，对于不同的权矢量，y（t）对来自不同方向的电磁波就有不同的响应，从而形成不同方向的空间波束。
所述求解雷达天线阵面的阵列输出的方法包括：
使用移相器对IQ信号作加权处理，只调整信号相位而不改变信号幅度；
对于空间只有一个来自方向的电磁波，电磁波信号在任一瞬间各阵元上的幅度是相同的，其方向向量为/>=〔/>〕/>,/>为载频波长，/>为阵元间距，则当权/>取作/>时，输出/>最大，实现导向定位，各阵元加权信号相干叠加，称为空域匹配滤波。参见图3所示。匹配滤波在白噪声背景下是最佳接收的。
对于存在干扰的信号背景，设天线阵列为元窄带线性天线阵列，有/>个远场信号分别从/>(/>=0,1,…,/>)入射，其中有一个期望信号/>方向和/>个干扰；设/>个信号互不相干，各阵元噪声为互相独立、功率相等的白噪声，且与信号无关；令/>，则阵列第/>个阵元的接收信号表示为：
（2）
式（2）中：为信号的复包络；/>为信号导向矢量，设/>=0时为期望信号，/>=1,2,…,/>为干扰信号，/>为第/>个阵元接收的噪声；
采用矩阵形式表示上式（2），为：
（3）
简记为：
式（3）中= 〔/>,/>,…,/>〕,/>= 〔/>〕/>；
=〔/>〕/>,/>为波长，/>为阵元间距；
N次快拍的波束形成器输出的平均功率为：
+/>（4）
因信号、干扰、噪声互不相干，故不用考虑信号、干扰、噪声之间的交叉项；当∞ 时，式（4）表示为：
（5）
式（5）中为噪声功率；
式（5）进一步表示为：
＝/>（6）
式（6）中，表示数学期望，/>是接收信号的复包络的相关矩阵；
为保证来自方向的期望信号的正确接收，并完全抑制其他/>个干扰，根据式（6）得到关于权向量的约束条件为：
（7）
式（7）中，约束条件又称为波束置零条件，因为它强迫接收阵列波束方向图的零点指向所有的干扰信号，在式（7）的两个约束条件下，P(w)简化为：
（8）
从提高信号干扰噪声比（SINR）的角度来看，式（8）的干扰置零并不是最优的，虽然选定的权值可使干扰输出为零，但可能使噪声输出加大。因此，本实施例把抑制干扰和噪声一同考虑，将波束形成器最佳权矢量的确定方法表述为：
在对期望信号增益恒定的情况下，阵列输出最小，即
（9）
采用拉格朗日Lagrange乘子法求解满足式（9）的权矢量，令目标函数为：
（10）
根据线性代数的标量函数对向量的偏导数定义可得：
（11）
式（11）对求偏导并等于零，得：
（12）
解出波束形成器的最优权矢量为：
（13）
式（13）中为比例常数，/>；/>是期望接收的信号的波达方向；此时波束形成器将只接收来自/>方向的信号，并拒绝所有来自其它方向的信号；
本实施例考虑在有限次快拍下的波束形成器的最优权矢量为：
（14）
式（14）中＝/>，此时波束形成器的最优权矢量为：
（15）
子阵自适应波束形成，也就是对阵列进行降维处理，设全阵列的导向矢量为，子阵的导向矢量为/>，则存在一个降维矩阵/>，使得/>，设全阵列接收数据为/>，子阵接收数据为/>，则可知/>，子阵接收数据的协方差矩阵为：
（16）
此时子阵的自适应权值为：
（17）/>
式（17）中；
在信号处理系统中利用最小方差原则计算10路子阵接收数据的自适应权值，将10路子阵接收数据加权，自动形成零点抑制干扰，并输出干扰抑制后的Σ、Δ波束数据。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，图5是本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图；参见附图图5所示，该计算机设备包括：输入装置23、输出装置24、存储器22和处理器21；所述存储器22，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器21执行，使得所述一个或多个处理器21实现如上述实施例提供的阵列通道复用干扰对消方法；其中输入装置23、输出装置24、存储器22和处理器21可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
存储器22作为一种计算设备可读写存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本发明实施例所述的阵列通道复用干扰对消方法对应的程序指令；存储器22可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等；此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件；在一些实例中，存储器22可进一步包括相对于处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置23可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入；输出装置24可包括显示屏等显示设备。
处理器21通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的阵列通道复用干扰对消方法。
上述提供的计算机设备可用于执行上述实施例提供的阵列通道复用干扰对消方法，具备相应的功能和有益效果。
本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述实施例提供的阵列通道复用干扰对消方法，存储介质是任何的各种类型的存储器设备或存储设备，存储介质包括：安装介质，例如CD-ROM、软盘或磁带装置；计算机系统存储器或随机存取存储器，诸如DRAM、DDRRAM、SRAM、EDORAM，兰巴斯(Rambus)RAM等；非易失性存储器，诸如闪存、磁介质(例如硬盘或光存储)；寄存器或其它相似类型的存储器组件等；存储介质可以还包括其它类型的存储器或其组合；另外，存储介质可以位于程序在其中被执行的第一计算机系统中，或者可以位于不同的第二计算机系统中，第二计算机系统通过网络(诸如因特网)连接到第一计算机系统；第二计算机系统可以提供程序指令给第一计算机用于执行。存储介质包括可以驻留在不同位置中(例如在通过网络连接的不同计算机系统中)的两个或更多存储介质。存储介质可以存储可由一个或多个处理器执行的程序指令(例如具体实现为计算机程序)。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上实施例所述的阵列通道复用干扰对消方法，还可以执行本发明任意实施例所提供的阵列通道复用干扰对消方法中的相关操作。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (8)
1.一种阵列通道复用干扰对消方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在雷达天线阵面设置多个均匀邻接的子阵，每个所述子阵包括多个T/R组件阵元，对于雷达天线阵面的干扰，采用阵列通道复用进行干扰对消；所述子阵的具体参数包括：
a)子阵数目：10个；
b)单个子阵包含T/R组件支路：4个；
c)单个子阵俯仰维尺寸：562mm；
d)单个子阵方位维尺寸：40.8mm；
e)子阵波束宽度：方位维约23°，俯仰维约2°；
f)快拍数：64、128、256；
S2、将目标回波信号经过T/R组件进行方位移相、俯仰等效移相，再经放大、混频和滤波后形成Ⅰ中频信号，每4个阵面单元合成一路子阵中频信号，天线阵面共形成10路子阵Ⅰ中频信号；将10路Ⅰ中频信号经过中频放大、与Ⅱ本振混频后，形成10路Ⅱ中频信号；将10路Ⅱ中频信号经过A/D采样，每一路数字信号经过数字下变频，将信号变为零载频的20路IQ信号；
S3、对所述20路IQ信号进行抽取、自适应权值计算Wi={w1,…,w6,w7 ,…,w10}、数字波束形成DBF、脉冲压缩、动目标检测MTD、恒虚警检测CFAR、自动门限检测、归一化处理，形成包括目标幅度、距离单元号、角误差、多普勒通道号的点迹参数送出进行数据处理；
S4、通过计算各T/R组件阵元的接收信号向量在各T/R组件阵元上分量的加权和，求解雷达天线阵面的阵列输出；
令IQ信号的权矢量，其中上标/>表示矩阵转置，/>表示阵元个数，则所述阵列输出的计算表达式为：
（1）
由式（1）得到，对于不同的权矢量，y（t）对来自不同方向的电磁波就有不同的响应，从而形成不同方向的空间波束。
2.根据权利要求1所述的阵列通道复用干扰对消方法，其特征在于，所述S4步骤的求解雷达天线阵面的阵列输出的方法包括：
使用移相器对IQ信号作加权处理，只调整信号相位而不改变信号幅度；
对于存在干扰的信号背景，设天线阵列为元窄带线性天线阵列，有/>个远场信号分别从/>(/>=0,1,…,/>)入射，其中有一个期望信号/>方向和/>个干扰；设/>个信号互不相干，各阵元噪声为互相独立、功率相等的白噪声，且与信号无关；令/>，则阵列第个阵元的接收信号表示为：
（2）
式（2）中：为信号的复包络；/>为信号导向矢量，设/>=0时为期望信号，/>=1,2,…,为干扰信号，/>为第/>个阵元接收的噪声；
采用矩阵形式表示上式（2），为：
（3）
简记为：
式（3）中= 〔/>,/>,…,/>〕, />= 〔/>〕/>；
=〔/>〕/>, />为波长，/>为阵元间距；
N次快拍的波束形成器输出的平均功率为：
+/>（4）
因信号、干扰、噪声互不相干，故不用考虑信号、干扰、噪声之间的交叉项；当∞时，式（4）表示为：
（5）
式（5）中为噪声功率；
式（5）进一步表示为：
＝/>（6）
式（6）中，表示数学期望，/>是接收信号的复包络的相关矩阵；
为保证来自方向的期望信号的正确接收，并完全抑制其他/>个干扰，根据式（6）得到关于权向量的约束条件为：
（7）
式（7）中，约束条件强迫接收阵列波束方向图的零点指向所有的干扰信号，在式（7）的两个约束条件下，P(w)简化为：
（8）
把抑制干扰和噪声一同考虑，将波束形成器最佳权矢量的确定方法表述为：
在对期望信号增益恒定的情况下，阵列输出最小，即
（9）
采用拉格朗日Lagrange乘子法求解满足式（9）的权矢量，令目标函数为：
（10）
根据线性代数的标量函数对向量的偏导数定义可得：
（11）
式（11）对求偏导并等于零，得：
（12）
解出波束形成器的最优权矢量为：
（13）
式（13）中为比例常数，/>；/>是期望接收的信号的波达方向；此时波束形成器将只接收来自/>方向的信号，并拒绝所有来自其它方向的信号；
在有限次快拍下的波束形成器的最优权矢量为：
（14）
式（14）中＝/>，此时波束形成器的最优权矢量为：
（15）
设全阵列的导向矢量为，子阵的导向矢量为/>，则存在一个降维矩阵/>，使得/>，设全阵列接收数据为/>，子阵接收数据为/>，则可知，子阵接收数据的协方差矩阵为：
（16）
此时子阵的自适应权值为：
（17）
式（17）中；
在信号处理系统中利用最小方差原则计算10路子阵接收数据的自适应权值，将10路子阵接收数据加权，自动形成零点抑制干扰，并输出干扰抑制后的Σ、Δ波束数据。
3.根据权利要求1所述的阵列通道复用干扰对消方法，其特征在于，所述S1步骤的对于雷达天线阵面的干扰，进行干扰源仿真设计所设置的仿真参数包括：
子阵间通道不一致性：幅度2dB，相位15°，干噪比20dB，干扰快拍数128；
在天线的0-90°电扫范围内设置5个随机分布的干扰源作为点频干扰，5个干扰源的空间来向分别为：
回波信号：方位0°, 俯仰7°；干扰1：方位4°, 俯仰7°；干扰2：方位9°, 俯仰7°；干扰3：方位15°, 俯仰7°；干扰4：方位-12°, 俯仰7°；干扰5：方位-18°, 俯仰7°。
4.根据权利要求3所述的阵列通道复用干扰对消方法，其特征在于，所述干扰源仿真设计的方法包括：
在干噪比小时，采用对角加载的ADBF方法，将仿真参数设置为：
子阵间通道不一致性：幅度2dB，相位15°，干噪比0dB，干扰快拍数128；
在天线的0～90°电扫范围内设置5个随机分布的干扰源作为点频干扰，5个干扰源的空间来向分别为：
回波信号：方位0°,俯仰7°；干扰1：方位4°,俯仰7°；干扰2：方位9°,俯仰7°；干扰3：方位15°,俯仰7°；干扰4：方位-12°,俯仰7°；干扰5：方位-18°,俯仰7°。
5.根据权利要求2所述的阵列通道复用干扰对消方法，其特征在于，所述S4步骤的求解雷达天线阵面的阵列输出的方法还包括：
使用移相器对IQ信号作加权处理，只调整信号相位而不改变信号幅度；
对于空间只有一个来自方向的电磁波，电磁波信号在任一瞬间各阵元上的幅度是相同的，其方向向量为/>=〔/>〕/>, />为载频波长，/>为阵元间距，则当权/>取作/>时，输出/>最大，实现导向定位，各阵元加权信号相干叠加。
6.根据权利要求1所述的阵列通道复用干扰对消方法，其特征在于，所述S3步骤的自适应权值计算的方法包括：
观测数据选择休止期采样数据，选择波束驻留时间CPI中25μs作为权值，采集后75μs作为权值计算。
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，所述程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的阵列通道复用干扰对消方法的步骤。
8.一种计算机设备，所述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如权利要求1-6任一项所述的阵列通道复用干扰对消方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311347175.5A CN117092600B (zh) | 2023-10-18 | 2023-10-18 | 阵列通道复用干扰对消方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311347175.5A CN117092600B (zh) | 2023-10-18 | 2023-10-18 | 阵列通道复用干扰对消方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117092600A CN117092600A (zh) | 2023-11-21 |
| CN117092600B true CN117092600B (zh) | 2024-01-02 |
Family
ID=88775752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311347175.5A Active CN117092600B (zh) | 2023-10-18 | 2023-10-18 | 阵列通道复用干扰对消方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117092600B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103926572A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-07-16 | 西安电子科技大学 | 一种机载非正侧阵雷达用自适应子空间的杂波抑制方法 |
| CN106405557A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-02-15 | 电子科技大学 | 一种用于直升机防撞高压线的雷达检测方法 |
| CN106501785A (zh) * | 2016-09-13 | 2017-03-15 | 深圳大学 | 一种基于交替方向乘子法的稳健稀疏恢复stap方法及其系统 |
| WO2018049595A1 (zh) * | 2016-09-14 | 2018-03-22 | 深圳大学 | 一种基于交替方向乘子法的稳健稀疏恢复stap方法及其系统 |
| CN110645886A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-03 | 重庆大学 | 一种地基干涉虚拟孔径形变监测雷达系统及工作方法 |
| CN112147593A (zh) * | 2020-09-02 | 2020-12-29 | 西安电子科技大学 | 一种高速密集爆炸物破片目标的四维参数估计方法 |
| CN115267699A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-11-01 | 北京千禧卫通装备技术有限公司 | 基于数字波束形成的导航抗干扰方法 |
-
2023
- 2023-10-18 CN CN202311347175.5A patent/CN117092600B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103926572A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-07-16 | 西安电子科技大学 | 一种机载非正侧阵雷达用自适应子空间的杂波抑制方法 |
| CN106501785A (zh) * | 2016-09-13 | 2017-03-15 | 深圳大学 | 一种基于交替方向乘子法的稳健稀疏恢复stap方法及其系统 |
| WO2018049595A1 (zh) * | 2016-09-14 | 2018-03-22 | 深圳大学 | 一种基于交替方向乘子法的稳健稀疏恢复stap方法及其系统 |
| CN106405557A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-02-15 | 电子科技大学 | 一种用于直升机防撞高压线的雷达检测方法 |
| CN110645886A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-03 | 重庆大学 | 一种地基干涉虚拟孔径形变监测雷达系统及工作方法 |
| CN112147593A (zh) * | 2020-09-02 | 2020-12-29 | 西安电子科技大学 | 一种高速密集爆炸物破片目标的四维参数估计方法 |
| CN115267699A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-11-01 | 北京千禧卫通装备技术有限公司 | 基于数字波束形成的导航抗干扰方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117092600A (zh) | 2023-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5371506A (en) | Simultaneous multibeam approach for cancelling multiple mainlobe jammers while preserving monopulse angle estimation accuracy on mainlobe targets | |
| US8428897B2 (en) | Method and apparatus for spectral cross coherence | |
| Yu et al. | Adaptive digital beamforming for angle estimation in jamming | |
| Zhang et al. | A method for finding best channels in beam-space post-Doppler reduced-dimension STAP | |
| US6867726B1 (en) | Combining sidelobe canceller and mainlobe canceller for adaptive monopulse radar processing | |
| Abdalla et al. | Performance evaluation of direction of arrival estimation using MUSIC and ESPRIT algorithms for mobile communication systems | |
| EP1167995B1 (en) | Matrix monopulse ratio radar processor for two target azimuth and elevation angle determination | |
| Nickel | Array processing for radar: achievements and challenges | |
| CN110208757B (zh) | 一种抑制主瓣干扰的稳健自适应波束形成方法及装置 | |
| US9444558B1 (en) | Synthetic robust adaptive beamforming | |
| Wang et al. | Design of optimum sparse array for robust MVDR beamforming against DOA mismatch | |
| Hiemstra | Robust implementations of the multistage Wiener filter | |
| CN111241470B (zh) | 基于自适应零陷展宽算法的波束合成方法及装置 | |
| CN117092600B (zh) | 阵列通道复用干扰对消方法 | |
| US11152986B2 (en) | Fast spatial search using phased array antennas | |
| Lee et al. | Adaptive array beamforming with robust capabilities under random sensor position errors | |
| Rohit et al. | Performance evaluation of various beamforming techniques for phased array antennas | |
| CN112202483B (zh) | 波束形成方法及装置、电子设备、存储介质 | |
| Cummings et al. | An information-theoretic approach to partitioning simultaneous transmit and receive digital phased arrays | |
| Yeom et al. | Performance analysis of beamspace MUSIC with beamforming angle | |
| Rahaman et al. | Linearly-arranged Concentric Circular Antenna Array Using Robust VDL technique | |
| Massoud et al. | DOA estimation based on fourth order cumulant beamforming for nonuniform linear array of DIFAR sonobuoys | |
| Yu | Mainlobe cancellation, orthogonal nulling and product patterns | |
| Li et al. | A blind anti-jamming algorithm for array-based GNSS receivers using the MMSE criterion | |
| Chen et al. | Multiple jamming cancellation using adaptive subarray DBF for monopulse angle estimation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |