CN117784076B - 一种频率捷变和频率分集的相参处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种频率捷变和频率分集的相参处理方法，每个脉冲重复周期均发射多个不同载频的线性调频脉冲信号，每个脉冲信号的线性调频信号带宽相同，构成快时间上的频率分集脉冲串，相邻奇数脉冲重复周期的发射信号频点均不相同，偶数脉冲重复周期的发射信号频点与前一技术脉冲重复周期的发射信号频点相同；联合发射构架实现了在脉内和脉间的双跳频，增加侦查分选、识别的难度；在此发射架构下，给出了脉内频率分集的相参积累方法，为了解决捷变频频率与目标距离和速度耦合对雷达相参处理的影响，提供了相参处理方法。
Description
技术领域
本发明涉及雷达抗干扰技术领域，尤其涉及一种频率捷变和频率分集的相参处理方法。
背景技术
为有效制约雷达的目标探测能力，近年来大量新型雷达干扰技术不断出现，尤其是基于DRFM（数字射频存储技术）的新型干扰样式，能精确复制雷达的发射信号并进行智能调制转发，从波形域上实现了高度相参，配合干扰空域角度和极化匹配特性，干扰信号与雷达发射信号在多域上的特征相似度很高。若仅采用常规的接收端干扰抑制算法，一方面由于干扰的高相似性难以抑制干扰，另一方面即使能够对消，对真实目标回波信号的损失很大。
针对雷达抗干扰的现实紧迫问题，新型雷达的抗干扰技术也在快速发展，在雷达设计定型开始，就将雷达抗干扰性能相关问题考虑到雷达整体设计环节中。不同于以往常用的接收抗干扰技术，新型雷达更多地将发射和接收抗干扰处理联合进行考虑，比较典型的技术包括波形捷变、频率捷变、频率分集、PRI（脉冲重复周期）捷变等，通过发射端的捷变处理来提高侦察装备分选识别的难度，同时由于干扰装备侦察、调制和转发需要一定的时延，若雷达方能够快速跳变，就能造成干扰的失配从而失效。
在雷达频域上的捷变方式选择上，频率捷变和频率分集是新型雷达常用的两种方式，频率分集一般在同一个雷达工作周期内发射多个载频不同的脉冲，而频率捷变一般是脉间发射不同载频的信号。采用这两种方式进行处理时，除了具有抗干扰方面的优势外，还具有回波信号幅度去相关、杂波去相关、消除波束分裂等优点。尽管有这些优越性，但是两种捷变方式在使用过程中都存在一定的问题，即多频点发射与相参处理体制存在矛盾，根本原因在于频率变化对雷达回波信号的多普勒调制不一致，且与距离存在耦合关系；此外，频率分集还面临多个频率的回波脉冲合并处理问题。
现有技术中要实现频率捷变的相参处理，主要采用相位补偿的思路，基于相关算法对捷变所带来的附加相位项进行补偿，这类方法的计算量很大，制约了相关技术在雷达中的实际应用。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种频率捷变和频率分集的相参处理方法，能够提高雷达的低截获性能和抗干扰能力。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种频率捷变和频率分集的相参处理方法，包括以下步骤：
S1、构建频率捷变和频率分集的联合发射架构；
每个脉冲重复周期均发射多个不同载频的线性调频脉冲信号，每个所述线性调频脉冲信号的带宽相同，构成快时间上的频率分集脉冲串；
重复周期上，偶数序列脉冲发射与前一重复周期相同的频率分集脉冲；
重复周期上，奇数序列脉冲发射的频率分集脉冲信号频率发生捷变；
S2、对每个脉冲重复周期的回波信号按照多个频率通道接收，各频率通道经混频
脉压处理后逐距离单元对多个频率通道的数据按等间隔的频率分集子脉冲的脉冲宽度
分别进行选取，并构建频率分集数据组；
S3、对每个脉冲重复内的采样数据组进行距离补偿；
S4、对相邻的奇数脉冲和偶数脉冲按数据组进行共轭相乘；
S5、快时间维上的相参积累处理；
S6、变换脉组间发射频率，重复所述S2至S5，然后进行慢时间维上的相参积累处理。
进一步，所述S2中，若空间中存在一个目标，经过混频和脉冲压缩处理后，所述目标的回波信号为：
（1）；
其中，表示频率分集子脉冲的脉冲宽度；表示辛格函数，；
表示线性调频脉冲信号带宽；表示快时间；且，表示脉冲重复周期；表示目
标的初始位置；表示径向速度；表示慢时间，，总的脉冲数为，则奇数
序号和偶数序号脉冲重复周期个数均为；表示虚数单位；表示频率对应的波
长，且，，；为频率捷变预设的正整数；为基
本的频率捷变单元；为频率分集的捷变频点数； 为电磁波的传播速度。
进一步，所述S3具体为：由所述S2中的数据得知，若存在所述目标，则所述目标的所有峰值位置应该均位于同一个采样数据组中；
S301、先按距离进行补偿，对任意距离，补偿量分别为、
、、；
当，即目标所在距离单元的相位项被补偿时，得到采样数据组经过距离补偿
后的剩余相位项为：
（2）；
S302、根据所述联合发射构架，当为奇数时，令，,将代入公式（2）中的剩余相位相中，则：
（3）。
进一步，所述S4具体为：由于偶数脉冲重复周期的频率分集脉冲载频与前一个奇
数脉冲重复周期的频率分集脉冲载频相同，所述S302中奇数序号脉冲的相邻偶数脉冲重复
周期序号，则，则偶数序号脉冲重复周期经过距离补偿后的剩余相
位项为：
（4）；
相邻奇偶脉冲经过距离补偿后的剩余相位项共轭相乘后的结果为：
（5）；
其中，为共轭转置；
定义为单元多普勒，则公式（5）改写为：
（6）；
其中，表示脉冲重复频率。
进一步，所述S5具体为：
对公式（6）进行离散傅里叶变换，则：
（7）；
其中，，/>。
进一步，所述S6具体为：经过慢时间维处理后，慢时间维上的相位项成为频率步进的相位项，具备慢时间维上相参积累的基础，直接给出相参积累的结果为：
（8）；
当总的脉冲数为时，则相邻奇偶脉冲经过共轭相乘后用于慢时间维上相参积
累的脉冲重复周期个数为，，；
显然，当最大时数字频率值记作，此时单元多普勒。
本发明的有益效果为：首先，联合发射构架实现在脉内和脉间的双跳频，增加侦查分选、识别的难度；然后，在此发射架构下，给出了脉内频率分集的相参积累方法，可以实现在每个脉冲重复周期内对各个频率分集脉冲的脉冲压缩和相参积累，最大程度地兼顾对多频率通道的干扰监测和最大信噪比输出；再次，为了解决捷变频频率与目标距离和速度耦合对雷达相参处理的影响，提供了相参处理方法，该方法利用脉压后相邻目标回波两两相乘，消除存在的频率与距离、速度的耦合相位干扰项，利用解耦合后的回波信号进行相参处理，提高了对目标的检测能力。
附图说明
图1 为本发明一种频率捷变和频率分集的相参处理方法的流程图；
图2为采用相参处理的结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，一种频率捷变和频率分集的相参处理方法，包括以下步骤：
S1、构建频率捷变和频率分集的联合发射架构；
每个脉冲重复周期均发射多个不同载频的线性调频脉冲信号，每个所述线性调频脉冲信号的带宽相同，构成快时间上的频率分集脉冲串；
重复周期上，偶数序列脉冲发射与前一重复周期相同的频率分集脉冲；
重复周期上，奇数序列脉冲发射的频率分集脉冲信号频率发生捷变。
作为一种具体的实现，联合发射架构，一方面该联合发射架构的频率跳变规律很
难掌握，具有较好的抗干扰性能；另一方面，该联合发射架构与后续的相参处理相匹配，能
够解决不同发射频率所导致的速度、频率耦合的问题，保证目标的检测性能。第一个脉冲重
复周期发射频率分集脉冲串频率分别为；后续发射时，偶数序列脉冲重复周期上
发射与前一重复周期相同的频率分集脉冲，则第二个脉冲重复周期发射频率为，
与第一个脉冲重复周期发射的频率分集信号相同；
奇数序列脉冲重复周期上发射的频率分集脉冲信号频率发生捷变；则第三个脉冲
重复周期发射的频率分集脉冲频率分别为，与前两个脉冲重复周期发射的脉冲
串频率不同，第四个脉冲重复周期发射的频率分集信号第三个脉冲相同，后续按照此规律
顺次发射。
由此，频点的变化方式为：
第一个脉冲重复周期的发射信号载频为，，，；
则第二个脉冲重复周期的发射信号载频不变；
第三个脉冲重复周期的发射信号载频跳变为，，，；
则有第个奇数脉冲重复周期的发射信号载频为，，，。
若雷达采用等脉冲重复周期工作，则相应的脉冲重复周期的发射信号为：
；
其中，表示快时间，且，表示慢时间，， ，，，表示调频斜率，表示频率分集子脉冲的脉冲宽度。
S2、对每个脉冲重复周期的回波信号按照多个频率通道接收，各通道经混频脉压
处理后逐距离单元对多个频率通道的数据按等间隔的频率分集子脉冲的脉冲宽度分别
进行选取，并构建频率分集数据组；
S3、对每个脉冲重复内的采样数据组进行距离补偿；
S4、对相邻的奇数脉冲和偶数脉冲按数据组进行共轭相乘；
S5、快时间维上的相参积累处理；
S6、变换脉组间发射频率，重复所述S2至S5，然后进行慢时间维上的相参积累处理。
为进一步具体阐述，首先以第一个脉冲重复周期为例推导回波模型，已知发射频
率分集脉冲的载频为，对该脉冲重复周期的信号分别按照多个中心频率为，线性调频脉冲信号带宽为B的窄带滤波器进行接收，然后在各自的频率滤波通
道中进行混频（去除载频）和脉冲压缩处理，则：
所述2中，若空间中存在一个目标，经过混频和脉冲压缩处理后，所述目标的回波信号为：
（1）；
其中，表示频率分集子脉冲的脉冲宽度；表示辛格函数，；
表示线性调频脉冲信号带宽；表示快时间；且，表示雷达脉冲重复周期；表示
目标的初始位置；表示径向速度；表示慢时间，；总的脉冲数为，则奇
数序号和偶数序号脉冲重复周期个数均为；表示虚数单位；表示频率对应的波
长，且，，；为频率捷变预设的正整数，为基
本的频率捷变单元；为频率分集的捷变频点数；c为电磁波的传播速度。
从公式（1）中可以看出，对于一个点目标，回波信号会以等间隔的频率分集子脉冲
的脉冲宽度出现多个Sinc峰值，表示多个频率分集脉冲经过脉冲压缩后的峰值位置。
为了实现对快时间维上频率分集脉冲的积累，需要首先构建频率分集脉冲数据组，主要方法是采用逐距离单元滑窗的方式；
以第一个脉冲重复周期为例，对应的发射信号频点为，
第一次采样时，利用频域滤波器接收第一个距离单元数据，
频域滤波器接收与第一个距离单元间隔为频率分集子脉冲的脉冲宽度的距
离单元数据，
频域滤波器接收与第一个距离单元间隔为的距离单元数据，
依次类推，最后一个数据为，
构成第一次采样的数据组；
同理，第一个脉冲重复周期内第次采样的数据组为。
所述S3具体为：由所述S2中的数据得知，若存在所述目标，则所述目标的所有峰值位置应该均位于同一个采样数据组中；
从公式（1）可以看出，经过脉冲压缩处理后，回波频率分集子脉冲的峰值相位项分
别为、、……、，该相位项中不仅包含距离-频率耦
合项，还包含速度-频率耦合项，则，
S301、 先按距离进行补偿，对任意距离，补偿量分别为、、、；
当，即目标所在距离单元的相位项被补偿时，得到采样数据组经过距离补偿
后的剩余相位项为：
（2）；
S302、根据所述联合发射构架，当为奇数时，令，,将代入公式（2）中的剩余相位相中，则：
（3）。
所述S4具体为：由于偶数脉冲重复周期的频率分集脉冲载频与与前一个奇数脉冲
重复周期的频率分集脉冲载频相同，所述S302中奇数序号脉冲的相邻偶数脉冲重复周期序
号，则，则偶数序号脉冲重复周期经过距离补偿后的剩余相位项
为：
（4）；
则相邻奇偶脉冲经过距离补偿后的剩余相位项共轭相乘后的结果为：
（5）；
其中，为共轭转置；
定义为单元多普勒，则公式（5）改写为：
（6）；
其中，表示脉冲重复频率。
由公式(6)可以看出，经过奇偶相邻脉冲共轭相乘处理后的结果存在频率步进关系，具备进行相参积累的基础。
所述S5具体为：
对公式（6）进行离散傅里叶变换，则：
（7）；
其中，，/>。
所述S6具体为：经过慢时间维处理后，慢时间维上的相位项成为频率步进的相位项，具备慢时间维上相参积累的基础，直接给出相参积累的结果为：
（8）；
当总的脉冲数为时，则相邻奇偶脉冲经过共轭相乘后用于慢时间维上相参积
累的脉冲重复周期个数为，，；
显然，当最大时数字频率值记作，此时单元多普勒。
请参阅图2，仿真验证：脉冲重复周期为4ms，目标速度为80m/s，距离10km，脉冲积累数为256，基本的频率捷变单元为0.5MHz，专利中的发射架构中的k=1000；给出采用常规相参处理和本专利中的处理方法结果，可以看出，这种发射框架，采用常规的相参处理，目标会在距离和多普勒二维上扩展，而采用本专利的处理方法后，目标能够在二维上积累成单峰。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求。
Claims (6)
1.一种频率捷变和频率分集的相参处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建频率捷变和频率分集的联合发射架构；
每个脉冲重复周期均发射多个不同载频的线性调频脉冲信号，每个所述线性调频脉冲信号的带宽相同，构成快时间上的频率分集脉冲串；
重复周期上，偶数序列脉冲发射与前一重复周期相同的频率分集脉冲；
重复周期上，奇数序列脉冲发射的频率分集脉冲信号频率发生捷变；
S2、对每个脉冲重复周期的回波信号按照多个频率通道接收，各频率通道经混频脉压处理后逐距离单元对多个频率通道的数据按等间隔的频率分集子脉冲的脉冲宽度分别进行选取，并构建频率分集数据组；
S3、对每个脉冲重复内的采样数据组进行距离补偿；
S4、对相邻的奇数脉冲和偶数脉冲按数据组进行共轭相乘；
S5、快时间维上的相参积累处理；
S6、变换脉组间发射频率，重复所述S2至S5，然后进行慢时间维上的相参积累处理。
2.根据权利要求1所述的一种频率捷变和频率分集的相参处理方法，其特征在于：所述S2中，若空间中存在一个目标，经过混频和脉冲压缩处理后，所述目标的回波信号为：
（1）；
其中，表示频率分集子脉冲的脉冲宽度；/>表示辛格函数，/>；/>表示线性调频脉冲信号带宽；/>表示快时间；且/>，/>表示雷达脉冲重复周期；/>表示目标的初始位置；/>表示径向速度；/>表示慢时间，/>；总的脉冲数为/>，则奇数序号和偶数序号脉冲重复周期个数均为/>；/>表示虚数单位；/>表示频率/>对应的波长，且，/>，/>；/>为频率捷变预设的正整数，/>为基本的频率捷变单元；/>为频率分集的捷变频点数；/>为电磁波的传播速度。
3.根据权利要求2所述的一种频率捷变和频率分集的相参处理方法，其特征在于，所述S3具体为：由所述S2中的数据得知，若存在所述目标，则所述目标的所有峰值位置应该均位于同一个采样数据组中；
S301、先按距离进行补偿，对任意距离，补偿量分别为/>、/>、/>、；
当，即目标所在距离单元的相位项被补偿时，得到采样数据组经过距离补偿后的剩余相位项为：
（2）；
S302、根据所述联合发射构架，当为奇数时，令/>，/>,将代入公式（2）中的剩余相位相中，则：
（3）。
4.根据权利要求3所述的一种频率捷变和频率分集的相参处理方法，其特征在于，所述S4具体为：由于偶数序号脉冲重复周期的频率分集脉冲载频与前一个奇数序号脉冲重复周期的频率分集脉冲载频相同，所述S302中奇数序号脉冲的相邻偶数脉冲重复周期序号，则/>，则偶数序号脉冲重复周期经过距离补偿后的剩余相位项为：
（4）；
相邻奇偶脉冲经过距离补偿后的剩余相位项共轭相乘后的结果为：
（5）；
其中，为共轭转置；
定义为单元多普勒，则公式（5）改写为：
（6）；
其中，表示脉冲重复频率。
5.根据权利要求4所述的一种频率捷变和频率分集的相参处理方法，其特征在于，所述S5具体为：
对公式（6）进行离散傅里叶变换，则：
（7）；
其中，，/>。
6.根据权利要求5所述的一种频率捷变和频率分集的相参处理方法，其特征在于，所述S6具体为：经过慢时间维处理后，慢时间维上的相位项成为频率步进的相位项，具备慢时间维上相参积累的基础，直接给出相参积累的结果为：
（8）；
当总的脉冲数为时，则相邻奇偶脉冲经过共轭相乘后用于慢时间维上相参积累的脉冲重复周期个数为/>，/>，/>；
显然，当最大时数字频率值记作/>，此时单元多普勒/>。
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| CN117784076A (zh) | 2024-03-29 |
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