波形分集阵雷达抗主瓣欺骗式干扰的方法技术

本发明专利技术公开了一种波形分集阵雷达抗主瓣欺骗式干扰的方法，主要解决现有雷达难以抑制主瓣欺骗式干扰的问题。其技术方案为：通过波形分集阵列发射具有频率步进的信号；对接收的回波数据匹配滤波后，在发射‑接收二维域进行距离空变补偿；基于子空间投影技术，构造接收主瓣方向子空间，得到主瓣方向的回波信号功率，采用功率检测的方法进行干扰样本挑选；根据挑选的训练样本采用自适应或非自适应波束形成技术计算波束形成权值，利用权值对补偿后的回波数据在发射‑接收二维域匹配滤波可以实现主瓣欺骗式干扰抑制。本发明专利技术降低了系统复杂度，节省了平台资源，提高了干扰协方差矩阵的估计性能，提升了单基地雷达的抗干扰能力，可用于电子干扰对抗。

【技术实现步骤摘要】
波形分集阵雷达抗主瓣欺骗式干扰的方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及一种抗主瓣欺骗式干扰的方法，可用于电子干扰对抗。
技术介绍
随着现代电子技术的发展，电子干扰的形式和手段日益复杂。欺骗式干扰，尤其是主瓣欺骗式干扰，是由干扰机截获雷达信号并进行时延调制后在空间、时间、频率、极化等多维空间形成的与目标信号具有相似性的信号。这种欺骗式干扰会诱导雷达系统将干扰信号当作真实目标信号来处理，达到以假乱真的效果，严重影响了雷达对真实目标的检测与追踪。为了抑制上述主瓣欺骗式干扰，国内外研究者们已提出多种解决方案。J.Xu等人在其发表的论文“DeceptivejammingsuppressionwithfrequencydiverseMIMOradar”(SignalProcessing,2015,113:9-17)中初步探讨了FDA-MIMO雷达对抗主瓣干扰的问题，其干扰信号形式中遗漏了干扰机中的转发延迟时间，其可以对抗任意转发的欺骗式干扰的结论并不成立。另外，当干扰样本在训练样本中所占比重较小时，干扰信号存在功率欠估计的情况，由此估计得到的协方差矩阵存在较大误差，二维波束形成的抑制干扰性能也会受到影响。电子科技大学在其申请的专利“一种分布式椭圆双曲线联合定位抗距离欺骗干扰抑制方法”(申请号：201710285708，公开号：CN107037411A)中提出了分布式多基地雷达对抗主瓣干扰，该专利利用目标与干扰在椭圆定位和双曲线定位中的分布特性的不同，对两个定位平面进行取交操作，达到抑制干扰保留真实目标的目的。虽然这种多站雷达能够抑制主瓣干扰，但是该体制的系统复杂度过高，平台占用资源过多。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，从单基地雷达出发，提出一种基于波形分集阵雷达的有源主瓣欺骗式干扰对抗方法，以降低系统复杂度，节省平台空间资源，实现对任意转发的欺骗式干扰的抑制。实现本专利技术目的技术方案是：通过利用FDA-MIMO雷达在发射端引入的距离维自由度，使目标和干扰在发射空间频率域上具有差异性，根据此差异利用波束形成技术在发射-接收二维域上对目标和干扰进行区分。在进行波束形成时，采用基于子空间投影技术和信号功率检测方法实现欺骗式干扰样本挑选，以进一步提高波束形成抑制干扰的性能。其实现步骤包括如下：(1)用M个发射天线单元发射具有频率步进的信号，用N个接收天线单元接收目标的回波信号和干扰的回波信号；(2)对N个接收天线单元的回波数据进行多波形匹配滤波，得到匹配滤波后的回波数据：x＝s+g+n，其中s是目标信号，g是干扰信号，n是噪声；(3)在发射-接收二维域对匹配滤波后的回波数据x进行距离空变补偿，补偿后的目标信号sC，补偿后的干扰信号是gC，得到补偿后的回波数据xC＝sC+gC+nC，nC是补偿后的噪声；(4)对补偿后的回波数据xC进行样本挑选，挑选出含有欺骗式干扰的训练样本，根据训练样本估计出干扰协方差矩阵RL；(5)利用波束形成技术计算波束形成的权值w，用权值w对补偿后的回波数据xC进行匹配滤波，得到输出信号功率谱：P(y)＝P(wHsC)+P(wHnC)，其中，P(·)＝20lg(·)表示功率谱计算，wHsC是目标分量，wHnC是噪声分量，最终在功率谱中只能看到目标分量从而抑制了干扰。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1)本专利技术通过发射包含频率步进量的信号，使得雷达在发射维不仅包含目标的角度信息，还包含了距离信息，这种距离信息使得目标和干扰在发射距离维上具有差异性，从而导致它们具有不同的发射空间频率，进而可以在发射-接收二维域上区分目标与干扰，而且提升了单基地雷达的抗干扰能力，降低了系统复杂度，节省了平台空间资源。2)本专利技术采用基于主瓣方向子空间投影技术和信号功率检测方法进行了样本挑选，选取出了可能包含干扰假目标的有效训练样本，进而可估计得到较为准确的干扰协方差矩阵，利用二维波束形成技术可以有效地抑制干扰，不仅克服了对抗任意转发的欺骗式干扰的问题，还解决了干扰样本较少时抗干扰性能被抑制的缺点。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2为本专利技术中补偿前后的干扰在发射-接收二维域的功率谱分布对比结果图；图3为本专利技术中有样本挑选与无样本挑选情况下的补偿前后干扰在发射空间频率域的功率输出对比结果图；图4为本专利技术中有样本挑选与无样本挑选情况下自适应波束形成在发射-接收二维域的幅度响应对比结果图；图5为本专利技术中有样本挑选与无样本挑选情况下基于MVDR准则自适应波束形成的信号处理输出结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更清楚、更完整的描述。本专利技术是结合频率分集阵FDA和多输入多输出MIMO雷达的系统，利用FDA在发射端的距离维自由度，使得目标和干扰在发射空间频率具有差异性，采用子空间投影技术和信号功率检测方法实现干扰样本挑选，通过波束形成技术在发射-接收二维域上对目标和干扰进行区分。参照图1，本专利技术的实施步骤如下：步骤1，M个发射天线单元发射具有频率步进的信号，N个接收天线单元接收回波数据。(1a)第m个发射天线单元发射的信号表示如下：其中，t为时间变量，j为虚数单位，为脉冲调制函数，Tp为发射脉冲宽度，为第m个发射天线单元对应的基带调制信号，fm为第m个发射天线单元对应的发射信号频率，fm＝f0+(m-1)Δf，f0为雷达工作频率，Δf为频率步进量，m＝1,2，…M；(1b)第m个天线单元发射第n个天线单元接收的目标回波信号表示如下：其中，ξs表示目标回波复系数，表示目标回波的参考时延，表示发射时间时延，表示接收回波时延，rs表示目标的距离参数，θs表示目标的角度参数，dT表示发射天线单元间距，dR表示接收天线单元间距，c表示光速，n＝1,2，…N；(1c)第m个天线单元发射第n个天线单元接收的第l个干扰回波信号表示如下：其中，ξg表示干扰回波复系数，rg表示第g个干扰机的距离参数，θg表示第g个干扰机的角度参数，g＝1,2,…,G，G为干扰机总数，l＝1,2,…,L，L为干扰机时延调制产生的干扰信号总数，表示干扰回波的参考时延，Δτg,l表示产生第l个干扰的时延调制的延迟时间；表示发射时间时延，表示接收回波时延。步骤2，对N个接收天线单元的回波数据进行多波形匹配滤波，得到匹配滤波后的回波数据x。(2a)将目标信号s表示如下：其中，ξs表示目标回波复系数，表示Kronecker积，a(fs,T)为目标发射导向矢量，b(fs,R)为目标接收导向矢量，其表达形式为：a(fs,T)＝[1,exp{j2πfs,T},…,exp{j2π(M-1)fs,T}]T，b(fs,R)＝[1,exp{j2πfs,R},…,exp{j2π(M-1)fs,R}]T，式中，表示目标发射空间频率，表示目标接收空间频率，c表示光速，λ0表示波长，T表示矩阵转置；(2b)将干扰信号g表示如下：其中，G为干扰机总数，L为干扰机时延调制产生的干扰信号总数，ξg表示干扰回波复系数，a(fg,l,T)为干扰等效发射导向矢量，b(fg,l,R)为干扰接收导向矢量，其表达形式为：a(fg,l,T)＝[1,exp{j2πfg,l,T},…,exp{j2π(M-1)fg,l,T}]T，b(fg,l,R)＝[1,exp{j2πfg,l,R},…本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波形分集阵雷达抗主瓣欺骗式干扰的方法，其特征在于，包括：(1)用M个发射天线单元发射具有频率步进的信号，用N个接收天线单元接收目标的回波信号和干扰的回波信号；(2)对N个接收天线单元的回波数据进行多波形匹配滤波，得到匹配滤波后的回波数据：x＝s+g+n，其中s是目标信号，g是干扰信号，n是噪声；(3)在发射‑接收二维域对匹配滤波后的回波数据x进行距离空变补偿，补偿后的目标信号sC，补偿后的干扰信号是gC，得到补偿后的回波数据：xC＝sC+gC+nC，nC是补偿后的噪声；(4)对补偿后的回波数据xC进行样本挑选，挑选出含有欺骗式干扰的训练样本，根据训练样本估计出干扰协方差矩阵RL；(5)利用波束形成技术计算波束形成的权值w，用权值w对补偿后的回波数据xC进行匹配滤波，得到输出信号功率谱：P(y)＝P(wHsC)+P(wHnC)，其中，P(·)＝20lg(·)表示功率谱计算，wHsC是目标分量，wHnC是噪声分量，最终在功率谱中只能看到目标分量从而抑制了干扰。

【技术特征摘要】
1.一种波形分集阵雷达抗主瓣欺骗式干扰的方法，其特征在于，包括：(1)用M个发射天线单元发射具有频率步进的信号，用N个接收天线单元接收目标的回波信号和干扰的回波信号；(2)对N个接收天线单元的回波数据进行多波形匹配滤波，得到匹配滤波后的回波数据：x＝s+g+n，其中s是目标信号，g是干扰信号，n是噪声；(3)在发射-接收二维域对匹配滤波后的回波数据x进行距离空变补偿，补偿后的目标信号sC，补偿后的干扰信号是gC，得到补偿后的回波数据：xC＝sC+gC+nC，nC是补偿后的噪声；(4)对补偿后的回波数据xC进行样本挑选，挑选出含有欺骗式干扰的训练样本，根据训练样本估计出干扰协方差矩阵RL；(5)利用波束形成技术计算波束形成的权值w，用权值w对补偿后的回波数据xC进行匹配滤波，得到输出信号功率谱：P(y)＝P(wHsC)+P(wHnC)，其中，P(·)＝20lg(·)表示功率谱计算，wHsC是目标分量，wHnC是噪声分量，最终在功率谱中只能看到目标分量从而抑制了干扰。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(1)中M个发射天线单元发射具有频率步进的信号，第m个发射天线单元发射的信号表示如下：其中，t为时间变量，j为虚数单位，为脉冲调制函数，Tp为发射脉冲宽度，为第m个发射天线单元对的基带调制信号，fm为第m个发射天线单元对应的发射信号频率，fm＝f0+(m-1)Δf，f0为雷达工作频率，Δf为频率步进量,m＝1,2，…M。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(1)中N个接收天线单元接收目标的回波信号，是由第m个天线单元发射第n个天线单元接收的目标信号，其形式表示如下：其中，ξs表示目标回波复系数，表示目标回波的参考时延，表示发射时间时延，表示接收回波时延，rs表示目标的距离参数，θs表示目标的角度参数，dT表示发射天线单元间距，dR表示接收天线单元间距，m＝1,2，…M，n＝1,2，…N。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(1)中N个接收天线单元接收干扰的回波信号，是由第m个天线单元发射第n个天线单元接收的第l个干扰信号，其形式表示如下：其中，ξg表示干扰回波复系数，rg表示第g个干扰机的距离参数，θg表示第g个干扰机的角度参数，g＝1,2,…,G，G为干扰机总数，l＝1,2,…,L，L为干扰机时延调制产生的干扰信号总数，表示干扰回波的参考时延，Δτg,l表示产生第l个干扰的时延调制的延迟时间；表示发射时间时延，表示接收回波时延，m＝1,2，…M，n＝1,2，…N。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(2)中目标信号s表示如下：其中，ξs表示目标回波复系数，表示Kronecker积，a(fs,T)为目标发射导向矢量，b(fs,R)为目标接收导向矢量，其表达形式为：a(fs,T)＝[1,exp{j2πfs,T},…,exp{j2π(M-1)fs,T}]T，b(fs,R)＝[1,exp{j2πfs,R},…,exp{j2π(M-1)fs,R}]T，其中，表示目标发射空间频率，表示目标接收空间频率，rs表示目标的距离参数，θs表示目标的角度参数，Δf表示频率步进量，dT表示发射天线单元间距，dR表示接收天线单元间距，c表示光速，λ0表示波长，j为虚数单位，T表示矩阵转置。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(2)中干扰信号g表示如下：其中，G为干扰机总数，L为干扰机时延调制产生的干扰信号总数，ξg表示干扰回波复系数，a(fg,l,T)为干扰等效发射导向矢量，b(fg,l,R)为干扰接收导向矢量，其表达形式为：a(fg,l,T)＝[1,exp{j2πfg,l,T},…,...

【专利技术属性】
技术研发人员：许京伟，康佳琳，廖桂生，曾操，张玉洪，杜佩鞠，赵鹏程，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61