一种抑制雷达多径干扰的方法

专利2023-06-08  120



1.本发明属于通信技术领域,进一步涉及雷达抗干扰技术,具体为一种抑制雷达多径干扰的方法。可用于在雷达进行目标检测时,提高检测性能。


背景技术:

2.密集假目标干扰是常见的欺骗式干扰信号之一,由于这样的干扰信号与雷达回波信号具有较强的相干性,对其经过匹配滤波处理后会产生比较高的脉冲压缩增益,即出现很多虚假峰。通常情况下,干扰信号的功率要大于雷达回波信号的功率,所以,多个虚假峰与真实目标混在一起,导致雷达的检测性能下降,雷达天线接收到目标回波后无法识别出真实目标与欺骗假目标。
3.副瓣匿影slb(sidelobe blanking)作为一种常见的抗干扰技术,因其简单且抗干扰效果良好而被广泛使用。副瓣匿影技术是抑制从天线副瓣进入的假目标等欺骗式干扰的有效方法,其实现是利用辅助天线,与主天线同时接收信号,再对雷达主天线和辅助天线所接收信号做相同的处理,对两路处理结果基于对应的距离单元进行比较,然后对比较结果进行匿影判决,以此对主天线信号是否通过做出决策,从而达到消除雷达干扰信号的目的。
4.副瓣匿影技术的性能与信号在传播中的多径效应有关系。电磁波在传播过程中,由于地面或建筑物的反射或者散射作用,导致传播出现多个路径,各个路径的电磁波到达雷达接收机的时间不同,因此产生多径效应。其中,直达干扰是从干扰源发出的干扰信号直接被雷达天线所接收的干扰,多径干扰则是直达干扰经反射或散射后再被雷达天线所接收的干扰。由于信号在传播过程中的传播介质的差异,干扰信号的损耗也会不同,导致雷达天线接收到的信号幅度不同。因此,多径效应使得直达干扰与多径干扰在脉冲距离单元位置以及强度上有所不同,即多径干扰相对直达干扰有一个时延。由于辅助天线通常为低增益的全向天线且多径干扰强度相比直达干扰弱很多,所以辅助天线接收到的大部分为直达干扰。但是,雷达主天线的主瓣增益远大于辅助天线的增益,因此当很弱的多径干扰从主天线主瓣方向进入也会变得很强,与直达干扰相比不容忽视。需要说明的是,在雷达扫描过程中,多径干扰并不是一直存在,其只存在于某些特定方向上,且因为主天线主瓣波束宽度很窄,所以接收到的多径干扰多为一条或两条。
5.通过副瓣匿影技术的门限检测可以阻止强的直达干扰信号进入雷达接收机,达到抑制干扰的效果,但由于多径效应的存在,当微弱的多径干扰从主天线主瓣进入时,主天线通道接收的信号强度大,而辅助天线通道接收的信号强度小,此时多径干扰信号通过,和真实目标混在一起,导致雷达的检测性能下降。


技术实现要素:

6.本发明目的在于针对上述现有技术的不足,利用多径干扰在主天线与辅助天线中的特点,提出一种抑制雷达多径干扰的方法,用于解决常规副瓣匿影技术无法有效消除从主天线主瓣进入的多径干扰这一技术问题。首先通过对主辅天线中的干扰信号求互相关函
数的方法估计多径干扰相对直达干扰的延迟,然后利用所估计延迟节对辅助天线的直达干扰信号进行延迟,得到另一个虚拟的辅助天线接收的干扰信号;最后分别对同一距离单元处的主天线与辅助天线接收信号以及主天线与虚拟辅助天线接收信号进行比较,将两路比较结果联合进行匿影检测,以此判定主通道该距离单元处的信号是否通过,最终使干扰信号(包括直达干扰与多径干扰)不被允许通过,而目标信号则被允许通过,达到保留目标信号、抑制干扰信号的效果。本发明能够有效消除多径效应对常规副瓣匿影的影响,在抑制密集假目标干扰的同时也可以抑制从主天线主瓣进入的多径干扰,进而正确检测出目标。
7.为达到上述目的,本发明采用如下技术方案予以实现:
8.(1)分别对辅助天线和主天线接收到的目标回波信号进行脉冲压缩,相应得到第一信号向量z与第二信号向量y;
9.(2)对第一信号向量与第二信号向量分别进行平方律检波,得到检波后的第一数据向量z

与第二数据向量y


10.(3)对检波后的第一数据向量z

进行恒虚警检测,得到辅助天线接收信号所有过检测门限的距离单元以及该距离单元所对应的元素值,组成第一检测向量v1;
11.(4)结合所有过检测门限的距离单元,根据第一信号向量z与第二信号向量y之间的互相关函数,确定多径干扰相对于直达干扰的距离单元的延迟个数;
12.(5)对第一检测向量v1延迟所述距离单元的延迟个数得到第三检测向量v2,将其作为虚拟辅助天线的接收信号向量;
13.(6)对检波后的第二数据向量y

进行恒虚警检测,得到主天线接收信号所有过检测门限的距离单元以及该距离单元所对应的元素值,组成第二检测向量u;
14.(7)根据第一检测向量v1、第三检测向量v2和第二检测向量u设置匿影逻辑,将主天线接收信号所有过检测门限的距离单元以及该距离单元所对应的幅值,分别与第一检测向量v1和第三检测向量v2的同一距离单元处的幅值进行比较,若某一距离单元处对应的主天线接收信号的幅值同时大于第一检测向量v1与第三检测向量v2对应该距离单元的幅值,则将该距离单元处的主通道信号予以通过匿影门限,否则将该距离单元处的信号抑制,从而确定最终的主通道输出信号。
15.本发明与现有技术相比具有以下优点:
16.第一、由于本发明在设置匿影逻辑时同时考虑了辅助天线接收信号与增设的虚拟辅助天线接收信号,使得副瓣匿影技术对干扰信号(包括直达干扰与多径干扰)的匿影效果更好,从而有效消除多径效应对副瓣匿影的影响,提升副瓣匿影技术的性能,确保可以更好地检测出目标信号。
17.第二、本发明采用计算辅助天线接收信号与主天线接收信号之间的互相关函数的方式自适应地估计多径干扰相对直达干扰的距离单元的延迟个数,使得多径干扰相对于直达干扰的延迟节个数预先明确,从而在后续设置虚拟辅助天线接收信号时,只需要将辅助天线接收信号延迟已知的延迟节个数即可。
18.第三、针对密集假目标干扰的特点,本发明在计算主天线接收信号与辅助天线接收信号之间的互相关函数时,将辅助天线接收信号过恒虚警检测门限的所有距离单元所对应的元素值作为辅助通道干扰样本,这避免了重新选取干扰样本,从主天线接收信号中获取干扰样本时,所选取的干扰值所处距离单元与从辅助天线接收信号中选取的干扰值的所
处距离单元是一致的,使得处理流程更加简便,从而降低成本。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明技术方案的实现流程框图;
21.图2是直达干扰和多径干扰的模型示意图;
22.图3是本发明实施例提供的几何模型示意图;
23.图4是根据实测数据选取部分距离单元,主天线接收到的多径干扰和辅助天线接收到的直达干扰示意图;其中,对辅助天线接收数据进行除以5的处理,便于显示;
24.图5是对主天线接收数据进行恒虚警检测之后的结果图;
25.图6是对辅助天线接收数据进行恒虚警检测之后的结果图;
26.图7是根据实测数据,使用常规副瓣匿影方法得到的匿影结果图;
27.图8是根据实测数据,使用本发明方法得到的匿影结果图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述;显然,所描述的实施例仅仅是本发明的部分优选实施例,基于该实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
29.参照图1,本发明具体实施步骤如下:
30.步骤1,分别对辅助天线和主天线接收到的目标回波信号进行脉冲压缩,相应得到第一信号向量z与第二信号向量y;
31.步骤2,对第一信号向量与第二信号向量分别进行平方律检波,得到检波后的第一数据向量z

与第二数据向量y


32.步骤3,对检波后的第一数据向量z

进行恒虚警检测,得到辅助天线接收信号所有过检测门限的距离单元以及该距离单元所对应的元素值,组成第一检测向量v1,实现如下:
33.(3a)将辅助天线接收的目标回波信号进行脉冲压缩后得到的第一信号向量z=[z1,z2,...,zm];将主天线接收的目标回波信号进行脉冲压缩后所得到的第二信号向量y=[y1,y2,...,ym],其中z和y均为1
×
m的矩阵,m表示距离单元总个数;z1,z2,...,zm为第一信号向量的元素值,y1,y2,...,ym为第二信号向量的元素值。
[0034]
(3b)对第一信号向量z和第二信号向量y进行检波,分别得到第一数据向量z

和第二数据信号向量y


[0035]z′
=[z1′
,z2′
,...,zm′
],
[0036]y′
=[y1′
,y2′
,...,ym′
];
[0037]
其中,z1′
,z2′
,...,zm′
为第一数据向量z

的元素值,y1′
,y2′
,...,ym′
为第二数据信号向量y

的元素值;
[0038]
(3c)对第一数据向量z

进行恒虚警检测处理,得到第一数据向量所有过门限元素对应的距离单元,将第i个过门限元素对应的距离单元numi相应元素值记为其中,i=1,2,...i,表示第一数据向量过门限元素的序号,i表示第一数据向量过门限元素的总数,且i≤m,i为非负整数;
[0039]
(3d)将全部过检测门限的元素值组成第一检测向量v1=[v1,v2,...,v
p
,...,vm],其构建规则如下:所有过检测门限的信号保留,未过检测门限的信号置为0,即第一检测向量v1的元素值v
p
表示如下:
[0040][0041]
其中,p=1,2,...,m表示第一检测向量v1中元素的序号。
[0042]
步骤4,结合所有过检测门限的距离单元,根据第一信号向量z与第二信号向量y之间的互相关函数,确定多径干扰相对于直达干扰的距离单元的延迟个数;根据如下步骤确定:
[0043]
(4a)将所有通过恒虚警检测门限的距离单元在第一信号向量z和第二信号向量y所对应的值全部取出,分别组成第一干扰向量x和第二干扰向量d:
[0044][0045][0046]
其中,x和d均为1
×
i的矩阵,i表示过检测门限的元素的总数;和分别表示距离单元numi在第一信号向量z和第二信号向量y所对应的值;
[0047]
(4b)根据第一干扰向量x与第二干扰向量d估计多径干扰相对于直达干扰的距离单元的延迟个数:
[0048]
(4b1)设主天线干扰点的延迟距离单元最大个数为k,当前主天线干扰点的延迟距离单元个数为m,并初始化m=0;
[0049]
(4b2)将所有过门限的距离单元在第二信号向量y所对应的元素值全部取出,组成第三干扰向量dm:
[0050][0051]
其中,表示距离单元numi+m在第二信号向量y所对应的元素值;
[0052]
(4b3)对第三干扰向量dm和第一干扰向量x求互相关函数r(m):
[0053][0054]
其中,[
·
]h表示共轭转置操作;
[0055]
(4b4)判断m=k是否成立,若是,继续执行步骤(4b5);反之,令m=m+1,返回执行步骤(4b2);
[0056]
(4b5)得到辅助天线的干扰向量与主天线干扰向量的互相关函数r(m),其中m=0~k,确定互相关函数模值最大点对应的m值作为多径干扰相对于直达干扰的距离单元的延迟个数τ:
[0057][0058]
其中,|
·
|表示取模值,max表示取最大值。
[0059]
步骤5,对第一检测向量v1延迟所述距离单元的延迟个数得到第三检测向量v2,将其作为虚拟辅助天线的接收信号向量;
[0060]
步骤6,对检波后的第二数据向量y

进行恒虚警检测,得到主天线接收信号所有过检测门限的距离单元以及该距离单元所对应的元素值,组成第二检测向量u;
[0061]
步骤7,根据第一检测向量v1、第三检测向量v2和第二检测向量u设置匿影逻辑,将主天线接收信号所有过检测门限的距离单元以及该距离单元所对应的幅值,分别与第一检测向量v1和第三检测向量v2的同一距离单元处的幅值进行比较,若某一距离单元处对应的主天线接收信号的幅值同时大于第一检测向量v1与第三检测向量v2对应该距离单元的幅值,则将该距离单元处的主通道信号予以通过匿影门限,否则将该距离单元处的信号抑制,从而确定最终的主通道输出信号。
[0062]
具体实现步骤包括:
[0063]
(7a)将第一检测向量v1延迟τ个距离单元得到的第三检测向量v2,v2=[v
1-τ
,v
2-τ
,...,v
m-τ
],并将v2作为虚拟辅助天线接收信号的检测向量;此处,虚拟辅助天线实际上并不真正存在,只是将对辅助天线接收信号所得到的v1,延迟τ个距离单元后得到的信号认为是虚拟辅助天线接收到的信号。
[0064]
(7b)对第二数据向量y

进行恒虚警检测,得到第二数据向量所有过门限元素对应的距离单元,且将y

中第j个过门限元素对应的距离单元numj相应元素记为其中,j=1,2,...,j表示第二数据向量过门限元素的序号,j表示第二数据向量过门限元素的总数,且j≤m,j为非负整数;
[0065]
(7c)将全部过检测门限的元素值组成第二检测向量u=[u1,u2,...,uq,...,um],其构建规则为:所有过检测门限的信号保留,未过检测门限的信号置为0,第二检测向量u中的元素值uq表示如下:
[0066][0067]
其中,q=1,2,...,m表示第二检测向量u中元素的序号;
[0068]
(7d)根据所有过门限元素对应的距离单元,确定距离单元numj在第一检测向量v1和第三检测向量v2中对应的元素和
[0069]
(7e)设置匿影门限f,根据该门限确定是否对第二信号向量y在距离单元numj对应的元素进行保留,具体根据如下方式实现:判断与是否同时成立,若是,则对第二信号向量y在距离单元numj对应的元素进行保留,反之,则将第二信号向量y在距离单元numj对应的元素进行抑制,最终得到主通道输出信号。
[0070]
下面结合仿真实验对本发明的效果作进一步的说明。
[0071]
一、仿真条件
[0072]
参考图3,所述雷达具有主天线和辅助天线,干扰样式为密集假目标干扰。
[0073]
二、仿真内容
[0074]
分别采用本发明提供的方法和现有的方法对密集假目标干扰信号进行匿影。干扰信号从主天线旁瓣和辅助天线进入,辅助天线接收到的大部分为直达干扰,主天线接收到的是较强的多径干扰,如图4所示,其横轴坐标表示距离单元,其纵轴坐标表示信号幅度。
[0075]
对主天线接收数据进行恒虚警检测处理的幅度图如图5所示,其横轴坐标表示距离单元,其纵轴坐标表示信号幅度,单位为db。由图5可知,主天线接收信号过检测门限的元素有7个,其所对应的距离单元分别为4366、5195、8184、10765、11594、13252、14794,由于多径干扰的存在,出现许多虚假峰,真实目标与假目标干扰混合在一起,此时无法正确识别出真实目标所在的距离单元。
[0076]
对辅助天线接收数据进行恒虚警检测处理的幅度图如图6所示,其横轴坐标表示距离单元,其纵轴坐标表示信号幅度,单位为db。由图6可知,辅助天线接收信号过检测门限的元素有68个,这些主要是辅助天线所接收的直达假目标干扰。
[0077]
使用常规副瓣匿影方法得到的匿影结果如图7所示,其横轴坐标表示距离单元,其纵轴坐标表示信号幅度,单位为db。此时过匿影门限的元素有7个,其所对应的距离单元分别为4366、5195、8184、10765、11594、13252、14794,与图5结果一致。可见,常规方法无法抑制多径干扰,真实的目标仍然与假目标混在一起,雷达无法检测出真实目标。
[0078]
使用本发明方法得到的匿影结果如图8所示,其横轴坐标表示距离单元,其纵轴坐标表示过匿影门限的元素。此时过匿影门限的元素只有一个,其所对应的距离单元为8184,与图7相比,其余过检测门限的元素全部被抑制,即多径干扰被抑制掉。可见,通过增加虚拟辅助天线,从主天线进入的多径干扰可以被抑制掉,真实目标则被保留,雷达可以检测出真实目标所在的距离单元。
[0079]
因此,在相同条件下,使用本发明方法对密集假目标干扰信号的匿影效果比常规处理方法更好,本发明方法的优越性得到验证。本发明能够有效消除由密集假目标干扰衍生的多径干扰,提高雷达的干扰抑制能力,进一步提高雷达检测目标的性能。
[0080]
上述仿真分析证明了本发明所提方法的正确性与有效性。
[0081]
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
[0082]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,显然对于本领域的专业人员来说,在了解了本发明内容和原理后,都可能在不背离本发明原理、结构的情况下,进行形式和细节上的各种修正和改变,但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征:
1.一种抑制雷达多径干扰的方法,所述雷达具有辅助天线和主天线,其特征在于,包括如下步骤:(1)分别对辅助天线和主天线接收到的目标回波信号进行脉冲压缩,相应得到第一信号向量z与第二信号向量y;(2)对第一信号向量与第二信号向量分别进行平方律检波,得到检波后的第一数据向量z

与第二数据向量y

;(3)对检波后的第一数据向量z

进行恒虚警检测,得到辅助天线接收信号所有过检测门限的距离单元以及该距离单元所对应的元素值,组成第一检测向量v1;(4)结合所有过检测门限的距离单元,根据第一信号向量z与第二信号向量y之间的互相关函数,确定多径干扰相对于直达干扰的距离单元的延迟个数;(5)对第一检测向量v1延迟所述距离单元的延迟个数得到第三检测向量v2,将其作为虚拟辅助天线的接收信号向量;(6)对检波后的第二数据向量y

进行恒虚警检测,得到主天线接收信号所有过检测门限的距离单元以及该距离单元所对应的元素值,组成第二检测向量u;(7)根据第一检测向量v1、第三检测向量v2和第二检测向量u设置匿影逻辑,将主天线接收信号所有过检测门限的距离单元以及该距离单元所对应的幅值,分别与第一检测向量v1和第三检测向量v2的同一距离单元处的幅值进行比较,若某一距离单元处对应的主天线接收信号的幅值同时大于第一检测向量v1与第三检测向量v2对应该距离单元的幅值,则将该距离单元处的主通道信号予以通过匿影门限,否则将该距离单元处的信号抑制,从而确定最终的主通道输出信号。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(3)中第一检测向量,根据如下步骤得到:(3a)将辅助天线接收的目标回波信号进行脉冲压缩后得到的第一信号向量z=[z1,z2,...,z
m
];将主天线接收的目标回波信号进行脉冲压缩后所得到的第二信号向量y=[y1,y2,...,y
m
],其中z和y均为1
×
m的矩阵,m表示距离单元总个数;(3b)对第一信号向量z和第二信号向量y进行检波,分别得到第一数据向量z

和第二数据信号向量y

:z

=[z1′
,z2′
,...,z
m

],y

=[y1′
,y2′
,...,y
m

];(3c)对第一数据向量z

进行恒虚警检测处理,得到第一数据向量所有过门限元素对应的距离单元,将第i个过门限元素对应的距离单元num
i
相应元素值记为其中,i=1,2,...i,表示第一数据向量过门限元素的序号,i表示第一数据向量过门限元素的总数,且i≤m,i为非负整数;(3d)将全部过检测门限的元素值组成第一检测向量v1,v1=[v1,v2,...,v
p
,...,v
m
]。3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:步骤(3d)中所述第一检测向量v1,其构建规则为:所有过检测门限的信号保留,未过检测门限的信号置为0,即第一检测向量v1的元素值v
p
表示如下:
其中,p=1,2,...,m表示第一检测向量v1中元素的序号。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(4)中多径干扰相对于直达干扰的距离单元的延迟个数,根据如下步骤确定:(4a)将所有通过恒虚警检测门限的距离单元在第一信号向量z和第二信号向量y所对应的值全部取出,分别组成第一干扰向量x和第二干扰向量d:应的值全部取出,分别组成第一干扰向量x和第二干扰向量d:其中,x和d均为1
×
i的矩阵,i表示过检测门限的元素的总数;和分别表示距离单元num
i
在第一信号向量z和第二信号向量y所对应的值;(4b)根据第一干扰向量x与第二干扰向量d估计多径干扰相对于直达干扰的距离单元的延迟个数:(4b1)设主天线干扰点的延迟距离单元最大个数为k,当前主天线干扰点的延迟距离单元个数为m,并初始化m=0;(4b2)将所有过门限的距离单元在第二信号向量y所对应的元素值全部取出,组成第三干扰向量d
m
:其中,表示距离单元num
i
+m在第二信号向量y所对应的元素值;(4b3)对第三干扰向量d
m
和第一干扰向量x求互相关函数r(m):其中,[
·
]
h
表示共轭转置操作;(4b4)判断m=k是否成立,若是,继续执行步骤(4b5);反之,令m=m+1,返回执行步骤(4b2);(4b5)得到辅助天线的干扰向量与主天线干扰向量的互相关函数r(m),其中m=0~k,确定互相关函数模值最大点对应的m值作为多径干扰相对于直达干扰的距离单元的延迟个数τ:其中,|
·
|表示取模值,max表示取最大值。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(7)的具体实现步骤包括:(7a)将第一检测向量v1延迟τ个距离单元得到的第三检测向量v2,v2=[v
1-τ
,v
2-τ
,...,v
m-τ
],并将v2作为虚拟辅助天线接收信号的检测向量;(7b)对第二数据向量y

进行恒虚警检测,得到第二数据向量所有过门限元素对应的距离单元,且将y

中第j个过门限元素对应的距离单元num
j
相应元素记为其中,j=1,
2,...j,表示第二数据向量过门限元素的序号,j表示第二数据向量过门限元素的总数,且j≤m,j为非负整数;(7c)将全部过检测门限的元素值组成第二检测向量u,u=[u1,u2,...,u
q
,...,u
m
];(7d)根据所有过门限元素对应的距离单元,确定距离单元num
j
在第一检测向量v1和第三检测向量v2中对应的元素和(7e)设置匿影门限f,根据该门限确定是否对第二信号向量y在距离单元num
j
对应的元素进行保留,得到主通道的输出信号。6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:步骤(7c)所述第二检测向量u,其构建规则为:所有过检测门限的信号保留,未过检测门限的信号置为0,第二检测向量u中的元素值u
q
表示如下:其中,q=1,2,...,m表示第二检测向量u中元素的序号。7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:步骤(7e)中确定是否对距离单元num
j
在第二信号向量y相应的元素进行保留,根据如下方式实现:判断与是否同时成立,若是,则对第二信号向量y在距离单元num
j
对应的元素进行保留,反之,则将第二信号向量y在距离单元num
j
对应的元素进行抑制,最终得到主通道输出信号。

技术总结
本发明公开了一种抑制雷达多径干扰的方法,主要解决现有常规副瓣匿影技术无法有效消除从主天线主瓣进入的多径干扰的问题。包括:1)分别对雷达主辅天线接收到的目标回波信号做脉冲压缩,然后进行平方律检波;2)对数据向量进行恒虚警检测;3)确定多径干扰相对于直达干扰的距离单元延迟,利用其对辅助天线的直达干扰信号进行延迟,得到虚拟辅助天线接收的干扰信号;4)分别对同一距离单元处的主辅助天线及主虚拟辅助天线接收信号进行比较,将结果联合进行匿影检测,得到主通道输出信号。本发明能够消除多径效应对常规副瓣匿影的影响,在抑制密集假目标干扰的同时对从主天线主瓣进入的多径干扰信号进行有效抑制。的多径干扰信号进行有效抑制。的多径干扰信号进行有效抑制。


技术研发人员:赵永波 马文丹 牛奔
受保护的技术使用者:西安电子科技大学
技术研发日:2022.06.24
技术公布日:2022/11/1
转载请注明原文地址: https://tieba.8miu.com/read-3139.html

最新回复(0)