本發(fā)明涉及雷達(dá)
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種抑制主瓣欺騙式干擾的方法，可用于頻率分集MIMO雷達(dá)系統(tǒng)，對從MIMO雷達(dá)天線主瓣進(jìn)入的欺騙式干擾信號進(jìn)行有效的抑制，提高頻率分集MIMO雷達(dá)在主瓣欺騙式干擾下的目標(biāo)檢測性能。
背景技術(shù)：
：主瓣欺騙式干擾是一種常見的雷達(dá)干擾樣式，欺騙的目的是通過調(diào)制或轉(zhuǎn)發(fā)接收到的雷達(dá)發(fā)射信號對雷達(dá)接收的回波幅度和相位等信息進(jìn)行誤導(dǎo)。目前電子欺騙技術(shù)致力于在方位和距離兩維信息上對受害雷達(dá)進(jìn)行欺騙，或是在真實(shí)目標(biāo)回波周圍制造很多假目標(biāo)，以至于真實(shí)目標(biāo)不能被檢測出來。主瓣欺騙式干擾會占用大量的系統(tǒng)資源，嚴(yán)重影響雷達(dá)系統(tǒng)的檢測性能。針對主瓣欺騙式干擾，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)級單站抗干擾方法主要集中于頻率捷變和數(shù)字射頻存儲器量化。頻率捷變方法會導(dǎo)致信干比降低、副瓣抬高；數(shù)字射頻存儲器量化誤差技術(shù)受量化水平限制，當(dāng)量化水平較高時(shí)，技術(shù)的性能損失較大。因此，數(shù)據(jù)級單站抗干擾方法不能完全發(fā)揮其抗干擾能力，無法充分利用雷達(dá)優(yōu)勢。而普通MIMO雷達(dá)雖然能克服數(shù)據(jù)級單站抗干擾方法的缺點(diǎn)，但也只能在角度或距離一維上對主瓣欺騙式干擾進(jìn)行抑制。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有方法在抑制主瓣欺騙式干擾上的不足，提出一種基于頻率分集MIMO雷達(dá)的主瓣欺騙式干擾抑制方法，以有效的抑制主瓣欺騙式干擾，提高目標(biāo)檢測的準(zhǔn)確率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟：(1)產(chǎn)生MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列的發(fā)射信號X(t)，得到MIMO雷達(dá)接收陣列的回波數(shù)據(jù)Y(t)，該回波數(shù)據(jù)包括目標(biāo)信號xr(t)、干擾信號xj(t)和噪聲信號n(t)；(2)對步驟(1)中MIMO雷達(dá)接收陣列的回波數(shù)據(jù)Y(t)進(jìn)行匹配濾波，得到L×NM維的濾波數(shù)據(jù)r：r＝[r1,…,rl,…,rL],l＝1,…,L，其中，L為待檢測的距離單元個(gè)數(shù)，rl為第l個(gè)距離單元的濾波數(shù)據(jù)；(3)在MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列不發(fā)射信號的情況下，根據(jù)MIMO雷達(dá)接收陣列的接收信號rn(t)，計(jì)算噪聲協(xié)方差矩陣M：M=1LΣt=1Lrn(t)rnH(t);]]>(4)對第l個(gè)距離單元的濾波數(shù)據(jù)rl進(jìn)行白化和旋轉(zhuǎn)，得到白化旋轉(zhuǎn)矢量z：z＝UM(-1/2)rl，其中，M(-1/2)為白化矩陣，U為旋轉(zhuǎn)矩陣；(5)使用白化矩陣M(-1/2)和旋轉(zhuǎn)矩陣U，對目標(biāo)信號導(dǎo)向矢量at(θ,r)和干擾信號導(dǎo)向矢量aj(θ,r)進(jìn)行白化旋轉(zhuǎn)，構(gòu)造信號子空間c和干擾子空間Γ，其中，θ、r分別代表目前正在檢測的距離單元相對于MIMO雷達(dá)接收陣列的角度和距離；(6)根據(jù)目標(biāo)信號導(dǎo)向矢量at(θ,r)和干擾信號導(dǎo)向矢量aj(θ,r)構(gòu)造二元假設(shè)：H0:rl=βjaj(θ,r)+n(t)H1:rl=βat(θ,r)+n(t),]]>其中，H0代表濾波數(shù)據(jù)rl中有干擾和噪聲信息，沒有目標(biāo)信息，H1代表濾波數(shù)據(jù)中rl有目標(biāo)和噪聲信息，沒有干擾信息，β，βj分別為目標(biāo)和干擾的能量值；(7)根據(jù)步驟(5)中的信號子空間c、干擾子空間Γ和步驟(6)中的二元假設(shè)，構(gòu)造廣義似然比函數(shù)Q：Q=11+γmin2(||z1||-γmin|zNM|)2u(-zHRz)+|zNM|2-zHz,]]>其中，|·|代表取模值，||·||代表取矢量的二范數(shù)，(·)H指矢量的共軛轉(zhuǎn)置，M為MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列的陣元個(gè)數(shù)，N為MIMO雷達(dá)接收陣列的陣元個(gè)數(shù)，zNM＝zeN，eN＝[0…01]T為N維列矢量，(·)T指矢量轉(zhuǎn)置，IN-1為N-1維單位矩陣，u(·)為單位階躍函數(shù)，R為N×N維的對角陣，對角元素為1,1,…,1,1-γmin，γmin為最小不確定性因子，是方程的解，pw＝βjUM-(1/2)aj(θ,r)；(8)設(shè)定檢測門限G：8a)在MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列不發(fā)射信號的情況下，根據(jù)MIMO雷達(dá)接收陣列的接收噪聲信號rk(t)，計(jì)算噪聲白化旋轉(zhuǎn)矢量zk＝UM(-1/2)(rkT(t)XH(t))el；8b)計(jì)算噪聲廣義似然比函數(shù)值：8c)重復(fù)步驟8a)和8b)共100/Pfa次，將得到的100/Pfa個(gè)Qk按從大到小排序，設(shè)定檢測門限G為第100個(gè)Qk的值，其中，el＝[0…1…0]T為N維列矢量，第l個(gè)元素為1，其余全為0，zNMk＝zkeN，Pfa為給定的恒虛警檢測概率；(9)將步驟(4)中的白化旋轉(zhuǎn)矢量z、步驟(7)中的N×N維的對角陣R和最小不確定性因子γmin帶入到步驟(7)中的廣義似然比函數(shù)Q中，求出函數(shù)值Q，將函數(shù)值Q與檢測門限G進(jìn)行比較，得到檢測結(jié)果：若Q＞G，則判定假設(shè)H1成立，目前正在檢測的距離單元只有目標(biāo)和噪聲信息，沒有干擾信息，即干擾被抑制，檢測出目標(biāo)；若Q＜G，則判定假設(shè)H0成立，目前正在檢測的距離單元只有干擾和噪聲信息，沒有目標(biāo)信息。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，本發(fā)明利用頻率分集雷達(dá)提供的角度-距離兩維自由度對干擾信號進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)與干擾間的區(qū)分，特別是主瓣欺騙式干擾與目標(biāo)的分離，能夠不依賴于欺騙式干擾的信號調(diào)制方式，對不同欺騙式干擾方式產(chǎn)生的假目標(biāo)進(jìn)行有效抑制。第二，本發(fā)明將目標(biāo)檢測與干擾抑制融合，將傳統(tǒng)兩步的濾波-檢測過程合為一步，從而減少處理復(fù)雜度。附圖說明圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖2(a)是在設(shè)定的目標(biāo)和干擾參數(shù)下，信噪比變化范圍為-5dB～20dB時(shí)，使用普通MIMO雷達(dá)的干擾抑制方法的目標(biāo)檢測概率隨信噪比變化曲線；圖2(b)是在設(shè)定的目標(biāo)和干擾參數(shù)下，信噪比變化范圍為-5dB～20dB時(shí)，用本發(fā)明方法的目標(biāo)檢測概率隨信噪比變化曲線；圖3(a)為在設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)下，當(dāng)信噪比為15dB，干擾角度變化范圍為-10度～30度、距離變化范圍為40Km～60Km時(shí)，使用普通MIMO雷達(dá)干擾抑制方法的目標(biāo)檢測概率隨角度、距離變化曲面的俯視圖；圖3(b)為在設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)下，當(dāng)信噪比為15dB，干擾角度變化范圍為-10度～30度、距離變化范圍為40Km～60Km時(shí)，使用本發(fā)明干擾抑制方法的目標(biāo)檢測概率隨角度、距離變化曲面的俯視圖。具體實(shí)施方式參照圖1，本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：步驟1：產(chǎn)生MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列的發(fā)射信號，得到MIMO雷達(dá)接收陣列的回波數(shù)據(jù)。1a)產(chǎn)生MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列的發(fā)射信號X(t)：X(t)＝[x1(t)x2(t)…xm(t)…xM(t)]，t＝1,…,T，其中，T為采樣點(diǎn)數(shù)，為MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列第m個(gè)陣元的發(fā)射信號，m＝1,…,M，M為MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列的陣元個(gè)數(shù)，sm(t)和fm＝f0+(m-1)Δf分別為MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列第m個(gè)陣元發(fā)射信號的幅度和頻率，f0為MIMO雷達(dá)工作頻率，Δf為MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列相鄰兩個(gè)陣元發(fā)射信號的頻率差；1b)根據(jù)MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列發(fā)射的信號X(t)得到MIMO雷達(dá)接收陣列的回波數(shù)據(jù)Y(t)：Y(t)＝xr(t)+xj(t)+n(t)，其中，為目標(biāo)回波信號，τm＝f0dTsinθ-Δf·2r為目標(biāo)傳播過程中的時(shí)延，dT為MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列的陣元間隔，θ、r分別代表目前正在檢測的距離單元相對MIMO雷達(dá)接收陣列的角度和距離；為目干擾回波信號，τj＝f0dTsinθ-Δf·2(r-Δr)為干擾傳播過程中的時(shí)延，Δr為目標(biāo)和干擾之間的距離；n(t)為隨機(jī)產(chǎn)生的高斯白噪聲序列。步驟2：對步驟(1)中MIMO雷達(dá)接收陣列的回波數(shù)據(jù)Y(t)進(jìn)行匹配濾波，得到濾波數(shù)據(jù)r：r＝Y(jié)T(t)XH(t)＝[r1,…,rl,…,rL]，t＝1,…,T,l＝1,…,L，其中，(·)T為求矢量的轉(zhuǎn)置，(·)H為求矢量的共軛轉(zhuǎn)置，rl為第l個(gè)距離單元的濾波數(shù)據(jù)，L為待檢測的距離單元個(gè)數(shù)；步驟3：在MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列不發(fā)射信號的情況下，根據(jù)MIMO雷達(dá)接收陣列的接收信號rn(t)，計(jì)算噪聲協(xié)方差矩陣M：M=1TΣt=1Trn(t)rnH(t);]]>步驟4：構(gòu)造白化矩陣M(-1/2)和旋轉(zhuǎn)矩陣U，對第l個(gè)距離單元的濾波數(shù)據(jù)rl進(jìn)行白化和旋轉(zhuǎn)，得到白化旋轉(zhuǎn)矢量z。4a)計(jì)算噪聲協(xié)方差矩陣M的(-1/2)次冪，得到白化矩陣M(-1/2)；4b)構(gòu)造旋轉(zhuǎn)矩陣U：4b1)根據(jù)MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列導(dǎo)向矢量atr(θ,r)和MIMO雷達(dá)接收陣列導(dǎo)向矢量btr(θ)，構(gòu)造旋轉(zhuǎn)矢量e：e=atr(θ,r)⊗btr(θ),]]>其中，代表kronecker積；dR為MIMO雷達(dá)接收陣列的陣元間隔；4b2)根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量e，構(gòu)造旋轉(zhuǎn)矩陣U：U＝I-2eeT，其中，I為N×N維的單位矩陣，N為MIMO雷達(dá)接收陣列的陣元個(gè)數(shù)；4c)根據(jù)白化矩陣M(-1/2)和旋轉(zhuǎn)矩陣U，對第l個(gè)距離單元的濾波數(shù)據(jù)rl進(jìn)行白化和旋轉(zhuǎn)，得到白化旋轉(zhuǎn)矢量z：z＝UM(-1/2)rl；步驟5：構(gòu)造信號子空間c和干擾子空間Γ。5a)構(gòu)造信號子空間c：5a1)使用白化矩陣M(-1/2)和旋轉(zhuǎn)矩陣U，對目標(biāo)信號導(dǎo)向矢量at(θ,r)進(jìn)行白化旋轉(zhuǎn)，得到白化旋轉(zhuǎn)后的目標(biāo)導(dǎo)向矢量qw：qw＝UM-(1/2)at(θ,r)＝βeNM，其中，β為目標(biāo)信號幅度，eNM＝[0,0,…,1]T為N×M維列矢量；5a2)根據(jù)白化旋轉(zhuǎn)后的目標(biāo)導(dǎo)向矢量qw，構(gòu)造信號子空間c：其中，為N×M維列矢量空間；5b)構(gòu)造干擾子空間Γ：5b1)使用白化矩陣M(-1/2)和旋轉(zhuǎn)矩陣U，對干擾信號導(dǎo)向矢量aj(θ,r)進(jìn)行白化旋轉(zhuǎn)，得到白化旋轉(zhuǎn)后的干擾導(dǎo)向矢量pw：pw＝βjUM-(1/2)aj(θ,r)，其中，βj為干擾信號幅度，5b2)構(gòu)造N×N維的對角陣R：其中，γmin為最小不確定性因子；5b3)根據(jù)白化旋轉(zhuǎn)后的干擾導(dǎo)向矢量pw和N×N維的對角陣R，解下述方程式，得到最小不確定性因子γmin：pwHRpw=0;]]>5b4)根據(jù)白化旋轉(zhuǎn)后的干擾導(dǎo)向矢量pw和N×N維的對角陣R，構(gòu)造干擾子空間Γ：步驟6：根據(jù)目標(biāo)信號導(dǎo)向矢量at(θ,r)和干擾信號導(dǎo)向矢量aj(θ,r)構(gòu)造二元假設(shè)：H0:rl=βjaj(θ,r)+n(t)H1:rl=βat(θ,r)+n(t),]]>其中，H0代表濾波數(shù)據(jù)rl中有干擾和噪聲信息，沒有目標(biāo)信息，H1代表濾波數(shù)據(jù)中rl有目標(biāo)和噪聲信息，沒有干擾信息。步驟7：根據(jù)步驟(5)中的信號子空間c、干擾子空間Γ和步驟(6)中的二元假設(shè)，構(gòu)造廣義似然比函數(shù)Q。7a)根據(jù)目標(biāo)噪聲假設(shè)H1和濾波數(shù)據(jù)rl，計(jì)算在假設(shè)H1下濾波數(shù)據(jù)rl的條件概率密度函數(shù)：f(rl|βat(θ,r),M,H1)=1πNMdet(M)exp[-(rl-βat(θ,r))HM-1(rl-βat(θ,r))]]]>其中，det(·)為求矢量的行列式，(·)-1代表求方陣矩陣的逆；7b)根據(jù)干擾噪聲假設(shè)H0和濾波數(shù)據(jù)rl，計(jì)算在假設(shè)H0下濾波數(shù)據(jù)rl的條件概率密度函數(shù)：f(rl|βjaj(θ,r),M,H0)=1πNMdet(M)exp[-(rl-βjaj(θ,r))HM-1(rl-βjaj(θ,r))];]]>7c)將目標(biāo)噪聲假設(shè)H1下濾波數(shù)據(jù)rl的條件概率密度函數(shù)f(rl|βat(θ,r),M,H1)和干擾噪聲假設(shè)H0下濾波數(shù)據(jù)rl的條件概率密度函數(shù)f(rl|βjaj(θ,r),M,H0)帶入到廣義最大似然比檢驗(yàn)公式中，得到最終的廣義似然比函數(shù)Q：Q=11+γmin2(||z1||-γmin|zNM|)2u(-zHRz)+|zNM|2-zHz,]]>其中，maxxy指在x的條件下y取最大值，zNM＝zeN，eN＝[0…01]T為N維列矢量，IN-1為N-1維單位矩陣，u(·)為單位階躍函數(shù)。步驟8：設(shè)定檢測門限G：8a)在MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列不發(fā)射信號的情況下，根據(jù)MIMO雷達(dá)接收陣列的接收噪聲信號rk(t)，計(jì)算噪聲白化旋轉(zhuǎn)矢量zk＝UM(-1/2)(rkT(t)XH(t))el；8b)計(jì)算噪聲廣義似然比函數(shù)值：8c)重復(fù)步驟8a)和8b)共100/Pfa次，將得到的100/Pfa個(gè)Qk按從大到小排序，設(shè)定檢測門限G為第100個(gè)Qk的值，其中，el＝[0…1…0]T為N維列矢量，第l個(gè)元素為1，其余全為0，zNMk＝zkeN，Pfa為給定的恒虛警檢測概率。步驟9：計(jì)算廣義似然比函數(shù)值Q，將廣義似然比函數(shù)值Q與檢測門限G進(jìn)行比較，得到檢測結(jié)果。9a)將步驟(4)中的白化旋轉(zhuǎn)矢量z、步驟(5)中的N×N維的對角陣R和最小不確定性因子γmin帶入到步驟(7)中的廣義似然比函數(shù)Q中，求出函數(shù)值Q；9b)將函數(shù)值Q與檢測門限G進(jìn)行比較，得到檢測結(jié)果：若Q＞G，則判定假設(shè)H1成立，目前正在檢測的距離單元只有目標(biāo)和噪聲信息，沒有干擾信息，即干擾被抑制，檢測出目標(biāo)；若Q＜G，則判定假設(shè)H0成立，目前正在檢測的距離單元只有干擾和噪聲信息，沒有目標(biāo)信息。本發(fā)明對主瓣欺騙式干擾的抑制性能可通過以下仿真進(jìn)一步驗(yàn)證。(1)實(shí)驗(yàn)場景：以兩組MIMO雷達(dá)為例進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，第一組是普通MIMO雷達(dá)，第二組是本發(fā)明使用的頻率分集MIMO雷達(dá)，設(shè)兩組MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列和接收陣列的陣元個(gè)數(shù)均為3個(gè)，兩組MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列和接收陣列的陣元間距均為0.15m，雷達(dá)工作頻率為f0＝1GHz，普通MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列相鄰陣元間發(fā)射信號頻率間隔Δf＝0Hz，頻率分集MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列相鄰陣元間發(fā)射信號頻率間隔Δf＝3KHz。(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：實(shí)驗(yàn)一：本實(shí)驗(yàn)中有一個(gè)目標(biāo)和三個(gè)干擾，目標(biāo)和干擾的角度、距離參數(shù)分別如表1，設(shè)發(fā)射信號信噪比變化范圍為-5dB～20dB，虛警概率為Pfa＝10-4，最小不確定性因子為γmin＝0.5。表1目標(biāo)和干擾的角度、距離參數(shù)參數(shù)目標(biāo)干擾1干擾2干擾3角度(度)1010612距離(千米)50525042.5在上述條件下對普通MIMO雷達(dá)的干擾抑制方法和本發(fā)明提出的干擾抑制方法分別進(jìn)行1000次蒙特卡羅實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)得到目標(biāo)檢測概率隨信噪比的變化曲線，如圖2所示，其中圖2(a)為使用普通MIMO雷達(dá)的干擾抑制方法得到的目標(biāo)檢測概率隨信噪比的變化曲線，其中圖2(b)為使用本發(fā)明的干擾抑制方法得到的目標(biāo)檢測概率隨信噪比的變化曲線。從圖2(a)中可以看到，使用普通MIMO的干擾抑制方法，存在干擾1時(shí)的目標(biāo)檢測概率與沒有干擾時(shí)的目標(biāo)檢測概率是相同的，存在干擾3時(shí)的目標(biāo)檢測概率略低于沒有干擾時(shí)的目標(biāo)檢測概率，存在干擾2時(shí)的目標(biāo)檢測概率接近于0；從圖2(b)中可以看到，使用本發(fā)明的干擾抑制方法，存在干擾1時(shí)的目標(biāo)檢測概率低于沒有干擾時(shí)的目標(biāo)檢測概率的30％，存在干擾2時(shí)的目標(biāo)檢測概率遠(yuǎn)低于沒有干擾時(shí)的目標(biāo)檢測概率，存在干擾3時(shí)的目標(biāo)檢測概率基本為0。對比圖2(a)和圖2(b)，可得本發(fā)明的方法對以上三種干擾均有較好的抑制效果。實(shí)驗(yàn)二：本實(shí)驗(yàn)中有一個(gè)目標(biāo)和一個(gè)位置變化的干擾，干擾角度變化范圍是-10度～30度、距離的變化范圍是40Km～60Km，信噪比為15dB，虛警概率Pfa＝10-4，最小不確定性因子為γmin＝0.5，在該實(shí)驗(yàn)條件下對普通MIMO雷達(dá)的干擾抑制方法和本發(fā)明提出的干擾抑制方法分別進(jìn)行1000次蒙特卡羅實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)得到目標(biāo)檢測概率隨距離和角度變化曲面的俯視圖，如圖3所示，其中，圖3(a)為使用普通MIMO雷達(dá)的干擾抑制方法得到的目標(biāo)檢測概率隨距離和角度變化曲面的俯視圖，圖3(b)為使用本本發(fā)明的干擾抑制方法得到的目標(biāo)檢測概率隨距離和角度變化曲面的俯視圖。從圖3(a)中可以看到，使用普通MIMO雷達(dá)的干擾抑制方法時(shí)，檢測區(qū)域的形狀為矩形條帶，也就是說普通MIMO雷達(dá)干擾抑制方法只在距離維對干擾進(jìn)行抑制。從圖3(b)中可以看到，使用本發(fā)明的方法時(shí)，檢測區(qū)域形狀為橢圓，可以在距離、角度維兩維對干擾進(jìn)行抑制。對比圖3(a)和圖3(b)可見，本發(fā)明的方法可在距離和角度兩維上抑制主瓣欺騙式干擾，能更好的進(jìn)行目標(biāo)檢測。綜上所述，本發(fā)明所提供的一種基于頻率分集MIMO雷達(dá)的主瓣欺騙式抑制干擾方法，不僅能夠?qū)χ靼昶垓_式干擾進(jìn)行有效的抑制，而且在工程上也容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前第1頁1 2 3