雷達(dá)抗距離-速度聯(lián)合欺騙干擾的自適應(yīng)迭代濾波方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種雷達(dá)抗距離?速度聯(lián)合欺騙干擾的自適應(yīng)迭代濾波方法，分別對(duì)目標(biāo)和干擾的距離維和脈沖維進(jìn)行估計(jì)，然后通過迭代來提高算法的精度。在干擾相對(duì)于目標(biāo)延遲已知個(gè)脈沖的前提下，將自適應(yīng)濾波的思想運(yùn)用到對(duì)干擾和目標(biāo)的距離?多普勒平面的估計(jì)上，為了提高估計(jì)精度，同時(shí)引入了迭代步驟。本發(fā)明針對(duì)一種少有干擾形式：對(duì)抗距離?速度聯(lián)合，不需要對(duì)波形進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)施較為方便，并且在多目標(biāo)多干擾的場景下仍能對(duì)干擾有效壓制并能對(duì)目標(biāo)正確檢測。仿真結(jié)果表明，本發(fā)明采用的方法相對(duì)于傳統(tǒng)的匹配濾波和多普勒處理有明顯的性能優(yōu)越性。
【專利說明】
雷達(dá)抗距離-速度聯(lián)合欺騙干擾的自適應(yīng)迭代濾波方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)抗干擾技術(shù)，特別設(shè)及自適應(yīng)迭代濾波技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電子戰(zhàn)中，隨著數(shù)字射頻存儲(chǔ)器DRFM技術(shù)在干擾機(jī)中的應(yīng)用，使得電子反對(duì)抗 ECCM變得更加困難。裝備了數(shù)字射頻存儲(chǔ)器的干擾機(jī)在截獲了雷達(dá)發(fā)射信號(hào)后進(jìn)行，復(fù)制， 存儲(chǔ)，調(diào)制并轉(zhuǎn)發(fā)。由于干擾信號(hào)復(fù)制了發(fā)射信號(hào)的模型，所W可W在雷達(dá)接收機(jī)中獲得處 理增益，運(yùn)樣在雷達(dá)的顯示屏上將出現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)，在不具備電子反對(duì)抗能力的雷達(dá)系統(tǒng)中， 運(yùn)使得雷達(dá)無法辨別出真實(shí)目標(biāo)，對(duì)傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)的生存構(gòu)成了極大挑戰(zhàn)。干擾機(jī)對(duì)截獲 的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的調(diào)制可W改變時(shí)延，或者對(duì)多普勒頻率變換，W分別產(chǎn)生距離假目標(biāo)和 速度假目標(biāo)，或者同時(shí)對(duì)兩者進(jìn)行調(diào)制，運(yùn)樣產(chǎn)生的即是距離-速度聯(lián)合欺騙干擾。顯然，后 者對(duì)雷達(dá)的威脅更大。為了確保雷達(dá)對(duì)真實(shí)目標(biāo)的檢測，W及后續(xù)的跟蹤，提高雷達(dá)的抗距 離-速度聯(lián)合欺騙干擾能力具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
[0003] -種被廣泛研究的抗干擾方法是對(duì)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的波形進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如設(shè)計(jì)雷達(dá) 發(fā)射的脈沖是互相正交的，假設(shè)干擾機(jī)需要幾個(gè)脈沖重復(fù)周期來識(shí)別和捕獲發(fā)射信號(hào)，那 么反射回來后的干擾信號(hào)經(jīng)過當(dāng)前脈沖重復(fù)周期的匹配濾波器后會(huì)衰減，因?yàn)樵O(shè)計(jì)波形為 脈沖間相互正交。但是，在動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)和脈沖多普勒雷達(dá)的距離多普勒處理中，上述 方法會(huì)產(chǎn)生旁瓣變異，極大地限制了運(yùn)一方法的有效性。文獻(xiàn)[Jindong Zhang ,Daiyin Zhu,Gong Zhang,New Anti-velocity Deception Jamming Technique using Pulses with Adaptive Initial Phases. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems ,vol. 49,no. 2 ,pp. 1290-1300,2013]提出了一種通過設(shè)計(jì)自適應(yīng)初始相位的編碼 信號(hào)來抗速度欺騙干擾的方法，但是此方法僅考慮了單個(gè)目標(biāo)，在多目標(biāo)場景下，此方法將 喪失抗干擾能力。從公開發(fā)表的文獻(xiàn)來看，針對(duì)距離-速度聯(lián)合欺騙干擾抑制的方法還未有 研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種通過自適應(yīng)迭代濾波的方法來對(duì)抗距 離-速度聯(lián)合欺騙干擾的方法。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一種雷達(dá)抗距離-速度聯(lián)合欺 騙干擾的自適應(yīng)迭代濾波方法，包括W下步驟：
[0006] 1初始化步驟:設(shè)雷達(dá)對(duì)目標(biāo)照射的駐留時(shí)間為M個(gè)脈沖，首先在快時(shí)間維對(duì)信號(hào) 進(jìn)行匹配濾波，然后在慢時(shí)間維做傅里葉變換得到的距離-多普勒平面作為真實(shí)目標(biāo)的距 離-多普勒平面初始值文|；*1和干擾信號(hào)的距離-多普勒平面初始值?皆>;
[0007] 2距離維估計(jì)迭代步驟：
[000引2-1 :構(gòu)造真實(shí)目標(biāo)的快時(shí)間變換矩陣GT,m與對(duì)角矩陣巧;,;,1) [d :
[0009]
[0010]
[0011] 其中U表示迭代次數(shù)，diag( ?)為求矩陣的對(duì)角線元素，ST,m=Sm為真實(shí)目標(biāo)第m個(gè) 脈沖的回波信號(hào)，Sm=^m(I)，Sm(2)，…，Sm(N)]T是對(duì)信號(hào)模型的采樣結(jié)果，N為采樣點(diǎn)數(shù)， (.)T表示轉(zhuǎn)置。，其中，C也；；1>表示真實(shí)目標(biāo)第U-I次迭代距離像估計(jì)值，1 = 1，2,…，L，L表示 距離單元的個(gè)數(shù)，m= 1，…，M，M表示脈沖個(gè)數(shù)；
[0012] 構(gòu)造干擾信號(hào)的快時(shí)間變換矩陣Gj,m與對(duì)角矩陣
[0013]
[0014]
[001引SJ,m表示干擾信號(hào)第m個(gè)脈沖的回波信號(hào)，其中，誠"1嗦示干擾信號(hào)第U-I次迭代距 離像估計(jì)值；
[0016] 2-2:得到真實(shí)目標(biāo)在不同取值范圍1里的距離像估計(jì)，/ = 1，:…，W-I， /二尼…，1-(媒-1)，/=1-的-2)，...，/.;得到干擾信號(hào)在不同取值范圍1里的距離像估 計(jì)：I二V.'，'V-I，I二 N，…丄I 二 L-{N-2)，.-.，L'.
[0017] 步驟2-3:構(gòu)造距離維上真實(shí)目標(biāo)矩陣Al勺日干擾信號(hào)矩陣Af;
[0020] 3脈沖維估計(jì)迭代步驟：[0021] 3-1:估計(jì)真實(shí)目標(biāo)第1個(gè)距離單元對(duì)應(yīng)第k個(gè)多普勒單元的值乂
[001 引
[0019]
[0022]
[0023]
[0024] 估計(jì)干擾信號(hào)第I個(gè)距離單元對(duì)應(yīng)第k個(gè)多普勒單元的值乂f ;
[0027]其中，悼')[/]和的'中]分別是!Alf和{堿聲的第巧U，F(xiàn)=[fi，f2，...，fM ]，fm=[exp(j23imfi)，exp( j23imf2)，…，exp( j化mfK)]T是KX 1的歸一化多普勒相位矢量，F(xiàn)k為F的第k行， I是單位矩陣，（.）H表示共輛轉(zhuǎn)置；[00%] 3-3:令1 = 1，…，L得到真實(shí)目標(biāo)的距離-多普勒平面估計(jì)：
[0025]
[0026]
[0029]
[0030] ;-多普勒平面估計(jì)：
[0031]
[0032] 其中
'
[0033] 步驟5:重復(fù)步驟2和步驟3，直到達(dá)到停止迭代條件。
[0034] 本發(fā)明分別對(duì)目標(biāo)和干擾的距離維和脈沖維進(jìn)行估計(jì)，然后通過迭代來提高算法 的精度。在干擾相對(duì)于目標(biāo)延遲已知個(gè)脈沖的前提下，將自適應(yīng)濾波的思想運(yùn)用到對(duì)干擾 和目標(biāo)的距離-多普勒平面的估計(jì)上，為了提高估計(jì)精度，同時(shí)引入了迭代步驟。
[0035] 本發(fā)明的有益效果是，提針對(duì)一種少有干擾形式:對(duì)抗距離-速度聯(lián)合，不需要對(duì) 波形進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)施較為方便，并且在多目標(biāo)多干擾的場景下仍能對(duì)干擾有效壓制并能對(duì) 目標(biāo)正確檢測。仿真結(jié)果表明，本發(fā)明采用的方法相對(duì)于傳統(tǒng)的匹配濾波和多普勒處理有 明顯的性能優(yōu)越性。
【附圖說明】
[0036] 圖1為算法流程圖。
[0037] 圖2為傳統(tǒng)匹配濾波抗距離-速度聯(lián)合欺騙干擾估計(jì)結(jié)果。
[0038] 圖3自適應(yīng)迭代濾波法抗距離-速度聯(lián)合欺騙干擾結(jié)果。
[0039] 3-1為自適應(yīng)迭代濾波法對(duì)真實(shí)目標(biāo)的距離-多普勒平面估計(jì)結(jié)果示意圖。
[0040] 3-2為自適應(yīng)迭代濾波法對(duì)干擾目標(biāo)的距離-多普勒平面估計(jì)結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如圖1所示：
[0042] 步驟1:脈沖多普勒雷達(dá)不斷的發(fā)射脈沖信號(hào)，同時(shí)接收目標(biāo)的回波信號(hào)，接收到 的回波信號(hào)不光包括目標(biāo)回波，還包括干擾機(jī)產(chǎn)生的欺騙式干擾信號(hào)，并且干擾類型為距 離-速度聯(lián)合欺騙式干擾，那么此時(shí)接著轉(zhuǎn)到步驟2做下一步處理。
[0043] 步驟2:準(zhǔn)備自適應(yīng)迭代算法初始值。假設(shè)雷達(dá)對(duì)目標(biāo)照射的駐留時(shí)間為M個(gè)脈沖， 首先在快時(shí)間維對(duì)信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，然后在慢時(shí)間維做傅里葉變換，運(yùn)就是傳統(tǒng)的脈沖 多普勒處理，此時(shí)可W得到的距離-多普勒品面作為下面迭代步驟的初始值
[0044] 其中，Xi;*哪則i分別表示真實(shí)目標(biāo)和干擾的距離-多普勒平面初始值。
[0045] 步驟3:距離維估計(jì)步驟：
[0046] 步驟3-1:對(duì)脈沖維的估計(jì)做準(zhǔn)備工作，構(gòu)造真實(shí)目標(biāo)的快時(shí)間變換矩陣Gt,根據(jù) 上一步的估計(jì)結(jié)果，構(gòu)造對(duì)角矩陣11<;"4 W，其中：
[0047]
[004引
[0049] 對(duì)1 = 1，...，N-1，1=N，…，レ(N-1)，1 = レ(N-2)，...，L，在1位于不同的取值范圍時(shí) 均做運(yùn)樣的處理。
[0050] 對(duì)于干擾信號(hào)的估計(jì)，重復(fù)上面一樣的準(zhǔn)備工作。
[0051] 步驟3-2:利用上一步已經(jīng)得到的準(zhǔn)備信息，分別得到在第U次迭代時(shí)，1在不同取 值范圍里的距離像估計(jì)，即：
[0052] 4':,!,[/]，/ = 1，....jV-1，/ = W,…，1)，/ = L i.iV 2')，'..，么。同時(shí)也可^得到干 擾目標(biāo)在不同取值范圍里的距離像估計(jì)，即：[/]，/ =心..，W-1，/ = %…，王-(F-1)， /二I-(W-2)，...，I。對(duì)于真實(shí)目標(biāo)的估計(jì)，具體如下：
[0化3]
[0化4]
[0化5]
[005引其中，gT,m,康示GT,m的第巧lj，ym[l] = [ym[l]，…，ym[l + (N-l)]]表示回波信號(hào)第m個(gè) 脈沖對(duì)應(yīng)的從第1個(gè)距離單元到第1+(N-1)個(gè)距離單元的采樣結(jié)果，I表示單位矩陣。
[0059]同樣對(duì)于干擾目標(biāo)，具體計(jì)算方式如下：
[0063] 其中，gj,m,康示Gj,m的第巧U，Sj,m=ST,m-康示干擾滯后信號(hào)i個(gè)脈沖重復(fù)周期。
[0064] 步驟3-3:利用步驟3-2的估計(jì)結(jié)果構(gòu)造矩陣A護(hù)和。
[00化]其中；
[0068] 步驟4:脈沖維估計(jì)步驟：[0069] 步驟4-1:由步驟3的估計(jì)結(jié)果結(jié)合上一次的距離多普勒平面估計(jì)結(jié)果義!"
[0066]
[0067] 和來估計(jì)第1個(gè)距離單元對(duì)應(yīng)第k個(gè)多普勒單元的值，即;同理也可W得
[0070] 到干擾目標(biāo)的估計(jì)結(jié)果為")[a]，即：
[00對(duì)的'1 [/]和 P(;') [/]分別是{a巧『和儀f 的第1 列，F(xiàn) = [f 1，f2，...，fM]，fm= [exp(j如
[0071]
[0072]
[0073]
[0074] mf 1)，exp (j化mf2)，…，e邱（j23imfK) ]T是K X 1的目標(biāo)多普勒相位矢量，F(xiàn)k為F的第k行，I為單 位矩陣，（.）H表示轉(zhuǎn)置共輛；
[0076] 步驟4-2:令k = 1，…，K，可W得到：
[0077]
[007引
[0079]
[0080] 步驟4-3:令1 = 1，…，L，可W得到真實(shí)目標(biāo)與干擾的距離-多普勒平面估計(jì)：
[0081]
[0082]
[0083] 步驟5:重復(fù)步驟3和步驟4，直到達(dá)到停止迭代的要求，如迭代次數(shù)達(dá)到10次。
[0084] 仿真驗(yàn)證及分析 [00化]仿真場景；
[0086]假設(shè)一個(gè)CPI發(fā)射波形M+i = 33,干擾滯后發(fā)射信號(hào)i = l個(gè)PRT。發(fā)射信號(hào)的離散采 樣點(diǎn)數(shù)N=32的隨機(jī)相位波形。多普勒采樣點(diǎn)數(shù)K=128,距離多普勒平面的估計(jì)范圍是距離 單元個(gè)數(shù)L= 100。選取一個(gè)CPI的最后1 = 32個(gè)脈沖信號(hào)進(jìn)行處理。中屯、頻率f。= IG化W及 脈沖重復(fù)間隔PRT = Ims接收機(jī)引入的加性噪聲功率為1。算法迭代次數(shù)為10次。
[0087]假設(shè)場景中目標(biāo)為Swerling-O類型，真實(shí)目標(biāo)和假目標(biāo)的位置、速度和幅度如下 表：
[00則表1真實(shí)目標(biāo)參數(shù)
[0089]
[0090]
[0091]
[0092]
[0093] 仿真分析：
[0094] 從圖2可W看出，傳統(tǒng)的匹配濾波和多普勒處理估計(jì)真實(shí)目標(biāo)的距離-多普勒平面 結(jié)果中，不能有效識(shí)別真實(shí)目標(biāo)。
[00M]從圖3中利用自適應(yīng)迭代濾波算法得到的距離-多普勒平面估計(jì)可W看出：
[0096] (1)自適應(yīng)迭代濾波算法算法能夠有效抑制距離-多普勒旁瓣和互干擾，估計(jì)真實(shí) 目標(biāo)和干擾假目標(biāo)的距離-多普勒平面。
[0097] (2)在圖3-2中對(duì)干擾假目標(biāo)的距離-多普勒估計(jì)中，距離維的旁瓣幾乎沒有擴(kuò)展， 而多普勒維上的旁瓣擴(kuò)展明顯。運(yùn)是由于距離維的分辨率與帶寬有關(guān)，而多普勒維的分辨 率與脈沖的個(gè)數(shù)M有關(guān)，影響距離維和多普勒維的旁瓣擴(kuò)展的參數(shù)不同，因此估計(jì)結(jié)果中距 離維和多普勒維的旁瓣擴(kuò)展效果不同。
[0098] (3)圖3-2中圖中的干擾假目標(biāo)估計(jì)比圖3-1中圖中真實(shí)目標(biāo)估計(jì)的多普勒維旁瓣 擴(kuò)展效果明顯，因?yàn)楦蓴_假目標(biāo)的功率遠(yuǎn)大于真實(shí)目標(biāo)，干擾假目標(biāo)的估計(jì)結(jié)果中的旁瓣 的水平明顯高于噪聲基底，因此干擾假目標(biāo)的旁瓣明顯。而真實(shí)目標(biāo)估計(jì)中的旁瓣和噪聲 基底水平相近，因此旁瓣不明顯。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.雷達(dá)抗距離-速度聯(lián)合欺騙干擾的自適應(yīng)迭代濾波方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1初始化步驟:設(shè)雷達(dá)對(duì)目標(biāo)照射的駐留時(shí)間為Μ個(gè)脈沖，首先在快時(shí)間維對(duì)信號(hào)進(jìn)行 匹配濾波，然后在慢時(shí)間維做傅里葉變換得到的距離-多普勒平面作為真實(shí)目標(biāo)的距離-多 普勒平面初始值Xf和干擾信號(hào)的距離-多普勒平面初始值 2距離維估計(jì)迭代步驟： 2-1:構(gòu)造真實(shí)目標(biāo)的快時(shí)間變換矩陣GT,m與對(duì)角矩陣Π ^1其中u表示迭代次數(shù)，diag( ·)為求矩陣的對(duì)角線元素，ST,m=Sm為真實(shí)目標(biāo)第m個(gè)脈沖 的回波信號(hào)，8"=[^(1)，^(2)，一，^(?]7是對(duì)信號(hào)模型的采樣結(jié)果小為采樣點(diǎn)數(shù)，（·， 表示轉(zhuǎn)置。其中，C11表示真實(shí)目標(biāo)第u-Ι次迭代距離像估計(jì)值，1 = 1，2，…，L，L表示距離單 元的個(gè)數(shù)，m=l，…，M，M表示脈沖個(gè)數(shù)； 構(gòu)造干擾信號(hào)的快時(shí)間變換矩陣以》與對(duì)角矩陣!!；；，Μ :#?=8^表示干擾信號(hào)第m個(gè)脈沖的回波信號(hào)，i為干擾機(jī)捕獲雷達(dá)信號(hào)需要的脈沖周 期數(shù)。其中，表示干擾信號(hào)第u-1次迭代距離像估計(jì)值； 2-2:得到真實(shí)目標(biāo)在不同取值范圍1里的距離像估計(jì):α；5, |Τ|，1 = 1，…，N-1，1 = N，…， 得到干擾信號(hào)在不同取值范圍丨里的距離像估計(jì)：c^m,1 = 1，···，Ν-1，1=Ν，···，?-(Ν-1)，1 = ?-(Ν-2)，···，Μ 步驟2-3:構(gòu)造距離維上真實(shí)目標(biāo)矩陣A#和干擾信號(hào)矩陣A；；1:3脈沖維估計(jì)迭代步驟： 3-1:估計(jì)真實(shí)目標(biāo)第1個(gè)距離單元對(duì)應(yīng)第k個(gè)多普勒單元的值;rp「/, A-1: k= 1，…，K估計(jì)干擾信號(hào)第1個(gè)距離單元對(duì)應(yīng)第k個(gè)多普勒單元的值f/, Μ: k= 1，…，Κ其中，_ W和:_ Μ分別是丨摩f和！讀f的第1列，F(xiàn)= [fi，f2，…，fM]，fm= [eXp( j2JT mfi)，exp( j2Jimf2)，···，exp( j2JimfK)]T是KX 1的目標(biāo)多普勒相位矢量，m=l，…，M，F(xiàn)k為F的第 k行，I是單位矩陣，（·）H表示共輒轉(zhuǎn)置； 3-3:令1 = 1，…，L得到真實(shí)目標(biāo)的距離-多普勒平面估計(jì)：得到干擾信號(hào)的距離-多普勒平面估計(jì)：其中步驟5:重復(fù)步驟2和步驟3，直到達(dá)到停止迭代條件。
【文檔編號(hào)】G01S7/36GK105954729SQ201610284089
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】崔國龍, 張帥, 胡露, 盧金偉, 盛彪, 汪兵, 孔令講, 楊曉波, 易偉
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)