基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法与流程

1.本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法。


背景技术：

2.在电子对抗日益激烈的今天，雷达所面临的电磁环境越来越复杂，尤其是数字射频存储器(digital radio frequency memory,drfm)使得干扰形式更加多样。通常，drfm在截获到雷达信号后，会对信号进行延时、调制并转发到雷达，由于干扰信号和雷达发射信号相干，因此脉冲压缩后会在距离维产生假目标欺骗干扰，为雷达的有效检测带来严峻挑战。
3.为了对抗假目标的干扰，捷变频体制雷达应运而生。相关技术中，捷变频雷达通过发射脉间载频随机跳变的脉冲信号，当干扰转发延时大于一个脉冲重复周期时，干扰信号的载频与本振不再匹配，从而在通过低通滤波器时使干扰信号的能量能被大大抑制掉。
4.然而，间歇采样转发的干扰方式能够对雷达信号进行部分采样并迅速转发,在当前脉冲重复周期内产生相干假目标串，且一般情况下，干扰信号的能量远远大于目标回波信号的能量，雷达会因为干扰信号能量较强而误判假目标为真实目标，产生错误的检测结果。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
6.本发明提供一种基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法，应用于捷变频雷达，包括：
7.在每个预设相参处理间隔内，连续发射第一预设数量个脉冲信号；所述脉冲信号包括线性调频项和载频项，且各脉冲信号的线性调频项相同、各脉冲信号的载频项随机跳变；
8.根据所述线性调频项对应的信号，生成多个第一信号，并构造多个带通滤波器；
9.接收第一预设数量个回波信号，至少部分所述回波信号包括干扰信息；
10.根据所述回波信号，得到第一预设数量个基带回波信号向量，并利用所述带通滤波器对所述基带回波信号向量进行滤波，得到回波子脉冲信号向量；
11.根据所述第一信号及所述回波子脉冲信号向量，得到分段脉冲压缩后的回波信号向量，并确定脉内积累后的回波矩阵；
12.利用二维稀疏重构算法对所述脉内积累后的回波矩阵进行相参积累，得到目标的检测结果。
13.在本发明的一个实施例中，根据所述线性调频项对应的信号，生成多个第一信号，并构造多个带通滤波器的步骤，包括：
14.获取所述线性调频项对应的信号；
15.将所述信号在时域平均划分为第二预设数量个用于脉冲压缩的第一信号；
16.分别对第二预设数量个第一信号做快速傅里叶变换，构造得到第二预设数量个带通滤波器。
17.在本发明的一个实施例中，根据所述回波信号，得到第一预设数量个基带回波信号向量，并利用所述带通滤波器对所述基带回波信号向量进行滤波，得到回波子脉冲信号向量的步骤，包括：
18.根据所述第一预设数量个回波信号和所述第一预设数量个脉冲信号，得到第一预设数量个基带回波信号；
19.按照预设采样频率，对所述基带回波信号进行采样，得到第一预设数量个回波信号向量；
20.利用所述带通滤波器对所述回波信号向量进行滤波，得到回波子脉冲信号向量。
21.在本发明的一个实施例中，根据所述第一预设数量个回波信号和所述第一预设数量个脉冲信号，得到第一预设数量个基带回波信号的步骤，包括：
22.将第一预设数量个脉冲信号的载频项取复共轭，并与各个脉冲信号对应的回波信号相乘，得到第一预设数量个基带回波信号。
23.在本发明的一个实施例中，所述预设采样频率为所述脉冲信号带宽的2倍。
24.在本发明的一个实施例中，根据所述第一信号及所述回波子脉冲信号向量，得到分段脉冲压缩后的回波信号向量，并确定脉内积累后的回波矩阵的步骤，包括：
25.将所述第一信号取复共轭后，分别与回波子脉冲信号向量进行卷积，得到分段脉冲压缩后的回波信号向量；其中，所述回波子脉冲信号向量的维度为n
×
k，n表示第一预设数量，k表示第二预设数量；
26.检测所述分段脉冲压缩后的回波信号向量中是否包含干扰信息，并根据检测结果对所述分段脉冲压缩后的回波信号向量进行处理，得到第二信号；
27.将每个回波信号对应的所述第二信号相加，得到脉内积累后的脉冲压缩信号向量；
28.将所述脉内积累后的脉冲压缩信号向量按照接收顺序排列，得到脉内积累后的回波矩阵。
29.在本发明的一个实施例中，检测所述分段脉冲压缩后的回波信号向量中是否包含干扰信息，并根据检测结果对所述分段脉冲压缩后的回波信号向量进行处理，得到第二信号的步骤，包括：
30.根据阈值，检测每个所述分段脉冲压缩后的回波信号向量中是否包含干扰信息；
31.将包含干扰信息的分段脉冲压缩后的回波信号向量置零、不包含干扰信息的分段脉冲压缩后的回波信号向量保持不变，得到第二信号。
32.在本发明的一个实施例中，所述阈值采用如下步骤确定：
33.在所述预设相参处理间隔内，计算所述分段脉冲压缩后的回波信号向量的方差、以及所述方差的均值；
34.确定门限比例因子；
35.将所述门限比例因子与所述方差的均值相乘，得到阈值。
36.在本发明的一个实施例中，所述利用二维稀疏重构算法对所述脉内积累后的回波
矩阵进行相参积累，得到目标的检测结果的步骤，包括：
37.确定最大不模糊距离、最大不模糊速度、距离分辨率和速度分辨率；
38.根据所述最大不模糊距离和所述距离分辨率，确定距离分辨单元数目；
39.根据所述最大不模糊速度和所述速度分辨率，确定所述速度分辨单元数目；
40.根据所述距离分辨率、所述速度分辨率、所述距离分辨单元数目、所述速度分辨单元数目、以及各脉冲信号的载频，构建字典矩阵；
41.对所述脉内积累后的回波矩阵进行转置，并与所述字典矩阵相乘后取绝对值；
42.将所有绝对值中的最大值所对应的距离确定为目标距雷达的距离、并将所有绝对值中的最大值所对应的速度确定为目标的移动速度。
43.在本发明的一个实施例中，按照如下公式确定最大不模糊距离：
[0044][0045]
按照如下公式确定最大不模糊速度：
[0046][0047]
按照如下公式确定距离分辨率：
[0048][0049]
按照如下公式确定速度分辨率：
[0050][0051]
其中，c表示光速，t
r
表示所述脉冲信号的重复周期，f
max
表示第一预设数量个载频项中的最大载频项，b表示发射脉冲信号的带宽，r
u
表示最大不模糊距离，v
u
表示最大不模糊速度，δr表示距离分辨率，δv表示速度分辨率。
[0052]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0053]
本发明提供一种基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法，在每个预设相参处理间隔内，捷变频雷达连续发射第一预设数量个脉冲信号，由于每个脉冲信号包括线性调频项和载频项，且各脉冲信号的载频项是随机跳变的，因而使得干扰机难以掌握捷变频雷达发射脉冲信号的工作频段变化信息，可以有效降低捷变频雷达被干扰的几率，也就提高了捷变频雷达的截获能力。
[0054]
此外，在本发明提供的上述基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法中，通过对回波信号进行分段脉冲压缩，能够对含有干扰信息的回波信号进行分辨及干扰抑制，并利用不含有干扰信息的回波信号实现目标信息的提取，降低了将假目标误判为真实目标的风险，有利于提高目标检测精度。
[0055]
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
[0056]
图1是本发明实施例提供的基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法
的一种流程示意图；
[0057]
图2是本发明实施例提供的基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法的另一种流程示意图；
[0058]
图3是本发明实施例提供的基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法的一种流程示意图；
[0059]
图4是相关技术中含有干扰信息的回波信号的仿真示意图；
[0060]
图5是本发明实施例提供的含有干扰信息的回波信号的仿真示意图。
具体实施方式
[0061]
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0062]
图1是本发明实施例提供的基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法的一种流程示意图。请参见图1，本发明实施例提供的基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法，包括：
[0063]
s101、在每个预设相参处理间隔内，连续发射第一预设数量个脉冲信号；脉冲信号包括线性调频项和载频项，且各脉冲信号的线性调频项相同、各脉冲信号的载频项随机跳变；
[0064]
s102、根据线性调频项对应的信号，生成多个第一信号，并构造多个带通滤波器；
[0065]
s103、接收第一预设数量个回波信号，至少部分回波信号包括干扰信息；
[0066]
s104、根据回波信号，得到第一预设数量个基带回波信号向量，并利用带通滤波器对基带回波信号向量进行滤波，得到回波子脉冲信号向量；
[0067]
s105、根据第一信号及回波子脉冲信号向量，得到分段脉冲压缩后的回波信号向量，并确定脉内积累后的回波矩阵；
[0068]
s106、利用二维稀疏重构算法对脉内积累后的回波矩阵进行相参积累，得到目标的检测结果。
[0069]
本实施例中，捷变频雷达在一个预设相参处理间隔内连续发射第一预设数量个脉冲信号，每个脉冲信号均有两部分组成：线性调频(linear frequency modulation，lfm)项和载频项，其中，第一预设数量个lfm项是相同的，而不同脉冲信号载频项对应的载频是随机跳变的。应当理解，此种设计方式使得干扰机难以掌握捷变频雷达发射脉冲信号的工作频段变化信息，可以有效降低捷变频雷达被干扰的几率，也就提高了捷变频雷达的截获能力。
[0070]
在上述步骤s102中，根据线性调频项对应的信号，生成多个第一信号，并构造多个带通滤波器的步骤，包括：
[0071]
获取线性调频项对应的信号；
[0072]
将信号在时域平均划分为第二预设数量个用于脉冲压缩的第一信号；
[0073]
分别对第二预设数量个第一信号做快速傅里叶变换，构造得到第二预设数量个带通滤波器。
[0074]
具体而言，获取脉冲信号的线性调频项对应的信号，将该信号在时域平均分为第二预设数量个第一信号，其中，多个第一信号的频谱连续但不重叠。进一步地，分别对多个
第一信号做快速傅里叶变换，得到带通滤波器，且带通滤波器的数量与第一信号的数量相同。
[0075]
需要说明的是，在上述步骤s103中，捷变频雷达通过发射机发射的第一预设数量个脉冲信号经过目标反射、以及干扰机间歇采样转发后，捷变频雷达的接收机接收到第一预设数量个回波信号，在接收到的回波信号中，至少部分回波信号不仅包含目标信息，还包含间歇采样干扰的干扰信息。
[0076]
在上述步骤s104中，根据回波信号，得到第一预设数量个基带回波信号向量，并利用带通滤波器对基带回波信号向量进行滤波，得到回波子脉冲信号向量的步骤，包括：
[0077]
s1041、根据第一预设数量个回波信号和第一预设数量个脉冲信号，得到第一预设数量个基带回波信号；
[0078]
s1042、按照预设采样频率，对基带回波信号进行采样，得到第一预设数量个回波信号向量；
[0079]
s1043、利用带通滤波器对回波信号向量进行滤波，得到回波子脉冲信号向量。
[0080]
可选地，在步骤s1041中，根据第一预设数量个回波信号和第一预设数量个脉冲信号，得到第一预设数量个基带回波信号的步骤，包括：
[0081]
将第一预设数量个脉冲信号的载频项取复共轭，并与各个脉冲信号对应的回波信号相乘，得到第一预设数量个基带回波信号。
[0082]
示例性地，捷变频雷达可通过混频操作得到基带回波信号。捷变频雷达接收到回波信号后，将发射的第一预设数量个脉冲信号取复共轭，并与第一预设数量个回波信号相乘实现混频，进而得到第一预设数量个基带回波信号。
[0083]
进一步地，将脉冲信号带宽的2倍作为预设采样频率，对基带回波信号进行采样，得到第一预设数量个回波信号向量，每个回波信号向量的维度为1
×
l，l表示每个基带回波信号的采样点数。当然，在本发明的其他实施例中，也可以按照其他的预设采样频率进行采样，本技术对此不做限定。
[0084]
将上述回波信号向量分别输入至带通滤波器，得到回波子脉冲信号向量，其中，回波子脉冲信号向量的维度为n
×
k，n表示第一预设数量，k表示第二预设数量。
[0085]
可选地，在上述步骤s105中，根据第一信号及回波子脉冲信号向量，得到分段脉冲压缩后的回波信号向量，并确定脉内积累后的回波矩阵的步骤，包括：
[0086]
s1051、将第一信号取复共轭后，分别与回波子脉冲信号向量进行卷积，得到分段脉冲压缩后的回波信号向量；其中，回波子脉冲信号向量的维度为n
×
k，n表示第一预设数量，k表示第二预设数量；
[0087]
s1052、检测分段脉冲压缩后的回波信号向量中是否包含干扰信息，并根据检测结果对分段脉冲压缩后的回波信号向量进行处理，得到第二信号；
[0088]
s1053、将每个雷达回波信号对应的第二信号相加，得到脉内积累后的脉冲压缩信号向量；
[0089]
s1054、将脉内积累后的脉冲压缩信号向量按照接收顺序排列，得到脉内积累后的回波矩阵。
[0090]
具体地，对于每个回波信号，将其对应的第二预设数量个第一信号取复共轭，并分别与第二预设数量个回波子脉冲信号向量进行卷积相乘，得到第二预设数量个分段脉冲压
缩后的回波信号向量；由于捷变频雷达共接收到第一预设数量个回波信号，因此，分段脉冲压缩后的回波信号向量的维度为n
×
k。
[0091]
获得分段脉冲压缩后的回波信号向量后，根据阈值检测n
×
k个分段脉冲压缩后的回波信号向量中是否包含干扰信息，并根据检测结果确定第二信号。具体而言，若某分段脉冲压缩后的回波信号向量中包含干扰信息，则将该分段脉冲压缩后的回波信号向量置零，反之，对于不含干扰信息的分段脉冲压缩后的回波信号向量则保持不变，从而得到第二信号。在上述步骤s1053～s1054中，将每个回波信号对应的第二信号相加，得到脉内积累后的脉冲压缩信号向量，然后按照捷变频雷达接收回波信号的顺序，从第一行开始依次排列上述脉内积累后的脉冲压缩信号向量，以获得脉内积累后的回波矩阵。
[0092]
需要说明的是，每个脉内积累后的脉冲压缩信号向量的维度为1
×
l，l表示每个基带回波信号的采样点数，脉内积累后的回波矩阵的维度为n
×
l。
[0093]
此外，在本实施例中，检测干扰信息时的阈值可采用如下步骤确定：
[0094]
在预设相参处理间隔内，计算分段脉冲压缩后的回波信号向量的方差、以及方差的均值；
[0095]
确定门限比例因子；
[0096]
将门限比例因子与方差的均值相乘，得到阈值。
[0097]
应当理解，门限比例因子的选取与实际场景中目标、干扰、噪声的幅度分布有关，并且与划分第一信号的数量也相关，门限比例因子的取值范围位0.5
‑
1.5，示例性地，门限比例因子可以为0.5、0.8、1.2或1.5。
[0098]
可选地，在检测过程中，将计算得到的n
×
k个分段脉冲压缩后的回波信号向量的方差分别与阈值进行比较，若方差大于阈值，则说明此分段脉冲压缩后的回波信号向量中含有间歇采样干扰；反之，若方差小于阈值，则说明此分段脉冲压缩后的回波信号向量中不含有间歇采样干扰。
[0099]
在上述步骤s106中，利用二维稀疏重构算法对脉内积累后的回波矩阵进行相参积累，得到目标的检测结果的步骤，包括：
[0100]
确定最大不模糊距离、最大不模糊速度、距离分辨率和速度分辨率；
[0101]
根据最大不模糊距离和距离分辨率，确定距离分辨单元数目；
[0102]
根据最大不模糊速度和速度分辨率，确定速度分辨单元数目；
[0103]
根据距离分辨率、速度分辨率、距离分辨单元数目、速度分辨单元数目、以及各脉冲信号的载频，构建字典矩阵；
[0104]
对脉内积累后的回波矩阵进行转置，并与字典矩阵相乘后取绝对值；
[0105]
将所有绝对值中的最大值所对应的距离确定为目标距雷达的距离、并将所有绝对值中的最大值所对应的速度确定为目标的移动速度。
[0106]
具体而言，按照如下公式确定最大不模糊距离：
[0107][0108]
按照如下公式确定最大不模糊速度：
[0109]
[0110]
按照如下公式确定距离分辨率：
[0111][0112]
按照如下公式确定速度分辨率：
[0113][0114]
其中，c表示光速，c＝3
×
108m/s，t
r
表示脉冲信号的重复周期，f
max
表示第一预设数量个载频项中的最大载频项，b表示发射脉冲信号的带宽，r
u
表示最大不模糊距离，v
u
表示最大不模糊速度，δr表示距离分辨率，δv表示速度分辨率。应当理解，最大不模糊距离指的是捷变频雷达到观测场景中物体的距离，最大不模糊速度指的是捷变频雷达能测量的物体的最大的不模糊速度，上述物体可以包括目标、干扰、杂物等。
[0115]
可选地，根据最大不模糊距离和距离分辨率，计算距离分辨单元数目：
[0116][0117]
根据最大不模糊速度和速度分辨率，确定速度分辨单元数目：
[0118][0119]
其中，表示向下取整运算，p表示距离分辨单元数目，q表示速度分辨单元数目。
[0120]
本实施例中，字典矩阵d为：
[0121][0122]
其中，d表示根据回波信号构建的字典矩阵，e表示以自然常数为底的指数操作，j表示
‑
1的算术平方根，π表示圆周率，n表示第一预设数量，f1,f2,
…
,f
n
分别表示第一预设数量个脉冲信号中的不同载频。
[0123]
进一步地，对脉内积累后的回波矩阵进行转置操作后，与字典矩阵相乘后取绝对值，将所有绝对值中的最大值所对应的距离确定为目标距雷达的距离、并将所有绝对值中的最大值所对应的速度确定为目标的移动速度。
[0124]
下面，结合仿真实验对上述基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法做进一步说明。
[0125]
捷变频雷达在预设相参处理间隔内发射的脉冲信号数量n为64，每个脉冲信号被平均划分为10个第一信号，脉冲信号的重复周期t
r
为100μs，发射的脉冲信号的带宽为20mhz，脉冲信号的跳频点最小为f
min
＝12.5ghz、最大f
max
＝15.5ghz，最小跳频间隔为30mhz，那么发射的脉冲信号的跳频范围为[12.5ghz,12.503ghz,12.506ghz,
…
,15.497ghz,15.5ghz]，每个脉冲信号的中心工作频点f1,f2,
…
,f
n
为该范围内的随机数；目标距离为4km，速度为30m/s，干扰机距离为3.8km，速度为20m/s，干信比为20db。
[0126]
图4是相关技术中含有干扰信息的回波信号的仿真示意图。如图4所示，x轴表示速
度维度，y轴表示距离维度，z轴表示回波信号二维稀疏重构后的幅值。由于间歇采样干扰是对发射的脉冲信号进行间歇采样并直接转发，因此间歇采样干扰信号与捷变频雷达发射的脉冲信号相参，经脉冲压缩后会产生假目标，且一般情况下，干扰信号的能量远大于目标信号的能量，故捷变频雷达会将假目标误判为真正的目标，影响雷达对目标的有效检测。
[0127]
图5是本发明实施例提供的含有干扰信息的回波信号的仿真示意图。请参见图5，x轴表示速度维度，y轴表示距离维度，z轴表示回波信号二维稀疏重构后的幅值。可见，本发明提供的上述基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法可以有效对回波信号中含有间歇采样转发干扰进行识别并抑制，二维稀疏重构结果中只有目标信息，从而实现对目标的有效识别。因此，本发明可以解决捷变频雷达被间歇采样干扰影响而无法对目标进行有效检测的问题。
[0128]
通过上述各实施例可知，本发明的有益效果在于：
[0129]
本发明提供一种基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法，在每个预设相参处理间隔内，捷变频雷达连续发射第一预设数量个脉冲信号，由于每个脉冲信号包括线性调频项和载频项，且各脉冲信号的载频项是随机跳变的，因而使得干扰机难以掌握捷变频雷达发射脉冲信号的工作频段变化信息，可以有效降低捷变频雷达被干扰的几率，也就提高了捷变频雷达的截获能力。
[0130]
此外，在本发明提供的上述基于捷变频雷达的分段脉压抗间歇采样转发干扰方法中，通过对回波信号进行分段脉冲压缩，能够对含有干扰信息的回波信号进行分辨及干扰抑制，并利用不含有干扰信息的回波信号实现目标信息的提取，降低了将假目标误判为真实目标的风险，有利于提高目标检测精度。
[0131]
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0132]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
[0133]
尽管在此结合各实施例对本技术进行了描述，然而，在实施所要求保护的本技术过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
[0134]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的
保护范围。