一种杂波环境下自适应多径干扰抑制的旁瓣对消方法与流程

1.本发明涉及雷达抗有源干扰领域，尤其涉及一种杂波环境下自适应多径干扰抑制的旁瓣对消方法。


背景技术：

2.抗有源干扰依然是现代战争中雷达需要应对的挑战。伴随着阵列天线和高速信号处理技术的日益完善，自适应阵列处理技术对抗有源干扰的技术也是种类众多。自适应旁瓣对消技术是现代雷达抗有源干扰的必备措施，其基本原理是在主天线旁边放置若干辅助天线，也可抽取主天线的子阵作为辅助天线，根据输入信息的不同自动地调整辅助天线权值。辅助天线的权值修正主要是改变了辅助天线的方向图，这样使得主天线方向图与辅助天线方向图空间合成之后在干扰方向形成零点，进而实现了用辅助天线接收到的干扰信号的加权来对消主天线中接收到的干扰信号。
3.但是在雷达具体研制过程中，由于地形地貌和天气等因素，带来的干扰源多径传播、强杂波等问题，使得专利文献中提及的多种方法在实际应用中效果受限。常规消除多径干扰是通过在辅助通道中增加延迟节，增大自适应处理的自由度，从而提高对多径干扰的抑制能力。由于提前并不知道多径干扰相对直达干扰的延迟有多大，所以实际工程实施中需要加很多个延迟节，计算复杂程度、计算量明显增加，这是常规方法的一个显著缺点。在强杂波环境下，常规方法是先做两脉冲或者三脉冲对消，再做旁瓣对消，这样会导致目标损失过大，尤其是低速目标。
4.因此需要一种适用于杂波环境下，解决多径干扰计算复杂和计算量大问题的方法。


技术实现要素：

5.针对背景技术中多径干扰和杂波同时存在时，传统旁瓣对消方法的计算复杂、计算量大、低速目标损失、工程实施难以实现等缺点，本发明提出一种杂波环境下自适应多径干扰抑制的旁瓣对消方法。本发明的方法包括回波信号中杂波剔除的方法、自适应多径抑制的实现方法，本发明具有通用性、计算效率高、工程上易实现等优点，并应用于某雷达，得到了成功验证。
6.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种杂波环境下自适应多径干扰抑制的旁瓣对消方法，包括：
7.步骤1：对主天线回波信号进行波位内积累；
8.步骤2：对辅助天线回波信号进行波位内积累
9.步骤3：对积累后的回波信号，做脉间fft；
10.步骤4：脉间fft结果，剔除0频和
±
1频的分量，然后做ifft，得到新的主天线回波信号和辅助天线回波信号；
11.步骤1到步骤4的有益效果是：不考虑目标信号，在杂波环境下，回波信号包含两个
部分，其中，第一部分表示为杂波和噪声共存的接收信号，第二部分表示为干扰信号、杂波和噪声共存的接收信号，利用地杂波0频的特性，只要在频域上去除0频、
±
1频部分，即可去除信号中的杂波分量。此时，主天线和辅助天线上的新信号已不含杂波，只剩下干扰信号和噪声。从新信号中选取样本，并计算自适应权可大大提升系统的对消能力。
12.步骤5：对新的主天线回波信号和辅助天线回波信号分段计算自适应延迟节个数：
13.步骤5a：对回波数据进行分段；
14.步骤5b：对分段后的回波数据分别求相关函数，根据相关的结果选择最大7个峰值对应的位置，对应7个延迟节单元；
15.步骤5c：根据步骤5b求得的延迟节，构建扩展矩阵；
16.步骤5d：根据最小均方误差准则，求取最优权值；
17.步骤5e：重复步骤5b到5d，得到主天线回波信号矩阵和辅助天线回波信号矩阵的所有脉冲重复周期回波信号的分段对消最优权值；
18.本步骤的有益效果是：由于天线转动和干扰扫频的原因，对脉冲进行分段处理，即将单个脉冲均匀分成数段，分别计算每段的自适应权，每段计算的得来的权值只用于对消该段原始接收数据。求取主天线和辅助天线回波信号的相关函数的有益效果是：主辅天线回波信号的相关结果由一系列峰值组成，对相关结果进行求模，选择最大的7个峰值对应的位置，即为延迟节的距离单元个数，此处取7个不同的延迟节是对真实数据进行处理并结合计算能力得到的。根据相关的结果，得到自适应延迟节的个数，实现了自适应多径干扰抑制，解决了因为不知道延迟节多少带来的计算复杂和计算量大等问题。
19.步骤6：对原始主天线回波信号矩阵和辅助天线回波信号矩阵内的每个脉冲重复周期进行分段；
20.步骤7：根据步骤5b求得的延迟节向量，构建辅助通道回波信号矩阵扩展矩阵；
21.步骤8：对主天线回波信号矩阵和辅助天线回波信号矩阵内的每个脉冲重复周期回波信号分段计算，得到对消后的主天线回波矩阵。
22.本发明的有益效果是：积累一个波位内的回波信号，做fft，利用地杂波0频的特性，在频域上去除0频、
±
1频部分，即可去除信号中的杂波分量，然后做ifft，此时，主天线和辅助天线上的新信号已不含杂波，只剩下干扰信号和噪声，解决了传统方法杂波环境下旁瓣对消性能下降的问题；由于天线转动和干扰扫频的原因，对脉冲进行分段处理，即将单个脉冲均匀分成数段，分别计算每段的自适应权，每段计算的得来的权值只用于对消该段原始接收数据；求取主天线和辅助天线回波信号的相关函数，根据相关函数的结果，得到自适应延迟节的个数，实现自适应多径干扰抑制，解决了因为不知道延迟节多少带来的计算复杂和计算量大等问题。
附图说明
23.图1是一种杂波环境下自适应多径干扰抑制的旁瓣对消方法具体实施例中步骤1到步骤4流程示意图；
24.图2是一种杂波环境下自适应多径干扰抑制的旁瓣对消方法具体实施例中步骤5到步骤8流程示意图；
25.图3是采集带有多径干扰和杂波的雷达回波信号；
26.图4是雷达采集数据经过传统方法和本发明方法的处理结果对比。
27.名称解释：fft：傅里叶变换；ifft：逆傅里叶变换；xcorr：计算相关函数。
具体实施方式
28.以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
29.本发明实施例提供了一种杂波环境下自适应多径干扰抑制的旁瓣对消方法，可应用于雷达抗有源干扰领域。
30.请参阅图1和图2，一种杂波环境下自适应多径干扰抑制的旁瓣对消方法包括如下步骤：
31.步骤1：主天线接收到一个周期的回波信号用向量x1＝[x1,x2,
…
,xm]表示，其中x1,x2,
…
,xm为m个距离单元的回波值；
[0032]
步骤2：辅助天线接收到一个周期的回波信号用向量y1＝[y1,y2,
…
,ym]表示，其中y1,y2,
…
,ym为m个距离单元的回波值；
[0033]
步骤3：重复步骤1和步骤2，积累波位内多个脉冲重复周期，得到主通道回波信号矩阵a＝[x1,x2,
…
,xn]
t
，辅助通道回波信号矩阵b＝[y1,y2,
…
,yn]
t
，分别对主通道和辅助通道上的接收信号做脉间fft，即接收了n个脉冲重复周期内的信号，做n点fft。此步骤的目的在于，利用杂波低频的特性，只要在频域上去除0频、
±
1频的部分，即可去除信号中的杂波分量；
[0034]
步骤4：将主天线和辅助天线经过fft处理后的0频、
±
1频通道输出置0，再做ifft，得到新的主天线回波信号矩阵a
′
＝[x
′1,x
′2,
…
,x
′n]
t
和辅助天线信号矩阵b
′
＝[y
′1,y
′2,
…
,y
′n]
t
，此时主天线回波信号和辅助天线信号已不含杂波，只剩下干扰信号和噪声，从新信号中选取样本，并计算自适应权值可大大提升系统的对消能力；
[0035]
步骤5：根据新的主天线回波矩阵a
′
＝[x
′1,x
′2,
…
,x
′n]
t
和辅助天线回波矩阵b
′
＝[y
′1,y
′2,
…
,y
′n]
t
内n个脉冲，分别计算延迟节个数：
[0036]
步骤5a：对x
′i和y
′i内m个距离单元的值进行分段，分为等长的k段，得到x
′
ik
和y
ik
′
，其长度为m/k，i＝1,2,3,...,n，本步骤分段的目的是：考虑到天线转动和干扰扫频的原因，对脉冲进行分段处理，即将单个脉冲均匀分成数段，分别计算每段的自适应权，降低天线转动和干扰扫频对接收回波的调制影响；
[0037]
步骤5b：对x
′
ik
和y
ik
′
求相关函数φ
ik
，φ
ik
＝xcorr(x
′
ik
,y
′
ik
)，本步骤的目的在于求取主天线和辅助天线信号的相关，对相关结果进行求模，选择最大的7个峰值对应的位置得到自适应延迟节个数，即为延迟节的距离单元个数，即延迟节向量t
ik
＝[τ
ik1
，τ
ik2
，τ
ik3
，...,τ
ik7
]，此处取7个不同的延迟节是对真实数据进行处理并结合计算能力得到的，如果取6个延迟节对消效果欠佳，如果取8个延迟节时，对消效果改善不多，但是计算量比较大，综合考虑取7个延迟节；
[0038]
步骤5c：根据步骤5b求得的延迟节向量t
ik
，构建扩展矩阵和分别求取辅助天线回波的自相关矩阵r
ik
＝y
″
ikhy″
ik
和主天线和辅助天线回波自相关矩阵p
ik
＝y
″
ik
x
″
ikh
；
[0039]
步骤5d：根据最小均方误差准则，得到自适应旁瓣对消系数w
ik
＝r
ik-1
p
ik
；
[0040]
步骤5e：重复步骤5b到5d，得到主天线回波信号矩阵a
′
＝[x
′1,x
′2,
…
,x
′n]
t
和辅助天线回波信号矩阵b
′
＝[y
′1,y
′2,
…
,y
′n]
t
的所有脉冲重复周期回波信号的分段对消最优权值w
ik
；
[0041]
步骤5结合现有的自适应旁瓣相消技术，考虑到天线转动和干扰扫频的原因，对脉冲进行分段处理，即将单个脉冲均匀分成数段，分别计算每段的自适应权，降低天线转动和干扰扫频对接收回波的调制影响；通过对主辅天线中的干扰信号求相关函数的方法得到多径干扰相对直达干扰的延迟，然后利用延迟节对辅助天线直达干扰信号进行延迟，得到虚拟的辅助天线干扰输入，最后根据最小均方误差准则，得到辅助天线的权值，使加权处理后的主辅天线对消输出功率最小；在求权矢量的同时考虑了直达干扰和多径干扰，干扰对消性能更好，并且利用相关函数求延迟节的方法是自适应的。
[0042]
步骤6：对主天线回波信号矩阵a＝[x1,x2,
…
,xn]
t
和辅助天线回波信号矩阵b＝[y1,y2,
…
,yn]
t
内的每个脉冲重复周期的xi和yi内m个距离单元的值进行分段，分为等长的k段，得到x
ik
和y
ik
，其长度为m/k，i＝1,2,3,...,n；
[0043]
步骤7：根据步骤5b求得的延迟节向量t
ik
，构建辅助天线回波信号矩阵扩展矩阵
[0044]
步骤8：计算旁瓣对消后的结果，x
″′
ik
＝x
ik-w
ikty″′
ik
，然后对主天线回波信号矩阵a＝[x1,x2,
…
,xn]
t
和辅助天线回波信号矩阵b＝[y1,y2,
…
,yn]
t
内的每个脉冲重复周期回波信号分段计算，得到对消后的主天线回波矩阵a
″
＝[x
″′1,x
″′2,
…
,x
″′n]
t
。
[0045]
图3是某雷达采集带有多径干扰和杂波的雷达回波信号，图4是雷达采集数据经过传统方法和本发明方法的处理结果对比。图3和图4中，横轴为距离单元，纵轴为干扰幅度，从图中可以看出，在相同条件下，使用本发明方法的干扰对消结果比传统处理方法更好，本发明方法的对消剩余比传统方法最大改善了10db。
[0046]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。