一种多级联合的阵列多波束侦察虚警抑制方法与流程

1.本发明属于数字相控阵系统技术领域，具体为一种多级联合的阵列多波束侦察虚警抑制方法。


背景技术：

2.随着微波、半导体等电子技术的发展，元器件水平与工艺大幅提高，雷达技术也逐渐发展到相控阵体制阵列多波束，雷达波束实现了空间快速扫描、空间定向合成、被截获概率低和抗干扰能力强等优点。阵列多波束雷达具有较强的探测跟踪能力，它可全天候探测远程多目标和隐形飞行器，并可执行智能化的信息收集工作。这种阵列多波束雷达由多个低功率t/r组件构成，这种类型的天线可为作战平台提供必需的灵活性、低雷达截面和宽带宽。
3.但是从干扰对抗的角度出发，外界噪声或者干扰往往相对复杂，干扰方式也具有噪声和假目标并存的特点，多波束侦察虚警率大大增加。由于干扰信号的复杂性，干扰往往会形成副瓣杂波，造成信号增批，严重影响了阵列多波束侦察的性能，对作战防御系统的作战性能提出了严重挑战。
4.为了抑制多波束侦察的虚警，雷达一般通过增设副瓣抑制天线，利用副瓣抑制天线的增益小于主天线，对主副天线的幅度进行比值，通过门限的判决，从而抑制副瓣的侦察虚警信号。目前国内对于相控阵雷达副瓣抑制的相关算法研究较多，而对于相控阵列多波束侦察的虚警抑制方法的技术应用尚不成熟。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种多级联合的阵列多波束侦察虚警抑制方法。
6.实现本发明的技术解决方案为：一种多级联合的阵列多波束侦察虚警抑制方法，具体步骤为：
7.步骤1：采用窗函数加权的方法，在天线阵面进行数字波束合成，得到低副瓣方向图；
8.步骤2：根据波束合成的输出向量计算信号的幅相信息得到信号的脉冲描述字；
9.步骤3：将多个阵面侦收的pdw进行数据融合，完成对单阵面边波束的压制，实现最终的虚警抑制。
10.优选地，数字波束合成的具体公式为：
[0011][0012]
上式表示为y＝ax，其中x为每个天线经过变频之后的中频量化信号向量，a为合成权值系数，y为波束合成的输出向量，ym为y中的元素，a
m,n
为a中的元素，xn为x中的元素。
[0013]
优选地，将数字波束合成的运算矩阵分解成若干个子阵，一个fpga完成一个子阵的运算。
[0014]
优选地，各个阵面之间的控制和数据下传由基于光纤的串行rapidio链路实现，同步由数据融合单元的同步脉冲实现，每个象限的阵面具有统一的时间基准。
[0015]
优选地，在同一个信号脉冲描述字内给出标志位，当一个信号从相邻阵面的中间入射时，在数据融合板中将其中一个信号脉冲描述字去除掉后再进行信号脉冲描述字融合。
[0016]
优选地，当两个信号脉冲描述字的到达时间和频率差距在设定阈值时，去除幅度小的脉冲描述字。
[0017]
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明在阵面前端进行数字波束合成(dbf)时，通过blackman-harris窗函数加权的方法，降低了接收天线的副瓣电平，减少了多波束侦察时的由副瓣引起的虚警；在多阵面联合工作时，通过数据融合方法，完成对单阵面边波束的联合压制，最终实现了全空域覆盖和低副瓣的性能，提高了设备抗干扰能力，抑制了阵列多波束侦察的虚警信号。
[0018]
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
[0019]
图1为一种多级联合的阵列多波束侦察虚警抑制方法的流程图。
[0020]
图2为dbf加权合成的实现方法图。
[0021]
图3为加权后低副瓣方向图。
[0022]
图4为四阵面间融合单元的构成框图。
[0023]
图5为多阵面宽带接收数据融合示意图。
具体实施方式
[0024]
如图1所示，一种多级联合的阵列多波束侦察虚警抑制方法，在数字波束合成时进行一级处理，减小副瓣过高引起的虚警；在多阵面联合工作时进行二级处理，减小阵面边波束测量误差引起的侦察虚警；并且易于工程上实现，具体步骤为：
[0025]
步骤1：采用窗函数加权的方法，在天线阵面进行数字波束合成(dbf)，得到低副瓣方向图。
[0026]
本实施例中，采用blackman-harris窗加权的方法来降低方向图的副瓣电平。dbf合成的原理如公式(1)所示：
[0027][0028]
上式可表示为y＝ax，其中x为每个天线经过变频之后的中频量化信号向量，a为合成权值系数，y为波束合成的输出向量，ym为y中的元素，a
m,n
为a中的元素，xn为x中的元素。一般情况下a的行向量互不相关，因此a为满秩矩阵，无法通过降低规模来降低计算量。
[0029]
为了解决数据规模过大的问题，需要将运算分布在多个fpga中完成，因此将矩阵a分解为数个mxn的子阵，形式如下：
[0030][0031]
加权合成的实现方法如图2所示,采用典型的systolic结构，使用时间换取空间的可扩展性，每个子阵的处理在一个fpga中完成，这样的处理方法增加了处理时延，每两个模块之间的时延约为1us，优势是避免数据向某个器件集中，从而无法传输或处理的问题。
[0032]
通过dbf加权实现具有低副瓣的相控阵接收天线，加权后形成的低副瓣方向图如图3所示。
[0033]
步骤2：根据波束合成的输出向量计算信号的幅相信息得到信号的脉冲描述字(pdw)。
[0034]
步骤3：将多个阵面侦收的pdw进行数据融合，完成对单阵面边波束的压制，实现最终的虚警抑制。
[0035]
相控阵体制接收阵面一般单阵面瞬时覆盖90
°
范围，需要4个象限阵面联合工作来达到全空域覆盖。在单阵面内水平上副瓣可以依靠相邻波束的幅度去抑制，从而降低侦察的虚警；但是在每个象限的左右两个极端的波束则需要相邻象限的边波束配合抑制。
[0036]
四阵面间融合单元的构成框图如图4所示，各个阵面之间的控制和数据下传由基于光纤的串行rapidio链路实现，同步由数据融合单元的同步脉冲实现。每个象限的阵面具有统一的时间基准，所以相邻象限的阵面接收到的信号可以通过其到达时间与频率判断其
是否属于同一个信号。
[0037]
在同一个信号pdw内给出标志位。当一个信号从相邻阵面的中间入射时，相邻的两个阵面均会收到这个信号，产生两个方位、俯仰、频率、脉宽等参数近似的pdw，此时在数据融合板中进行pdw融合时需要将其中一个pdw去除掉。当两个pdw的toa和频率相差不大时，去除幅度小的pdw。
[0038]
假设四阵面分为a、b、c和d面，当信号从a面入射时，a面产生一个pdw_a，同时在b、c和d面可能会产生一个虚假的pdw,记为pdw_b，pdw_c和pdw_d。这三个虚假的pdw在频率上和pdw_a的频率相近，在幅度上要小于pdw_a。因此要去除pdw_b、pdw_c和pdw_d，避免阵面b、c、d侦收的侦察虚警信号。多阵面宽带接收数据融合示意图如图5所示。