一种雷达脉间波形捷变抗转发式假目标干扰的方法

1.本发明涉及雷达抗干扰领域，尤其涉及一种雷达脉间波形捷变抗转发式假目标干扰的方法。


背景技术：

2.为提升目标在杂波背景下的检测性能，现代雷达通常采用动目标检测（mtd）或脉冲多普勒（pd）技术。这些技术的前提是雷达发射相参脉冲串信号，即雷达通常采用参数固定的脉组相参处理的工作方式。
3.随着宽带雷达信号的高速采样和复制转发技术的发展,数字射频存储器被广泛用于转发式干扰，参数固定雷达的信号很容易被敌方的干扰辅助设备截获。
4.脉间波形捷变技术，其抗干扰的基本原理是发射脉间捷变波形，通过特殊的信号处理方法，让目标可正常检测，而让转发式假目标干扰不能正常检测，从而起到抗转发式假目标干扰的效果。
5.但是，对于脉间重频捷变雷达，仍可形成假目标干扰。其原因是脉间重频捷变形成的假目标，其回波不在同一个距离单元无法进行多脉冲相参积累，但仍可进行脉冲压缩，可形成能量变小，分布在多个距离单元的假目标干扰。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种雷达脉间波形捷变抗转发式假目标干扰的方法，能够实现目标相参积累，而将分布在多个距离单元的假目标干扰剔除。
7.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：本发明提供了一种雷达脉间波形捷变抗转发式假目标干扰的方法，包括以下步骤：s1、建立脉间载频、重频、脉宽捷变雷达目标回波模型；s2、建立脉间载频、重频、脉宽捷变假雷达目标干扰模型；s3、对回波进行匹配滤波；s4、利用常规的cfar，对每个脉冲进行单脉冲检测；s5、距离单元畸点剔除；s6、动目标检测；s7、恒虚警检测。
8.进一步，所述s1包括：s101、构建线性调频信号的发射信号：
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(1)
其中，为第个脉冲线性调频复包络信号，且
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（2）其中，为快时间；为脉冲数索引；；为相参处理脉冲数；为虚数单位；为第个脉冲的宽度；当捷变时，表示脉宽捷变；为第个脉冲的信号载频，当捷变时表示载频捷变，为相位调制函数；s102、线性调频信号的频率调制函数为：s102、线性调频信号的频率调制函数为：
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（3）则相位调制函数为：
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（4）其中，为信号lfm信号的带宽；s103、距离雷达处目标，相对于雷达的径向速度为，则所述距离雷达处目标的回波信号表达式为：（5）其中，为第个脉冲目标的延时，为目标多普勒频率；且
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（6）其中，，为慢时间；；为第个脉冲和第个脉冲之间的脉冲重复间隔为光速；将式（4）代入式（5）得：
（7）s104、经混频后的回波信号为：（8）其中，公式（8）的频谱为，当脉冲串信号每个脉冲的载频；重频；脉宽均发生捷变时，称为载频、重频、脉宽捷变信号。
9.进一步，所述s2包括：s201、为干扰机与雷达之间的距离；发射信号到干扰机的延时为；当假目标距离比干扰机近，则需要提前时间发射干扰信号，则干扰机在雷达回波中的延时为；假目标在雷达回波中的延时为：
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（9）由于，prf在各脉冲之间发生了捷变，则假目标延时在各脉冲也发生捷变；s202、假目标回波表达式为：
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（10）其中，假目标多普勒频移。
10.进一步，所述s3包括：s301、由于信号脉宽发生了捷变，在对回波信号进行匹配滤波时，匹配滤波器的波形将在每个脉冲发生变化，第个脉冲的lfm信号匹配滤波器的频率特性为：
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（11）其中，为第个脉冲的调频斜率；s302、将式（8）的信号输入匹配滤波器，第个脉冲输出信号的频谱为：
（12）由式（12）得时域信号表达式为：（13）式（13）最终得匹配滤波后的时域表达式为：（14）式（14）中后两个相位项忽略不计，近似为：（15）由式（15）和式（16）得出，匹配滤波后的相位与载频和重复周期有关，为保证真实目标相参积累损失小，需满足的约束条件。
11.进一步，所述s5中，在脉冲维，统计n个脉冲中每个距离维单脉冲过检测门限的总次数，形成距离、单脉冲过门限次数统计图；对于过门限的距离单元，如果所述过检测门限的总次数大于0小于3，则将脉冲压缩回波矩阵中对应脉冲、距离单元数值置零，即剔除。
12.进一步，所述动目标检测包括对脉冲压缩后的回波矩阵在每个距离单元脉冲维进行fft，对于不同速度的目标，在相应的滤波器通道实现相参积累。
13.本发明的有益效果为：解决常规雷达信号处理样式无法抗转发式假目标干扰的问题，提出脉间波形捷变工作方式，针对这种工作方式提出了新的信号处理方法，达到了既能抗转发式假目标干扰，又能保留真实目标的效果。
附图说明
14.图1 为本发明一种雷达脉间波形捷变抗转发式假目标干扰的方法的流程图；图2为 lfm信号包络实部和虚部图；图3为flm信号频谱图；图4为发射信号、假目标波形图；图5为载频、重频和脉宽参数捷变图；图6为连续四个脉冲雷达回波波形图；图7为干扰机目标和假目标回波连续四个脉冲压缩结果图；图8为连续四个脉冲回波单脉冲检测结果图；图9为距离、单脉冲过门限次数统计图；图10为 mtd处理距离、多普勒幅度图；图11为mtd处理距离幅度图；图12为干扰机目标和假目标回波cfar检测结果图。
具体实施方式
15.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
16.通常雷达在发射信号时，是以相参脉冲串的形式，脉冲串信号的载频、重频和脉宽通常是固定的。为了抗干扰和解决盲速问题，雷达会采取脉组载频、重频或脉宽捷变的工作方式，这种工作方式下，雷达的载频、重频和脉宽等参数具有较大的规律性，容易被分选识别，如果可以实现每发射一个脉冲，其载频、重频和脉宽均发生随机变化，即脉间波形捷变，就可以获得最优的抗侦察接受性能。
17.常规雷达发射相参脉冲串信号，信号处理流程首先进行匹配滤波（脉冲压缩），接着进行动目标检测（mtd），以提高检测信躁比最后进行恒虚警检测，判断目标有无。
18.首先对脉间载频、重频脉宽捷变回波和干扰信号数学建模。
19.请参阅图1，一种雷达脉间波形捷变抗转发式假目标干扰的方法，包括以下步骤：s1、建立脉间载频、重频、脉宽捷变雷达目标回波模型；s2、建立脉间载频、重频、脉宽捷变假雷达目标干扰模型；s3、对回波进行匹配滤波；s4、利用常规的cfar，对每个脉冲进行单脉冲检测；s5、距离单元畸点剔除；s6、动目标检测；s7、恒虚警检测。
20.所述s1包括：
s101、构建线性调频信号的发射信号：
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(1)其中，为第个脉冲线性调频复包络信号，且
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（2）其中，为快时间；为脉冲数索引；；为相参处理脉冲数；为虚数单位；为第个脉冲的宽度；当捷变时，表示脉宽捷变；为第个脉冲的信号载频，当捷变时表示载频捷变，为相位调制函数；s102、线性调频信号的频率调制函数为：s102、线性调频信号的频率调制函数为：
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（3）则相位调制函数为：
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（4）其中，为信号lfm信号的带宽；其中，某一周期脉冲宽度内部调制时域信号实部和虚部如图2所示，信号频谱如图3所示。
21.s103、距离雷达处目标，相对于雷达的径向速度为，则所述距离雷达处目标的回波信号表达式为：（5）其中，为第个脉冲目标的延时，为目标多普勒频率；且
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（6）其中，，为慢时间；；为第个脉冲和第
个脉冲之间的脉冲重复间隔为光速；将式（4）代入式（5）得：（7）s104、经混频后的回波信号为：（8）其中，公式（8）的频谱为，当脉冲串信号每个脉冲的载频，重频，脉宽均发生捷变时，称为载频、重频、脉宽捷变信号。
22.即式（8）为脉间载频、重频、脉宽捷变目标回波模型。
23.干扰机在侦察到雷达发射脉冲信号后，对其进行复制转发，并与真实目标回波进行叠加，如果复制的假目标位于干扰机后方远距离，则延时后再转发即可在远距离处出现假目标，这种情况可成功进行干扰。考虑假目标位于真目标前方近距离，则干扰机需要在雷达发射脉冲到达干扰机之前就发射干扰，这是不可能的，通常干扰机利用上一周期的载频、重频和脉宽值来进行干扰，如图4所示。
24.图4中的（a）图为雷达发射脉冲波形，图4中的（b）图为信号到达干扰机处的波形，假设干扰机与雷达之间的距离为，则图4中的（b）图相对于图4中的（a）图的延时为，假设假目标距离比干扰机近，则需要提前时间发射干扰信号，如图4中的（c）图，则干扰机在雷达回波中的延时为，所述s2包括：s201、为干扰机与雷达之间的距离；发射信号到干扰机的延时为；当假目标距离比干扰机近，则需要提前时间发射干扰信号，则干扰机在雷达回波中的延时为；假目标在雷达回波中的延时为：
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（9）由于，prf在各脉冲之间发生了捷变，则假目标延时在各脉冲也发生捷变；s202、假目标回波表达式为：
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（10）；其中，假目标多普勒频移。
25.其中，模拟场景：干扰机位于100km处，假目标位于干扰机前方距离雷达60km处，发射32个脉冲，每个脉冲的载频、重周和脉宽捷变参数变化如图5所示，目标连续四个脉冲的回波如图6所示。
26.由图6可以看出，干扰机，即真目标，在雷达回波中距离固定，但假目标距离在雷达回波中出现参差。
27.所述s3包括：s301、由于信号脉宽发生了捷变，在对回波信号进行匹配滤波即脉冲压缩时，匹配滤波器的波形将在每个脉冲发生变化，第个脉冲的lfm信号匹配滤波器的频率特性为：
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（11）其中，为第个脉冲的调频斜率；s302、将式（8）的信号输入匹配滤波器，第个脉冲输出信号的频谱为：（12）由式（12）得时域信号表达式为：（13）式（13）最终得匹配滤波即脉冲压缩后的时域表达式为：
（14）式（14）中后两个相位项忽略不计，近似为：（15）由式（15）和式（16）得出，匹配滤波后的相位与载频和重复周期有关，为保证真实目标相参积累损失小，需满足的约束条件。
28.其中，模拟场景所描述的真目标和假目标经过匹配滤波后的波形如图7所示，波形捷变。
29.从图7可以看出，对于载频重频和脉宽捷变信号，匹配滤波后，真目标在距离上的位置和幅度显示正常，单假目标在距离上发射了参差，在幅度上发生了畸变。
30.单脉冲检测：对于匹配滤波后的回波矩阵，逐个脉冲进行单脉冲检测，单脉冲检测利用常规的cfar处理即可，单脉冲检测后的结果如图8所示。
31.所述s5中，在脉冲维，统计n个脉冲中每个距离维单脉冲过检测门限的总次数，形成距离、单脉冲过门限次数统计图；如图9所示。
32.对于过门限的距离单元，如果所述过检测门限的总次数大于0小于3，则将脉冲压缩回波矩阵中对应脉冲、距离单元数值置零，即剔除。
33.动目标检测（mtd）：mtd的核心是mti加窄带多普勒滤波器组，mti用于对杂波进行抑制（白化），窄带滤波器组可对相参脉冲串进行匹配滤波。
34.所述动目标检测包括对脉冲压缩后的回波矩阵在每个距离单元脉冲维进行fft，对于不同速度的目标，在相应的滤波器通道实现相参积累。
35.对图7干扰机目标和假目标回波连续四个脉冲压缩结果进行mtd处理后，其距离、多普勒幅度图如图10所示，距离幅度图如图11所示。
36.由图10和图11可以看出，mtd处理后，假目标幅度被抑制到很小，而真实的干扰机平台位于100km，mtd使得目标信噪比得到进一步提升。
37.恒虚警检测（cfar）：由于雷达检测目标是在噪声和杂波环境种进行，噪声和杂波会造成虚警，cfar检测是在保持虚警概率恒定的前提下，使得检测概率最大。对于图10和图11所示的mtd后的信号进行cfar检测，可得到图12所示的cfar检测结果。
38.从图12可以看出，假目标干扰没有在cfar检测端形成目标，而正常目标被检测出来，证明了本发明信号处理方法的有效性。
39.以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求。