基于相干FDA的二维空时编码干扰抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相干FDA的二维空时编码干扰抑制方法，本发明专利技术依据相干FDA中的角度‑频率依赖特性，将二维空时编码技术与相干频率分集阵结合起来，为了满足实际需求，设计了波形的接收处理程序，包括接收波束形成、时间‑角度匹配滤波和多普勒补偿等。通过对相干FDA发射信号的二维空时编码，解决了相干FDA中距离分辨率降低的问题，本发明专利技术在提高干扰抑制性能的同时，降低了距离旁瓣电平；显著提高强杂波中的目标检测性能。

Interference suppression method of two-dimensional space-time coding based on coherent FDA

The invention discloses a two-dimensional space-time coding interference suppression method based on coherent FDA. According to the angle \u2011 frequency dependence characteristic of coherent FDA, the invention combines two-dimensional space-time coding technology with coherent frequency diversity array. In order to meet the actual demand, the receiving processing program of waveform is designed, including receiving beamforming, time \u2011 angle matching filtering, Doppler compensation, etc \u3002 Through the two-dimensional space-time coding of the coherent FDA transmitted signal, the problem of reducing the range resolution in the coherent FDA is solved. The invention improves the interference suppression performance, reduces the range sidelobe level, and significantly improves the target detection performance in the strong clutter.

【技术实现步骤摘要】
基于相干FDA的二维空时编码干扰抑制方法
本专利技术属于雷达信号处理
，尤其涉及一种基于相干FDA的二维空时编码干扰抑制方法。
技术介绍
相控阵(PA)雷达可以通过电子方式将波束导向具有最大增益的特定方向。对于所有范围，波束指向一个给定角度。相反，频率分集阵(FDA)可以通过在阵元上采用小的频率增量来产生距离-角度-时间相关的波束方向图。它可以根据传输的波形分为两类：相干的FDA和多输入多输出(MIMO)FDA。与利用一组正交波形的多输入多输出FDA相比，相干的FDA传输单个频移波形。作为一种简单的发射分集技术，相干FDA通过发送相同的波形，新阵列结构能够全角度覆盖，并且在每个方向上具有稳定的增益。它与传统的多输入多输出(MIMO)雷达明显不同，传统的多输入多输出(MIMO)雷达需要信道之间的正交信号。波形分集技术基于发射正交波形，这在实际情况下难以实现，波形之间的互相关，通常会引起相对高的旁瓣电平，导致其对弱目标检测的准确性较低。而且不同角度之间的增益波动不可忽略。尽管可以在频率分集中获得正交性，但是大的频率差异不可避免地导致参数的估计误差和输出信噪比(SNR)的损失。相干FDA的独特性已经得到了广泛研究。相干FDA可以实现全空间照射，具有宽发射窄接收的能力。特别是，在没有加窗的情况下，距离旁瓣电平几乎可以降低到-45dB，这可以显著提高强杂波中的目标检测性能。但是相干FDA的宽波束照射是以牺牲距离分辨率为代价的。因此，如何在相干FDA中消除距离分辨率降低的问题是该领域面对的一大难题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提出一种基于相干FDA的二维空时编码干扰抑制方法。将二维空时编码与相干FDA相结合，设计了波形的接收处理程序，提高了干扰抑制性能、增强了距离分辨率，同时降低了距离旁瓣电平，显著提高强杂波中的目标检测性能。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以解决。基于相干FDA的二维空时编码干扰抑制方法，包括以下步骤：步骤1，建立相干FDA模型，得到相干FDA的发射信号和接收信号Y(t-τ，θ)；根据发射方向图在相干FDA中的距离-角度依赖性，构建匹配函数h(t，θ0)；步骤2，构建二维空时编码模型，并对相干FDA的发射信号进行二维空时编码，得到空时编码后的发射信号sSTC，k(t，θ)；步骤3，相干FDA的发射信号进行二维空时编码之后得到对应的空时编码后接收信号Yk(t，θ0)；对空时编码后接收信号Yk(t，θ0)依次进行接收波束形成和对应的匹配滤波，得到空时编码后对应的匹配滤波输出步骤4，判断相干FDA是否存在距离模糊，若是，则对空时编码后对应的匹配滤波输出进行多普勒补偿，得到多普勒补偿后的回波；否则，对空时编码后对应的匹配滤波输出进行相干求和，得到相干求和后的回波；多普勒补偿后的回波和相干求和后的回波即为干扰抑制后的回波。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术依据相干FDA中的角度-频率依赖特性，将空时编码技术与相干频率分集阵结合起来，为了满足实际需求，设计了波形的接收处理程序，包括接收波束形成、时间-角度匹配滤波和多普勒补偿等，本专利技术在提高干扰抑制性能的同时，降低了距离旁瓣电平；显著提高强杂波中的目标检测性能，实现了在相干FDA中消除距离分辨率降低的问题。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。图1是本专利技术的实现过程流程图；图2是在相干FDA中提出二维空时编码结构图；图3是本专利技术实施例中动目标获得的一维距离剖面图；其中，(a)为动目标获得的一维距离剖面图；(b)为图(a)中距离为2.8-3.2km处的放大图；图4是本专利技术实施例中当波束形成角度时匹配滤波之后的结果图；其中，(a)为传统FDA对应结果图，(b)为Barker-FDA对应结果图，(c)为本专利技术方法对应结果图；图5是本专利技术仿真当波束形成角度时匹配滤波之后的结果图；其中，(a)为传统FDA对应结果图，(b)为Barker-FDA对应结果图，(c)为本专利技术方法对应结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例及效果作进一步详细描述。本专利技术的一种基于相干FDA的二维空时编码干扰抑制方法，按照以下步骤实施：步骤1，建立相干FDA模型，获取相干FDA的发射信号和接收信号Y(t-τ，θ)；根据发射方向图在相干FDA中的距离-角度依赖性，构建匹配函数h(t，θ0)；子步骤1.1，设定相干FDA模型为在载频为f0下工作的M个发射阵元和N个接收阵元构成的等距线阵FDA；则第m个发射阵元的发射频率为：fm＝f0+(m-1)Δf，m＝1，2，...，M；其中，Δf是频率增量；第m个发射阵元的发射信号的表达式可以写成：其中，φ(t)是基带波形，j为虚数单位，t为时间；本实施例中，选择常用的线性调频信号(LFM)作为基带波形，可以写成其中，μ＝B/T是调频率，B是信号带宽，T是脉冲重复时间，矩形包络可以写成子步骤1.2，设定第一发射阵元为参考阵元，相对于参考阵元角度为θ、距离为R的远场点目标，在窄带探测信号下，第n个接收阵元的接收信号可以表示为：其中，n＝1，2，...，N，N为接收阵元总数；ξ是目标反射系数，d＝λ0/2是阵元间距，λ0＝c/f0是载波波长，c是光速，τm，n＝τ-d(m-1)sinθ/c-d(n-1)sinθ/c是由第m个阵元发射并由第n个阵元接收的信号的时间延迟，τ＝2R/c。因此，来自N个接收通道的接收信号可以表示为：其中，是接收矢量，是等效的发射波束图，(·)T表示转置操作。子步骤1.3，N个接收通道的接收信号进行接收波束形成，得到波束形成后的回波信号其可以表示为：其中，勾与参考阵元之间角度为θ的远场点目标的波束形成方向，是波束形成方向的接收权矢量，()H表示共轭转置操作。子步骤1.4，根据发射方向图在相干FDA中的距离-角度依赖性，构造匹配滤波器的匹配函数为：其中，(·)*表示共轭操作。步骤2，构建二维空时编码模型，并对相干FDA的发射信号进行二维空时编码，得到空时编码后的发射信号sSTC，k(t，θ)；具体地，参照图2，在第k个脉冲的第m个发射阵元上，发射信号的二维空时编码可以表示为：αk，m＝e-j2π(m-1)(k-1)ΔfB/μ/M，m＝1，2，…，M；k＝1，2，…，M在Δf＝1/T的条件下，二维空时编码可以简化为：αk，m＝e-j2π(m-1)(k-1)/M因此，对相干FDA的发射信号进行二维空时编码，得到第k个脉冲的加权输出可以表示为：sSTC，k(t，θ)即为空时编码后的发射信号。如图1所示，发射信号经二维空时编码加权后，再依次经过数模转换(DAC)、低通滤波/带通滤波(LPF/BPF)后转变为能够被接收端接收的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于相干FDA的二维空时编码干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，建立相干FDA模型，得到相干FDA的发射信号

【技术特征摘要】
1.基于相干FDA的二维空时编码干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立相干FDA模型，得到相干FDA的发射信号和接收信号Y(t-τ,θ)；根据发射方向图在相干FDA中的距离-角度依赖性，构建匹配函数h(t,θ0)；
步骤2，构建二维空时编码模型，并对相干FDA的发射信号进行二维空时编码，得到空时编码后的发射信号sSTC,k(t,θ)；
步骤3，相干FDA的发射信号进行二维空时编码之后得到对应的空时编码后接收信号Yk(t,θ0)；对空时编码后接收信号Yk(t,θ0)依次进行接收波束形成和对应的匹配滤波，得到空时编码后对应的匹配滤波输出
步骤4，判断相干FDA是否存在距离模糊，若是，则对空时编码后对应的匹配滤波输出进行多普勒补偿，得到多普勒补偿后的回波；否则，对空时编码后对应的匹配滤波输出进行相干求和，得到相干求和后的回波；多普勒补偿后的回波和相干求和后的回波即为干扰抑制后的回波。


2.根据权利要求1所述的基于相干FDA的二维空时编码干扰抑制方法，其特征在于，步骤1中，所述建立相干FDA模型，获取相干FDA的发射信号和接收信号Y(t-τ,θ)，其具体为：
首先，设定相干FDA模型为在载频为f0下工作的M个发射阵元和N个接收阵元构成的等距线阵FDA；则第m个发射阵元的发射频率为：
fm＝f0+(m-1)△f,m＝1,2,…,M；
其中，Δf是频率增量；
则第m个发射阵元的发射信号的表达式为：



其中，φ(t)是基带波形，j为虚数单位，t为时间；
其次，设定第一发射阵元为参考阵元，相对于参考阵元角度为θ、距离为R的远场点目标，在窄带探测信号下，第n个接收阵元的接收信号表示为：



其中，n＝1,2,…,N，N为接收阵元总数；ξ是目标反射系数，d＝λ0/2是阵元间距，λ0＝c/f0是载波波长，c是光速，τm,n＝τ-d(m-1)sinθ/c-d(n-1)sinθ/c是由第m个发射阵元发射并由第n个接收阵元接收的信号的时间延迟，且τ＝2R/c；
则来自N个接收通道的接收信号表示为:



其中，是接收矢量，是等效的发射波束图，(·)T表示转置操作；
最后，N个接收通道的接收信号进行接收波束形成，得到波束形成后的回波信号其表达式为：



其中，为与参考阵元夹角为θ的点目标的波束形成方向，是波束形成方向的接收权矢量，上标H表示共轭转置操作。


3.根据权利要求1所述的基于相干FDA的二维空时编码干扰抑制方法，其特征在于，步骤1中，所述匹配函数h(t,θ0)的表达式为：



其中，为波束形成方向，j为虚数单位，t为时间，d＝λ0/2是阵元间距，λ0＝c/f0是载波波长，c是光速；为第m个发射阵元的发射信号，(·)*表示共轭操作。


4.根据权利要求1所述的基于相干FDA的二维空时编码干扰抑制方法，其特征在于，步骤2中，所述二维空时编码模型的表达式为：
αk,m＝e-j2π(m-1)(k-1)△fB/μ/M，m＝1,2,…,M；k＝1,2,…,M
其中，αk,m为第k个脉冲的第m个发射阵元对应的二维空时编码，M为发射阵总数，j为虚数单位，△f为频率增量，μ是调频率，B是信号带宽；
在△f＝1/T的条件下，上式简化为：
αk,m＝e-j2π(m-1)(k-1)/M；
其中，T为脉冲重复时间。


5.根据权利要求1所述的基于相干FDA的二维空时编码干扰抑制方法，其特征在于，所述空时编码后的发射信号的表达式为：


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【专利技术属性】
技术研发人员：朱圣棋，王华柯，吕微慧，许京伟，曾操，杨帆，朱晶晶，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61