星载GNSS-S雷达舰船目标信号接收与直射干扰抑制方法技术

本发明专利技术涉及一种星载GNSS

【技术实现步骤摘要】
星载GNSS
‑
S雷达舰船目标信号接收与直射干扰抑制方法


[0001]本专利技术涉及一种星载GNSS
‑
S雷达舰船目标信号接收与直射干扰抑制方法。

技术介绍

[0002]大区域海面舰船目标探测一直是科学研究的热点，受海上云雨雾等天气的影响，光学传感器难以在探测中发挥其高分辨率成像与识别优势，而星载SAR系统则能够穿云透雾，具备全天时全天候对海观测的特点，适合海面舰船目标的高分辨率成像与探测应用。但是，现有的星载SAR系统难以实现舰船目标的长时间跟踪，且现有技术通常采用主动发射大功率信号的方式，因此易被截获与干扰。
[0003]对此，一些技术利用导航卫星信号的反射信号(GNSS
‑
R)完成海面风场探测，并实现了低轨卫星搭载试验。同时，也有技术提出在地基利用导航卫星信号的散射信号(GNSS
‑
S)实现星发地收双站SAR成像，但受限于导航卫星信号的有效带宽，其成像分辨率一般在10m以上，因此难以实现米级分辨率SAR成像，不利于图像域舰船目标识别。
[0004]而星载GNSS
‑
S雷达则可以接收导航卫星信号的舰船目标散射信号，再经过信号处理后即可实现舰船目标探测，无需主动发射大功率信号，具有低功耗、轻量化等优势，或将成为空间对海面舰船探测的重要技术手段之一。然而，导航卫星信号功率较低，再经过双程衰减后，舰船目标散射信号功率远低于噪声功率。此外，由于在轨导航卫星数量较多，因此部分导航卫星信号将直接进入星载GNSS
‑
S雷达天线而成为直射干扰信号，且直射干扰信号功率比舰船目标散射信号功率一般要大30
‑
50dB。因此，亟待探索出一种大范围海面舰船目标信号接收与直射干扰信号抑制技术，以提高对大范围海面舰船目标的探测性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种星载GNSS
‑
S雷达舰船目标信号接收与直射干扰抑制方法。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种星载GNSS
‑
S雷达舰船目标信号接收与直射干扰抑制方法，包括以下步骤：
[0007]a、对天线进行优化；
[0008]b、对直射干扰信号抑制进行优化；
[0009]c、对GNSS
‑
S信号进行数字波束形成。
[0010]根据本专利技术的一个方面，星载GNSS
‑
S雷达天线为非均匀子阵式多通道天线，包括：
[0011]M
×
N个非均匀子阵天线，用于以宽波束对大区域海面舰船目标的散射信号进行接收，每个子阵天线的阵元数为K
m,n
，取3
‑
10，距离向第n个阵元位置相对于距离向第1个阵元的位置偏移为d
n
；
[0012]数字接收组件，用于对非均匀子阵天线输出的GNSS
‑
S信号进行低噪声放大、带通滤波、下变频、中频放大、中频信号采样量化，获得数字域中频GNSS
‑
S信号，记方位向第m个、距离向第n个数字域中频GNSS
‑
S信号为s
m,n
(t)，t为快时间变量。
[0013]根据本专利技术的一个方面，在所述步骤(a)中，对非均匀子阵式多通道天线的非均匀子阵排布和子阵天线的阵元数进行优化，包括：
[0014]a1、根据天线扫描范围、天线总增益、子阵天线增益、天线主瓣宽度、天线副瓣电平，建立非均匀子阵天线优化多目标函数，搜索优化各子阵天线的阵元数，使整个天线方向图满足总增益最大、天线主瓣宽度最小、天线副瓣电平最小；
[0015]a2、利用并行遗传算法对非均匀子阵天线优化多目标函数的变量进行搜索优化，获得非均匀子阵式多通道天线的最优排布方式、子阵天线的阵元数、各子阵天线对应的最优复数权值。
[0016]根据本专利技术的一个方面，天线在方位向扫描范围为在距离向扫描范围为θ∈[
‑
θ
max
,θ
max
]，取3
°‑6°
，θ
max
取20
°‑
30
°
；
[0017]天线总增益G≥G0，子阵天线增益GS≥GS0，G0取30dB
‑
45dB，GS0取10dB
‑
20dB；
[0018]天线在方位向的主瓣宽度Φ≤Φ0，天线在距离向的主瓣宽度Θ≤Θ0，Φ0取1
°‑2°
，Θ0取3
°‑6°
；
[0019]当天线波束中心指向时，天线方向图的副瓣电平为P0取
‑
13dB至
‑
18dB；
[0020]非均匀子阵天线优化多目标函数为：
[0021][0022]加权组合后的目标函数为：
[0023]f(K
m,n
,d
n
,A
m,n
,a
m,n
)＝
‑
w1·
f1+w2·
f2+w3·
f3+w4·
f4；
[0024]其中，且w1∈[0.2,0.3],w2∈[0.1,0.2],w3∈[0.1,0.2],w4∈[0.5,0.8]；多目标函数优化的变量为K
m,n
、d
n
、A
m,n
、a
m,n
；K
m,n
为方位向第m个、距离向第n个子阵天线的天线阵元数，且K
m,n
∈[3,10]；d
n
为第n个距离向子阵沿方位向的距离偏移量，且d
n
∈[0,10λ
c
]，λ
c
为工作中心频率对应的波长；A
m,n
与a
m,n
分别为方位向第m个、距离向第n个子阵天线的幅度值与相位值；P
SL
(
·
)为求取天线方向图最大副瓣电平的函数；
[0025]利用并行遗传算法对加权组合后的目标函数f(K
m,n
,d
n
,A
m,n
,a
m,n
)进行搜索优化，获得多目标函数变量的最优值opt{K
m,n
}、opt{d
n
}、opt{A
m,n
}、opt{a
m,n
}，获得各个子阵天线的阵元数opt{K
m,n
}与距离向的偏移量opt{d
n
}，完成非均匀子阵式多通道天线布阵。
[0026]根据本专利技术的一个方面，在所述步骤(b)中，对非均匀子阵式多通道天线进行优化，对多颗导航卫星直射干扰信号进行深度抑制。
[0027]根据本专利技术的一个方面，所述步骤(b)包括：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载GNSS
‑
S雷达舰船目标信号接收与直射干扰抑制方法，包括以下步骤：a、对天线进行优化；b、对直射干扰信号抑制进行优化；c、对GNSS
‑
S信号进行数字波束形成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，星载GNSS
‑
S雷达天线为非均匀子阵式多通道天线(20)，包括：M
×
N个非均匀子阵天线(201)，用于以宽波束对大区域海面舰船目标的散射信号进行接收，每个子阵天线的阵元数为K
m,n
，取3
‑
10，距离向第n个阵元位置相对于距离向第1个阵元的位置偏移为d
n
；数字接收组件(202)，用于对非均匀子阵天线(201)输出的GNSS
‑
S信号进行低噪声放大、带通滤波、下变频、中频放大、中频信号采样量化，获得数字域中频GNSS
‑
S信号，记方位向第m个、距离向第n个数字域中频GNSS
‑
S信号为s
m,n
(t)，t为快时间变量。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，对非均匀子阵式多通道天线(20)的非均匀子阵排布和子阵天线的阵元数进行优化，包括：a1、根据天线扫描范围、天线总增益、子阵天线增益、天线主瓣宽度、天线副瓣电平，建立非均匀子阵天线优化多目标函数，搜索优化各子阵天线的阵元数，使整个天线方向图满足总增益最大、天线主瓣宽度最小、天线副瓣电平最小；a2、利用并行遗传算法对非均匀子阵天线优化多目标函数的变量进行搜索优化，获得非均匀子阵式多通道天线(20)的最优排布方式、子阵天线的阵元数、各子阵天线对应的最优复数权值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，天线在方位向扫描范围为在距离向扫描范围为θ∈[
‑
θ
max
,θ
max
]，取3
°‑6°
，θ
max
取20
°‑
30
°
；天线总增益G≥G0，子阵天线增益GS≥GS0，G0取30dB
‑
45dB，GS0取10dB
‑
20dB；天线在方位向的主瓣宽度Φ≤Φ0，天线在距离向的主瓣宽度Θ≤Θ0，Φ0取1
°‑2°
，Θ0取3
°‑6°
；当天线波束中心指向时，天线方向图的副瓣电平为P0取
‑
13dB至
‑
18dB；非均匀子阵天线优化多目标函数为：加权组合后的目标函数为：f(K
m,n
,d
n
,A
m,n
,a
m,n
)＝
‑
w1·
f1+w2·
f2+w3·
f3+w4·
f4；其中，且w1∈[0.2,0.3],w2∈[0.1,0.2],w3∈[0.1,0.2],w4∈[0.5,0.8]；多目标函数优化的变量为K
m,n
、d
n
、A
m,n
、a
m,n
；K
m,n
为方位向第m个、距离向第n个子阵天线的天线阵元数，且K
m,n
∈[3,10]；d
n
为第n个距离向子阵沿方位向的距离偏移量，且d
n
∈[0,10λ
c
]，λ
c
为工作中心频率对应的波长；A
m,n
与a
m,n
分别为方位向第m个、距离向第n个子阵天线的幅度值
与相位值；P
SL
(
·
)为求取天线方向图最大副瓣电平的函数；利用并行遗传算法对加权组合后的目标函数f(K
m,n
,d
n
,A
m,n
,a
m,n
)进行搜索优化，获得多目标函数变量的最优值opt{K
m,n
}、opt{d
n
}、opt{A
m,n
}、opt{a
m,n
}，获得各个子阵天线的阵元数opt{K
m,n
}与距离向的偏移量opt{d
n
}，完成非均匀子阵式多通道天线(20)布阵。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，对非均匀子阵式多通道天线(20)进行优化，对多颗导航卫星直射干扰信号进行深度抑制。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)包括：b1、建立直射干扰信号抑制优化多目标函数，对P个导航卫星直射干扰信号实现抑制深度最大化，使整个天线方向图满足总增益最大、天线主瓣宽度最小、天线副瓣电平最小；b2、利用并行遗传算法对直射干扰信号抑制优化多目标函数进行搜索优化，获得各个子阵天线的最优复数权值，实现对P个直射干扰信号的深度抑制。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏正欢，刘新，赵志龙，张涛，尹心，董启甲，徐振兴，金世超，王海涛，岳富占，彭涛，
申请(专利权)人：北京卫星信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：