一种等距分布子阵列系统及抗伴飞式干扰的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种等距分布子阵列抗伴飞式干扰的方法，属于雷达信号与信息处理技术领域，本发明专利技术提供的方法首先通过在子阵上运用含有MLM约束的旁瓣干扰置零技术对旁瓣干扰加以抑制并保留主瓣干扰及目标信号；其次，基于主瓣目标及干扰信号在各子阵间的稀疏性，运用优化方法检测主瓣内的目标及干扰信号并实现二者的分离；最后，综合运用FA技术和基于坐标聚类的角度坐标解模糊算法，实现了目标角度估计。本发明专利技术提供的方法通过理论推导与仿真分析表明，在该主瓣干扰场景下具有较高的目标与干扰分辨能力、目标检测能力及角度估计精度。目标检测能力及角度估计精度。目标检测能力及角度估计精度。

【技术实现步骤摘要】
一种等距分布子阵列系统及抗伴飞式干扰的方法


[0001]本专利技术属于雷达信号与信息处理
，具体涉及一种等距分布子阵列系统及抗伴飞式干扰的方法。

技术介绍

[0002]伴飞式干扰(问题P1)通常由拖曳式或投掷式有源干扰设备产生，其干扰载体通常与战机共同处于主瓣内并存在一定的角度差异。运用主瓣干扰对消技术(MLC)可控制天线方向图在主瓣干扰方向形成凹口，从而实现对该类干扰增益置零。然而，在空地电子对抗过程中，战机通过运用战术、技术手段可有效压缩其与干扰设备之间的角度差异，使其亦处于主瓣方向图凹口方向，导致雷达系统大幅度地降低对战机的检测与跟踪性能。若天线系统采用大型阵列天线，主瓣凹口宽度将显著降低，当天线孔径足够大时，主瓣凹口将不再覆盖战机方向，从而使得雷达系统可以实现对战机的检测与跟踪。然而，运用稀疏孔径技术构建大型阵列天线具有阵元数量多、难以机动的特点，难以满足车载雷达设计需求。
[0003]由目前的稀疏阵列优化算法可知，这些算法在优化主瓣、旁瓣电平及阵列稀疏度的同时抑制了天线方向图栅瓣，无栅瓣方向图在主瓣方向上的天线增益远高于其它方向，运用该特性进行目标检测不会出现角度模糊问题，使得该类天线可以较容易地确定目标方向。然而，对于相同的主瓣宽度，无栅瓣阵列通常比有栅瓣阵列需要设置更多的天线阵元，对于大型阵列天线(孔径达到数十米或更大)，两种阵列样式的阵元数量差异将变得尤为显著。为了进一步降低天线系统阵元数，我们提出了等距分布子阵列抗伴飞式干扰技术。
[0004]等距分布子阵列(uniformly distributed sub arrays,UDSA)是一种典型的阵列样式，此处设置系统内各子阵列具有相同的阵列结构且子阵间距远大于半波。由阵列信号处理理论可知，当该系统各阵元具有相同的方向图时，其合成方向图将具有一个主瓣和多个栅瓣，且其栅瓣分布具有较强的规律性。进一步分析可知，该系统主瓣宽度由其总跨度决定，在该系统子阵数量固定条件下，可通过增加子阵间距提升主瓣分辨能力，该特性对于分辨主瓣内的目标与伴飞式干扰信号具有重要意义。然而，当子阵列间距增加时(总跨度达数十米以上)，该系统将面临若干需要处理的技术问题：首先，传统的窄带雷达信号在大尺度阵列上不再保持“窄带特性”，即目标回波频带内各频点导向矢量不再相同，因此该系统需要在时频域对各路接收信号作预处理使其满足分布式天线对信号带宽的限制；其次，为了保证在外部干扰抑制过程中不破坏系统栅瓣规律性，该系统需要在各个子阵上设计相同的干扰抑制滤波器滤除旁瓣干扰，并需要保证主瓣干扰和目标获得足够增益；最后，阵列方向图栅瓣会导致角度测量模糊，需要给出相应的解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种等距分布子阵列系统及抗伴飞式干扰的方法。
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种等距分布子阵列抗伴飞式干扰的方法，包括以下
步骤：
[0007]S1、将等距分布子阵列系统中各天线输入的目标回波及多个干扰信号进行时频域预处理滤至相同的窄带范围内，使得系统输入信号满足窄带条件，窄带范围内方向为θ的目标导向矢量可表示为：
[0008][0009]其中，表示Kronecher积，ad(sinθ)表示子阵间导向矢量，as(sinθ)表示子阵内部导向矢量，a
d
(sinθ)与a
s
(sinθ)分别可表示为：
[0010][0011][0012]其中，θ为角度，λ为探测信号波长，d为阵元间距，L为阵列间距，M为子阵数量，N为子阵上的阵元数量；
[0013]S2、对步骤S1经过预处理的目标回波及多个干扰信号进行空域滤波处理，接着将处理过的目标回波及多个干扰信号输入到等距分布子阵列系统中的各子阵中，各子阵运用相同的旁瓣干扰抑制滤波器对各子阵的旁瓣干扰进行抑制，抑制过程中对主瓣进行保形，各子阵滤除旁瓣干扰后，输出的目标回波及多个干扰信号可表示为：
[0014][0015]其中，w
SLC
为子阵空域滤波器，I
M
×
M
为单位矩阵，z
d
为旁瓣对消器输出信号，z为旁瓣对消器输入信号；
[0016]S3、通过稀疏检测模型对子阵间的各步骤S2输出的目标回波及多个干扰信号实现目标信号检测，并运用如下优化方法对其进行求解：
[0017][0018]其中，Φ为传感矩阵，且Φ＝[a
d
(sinθ0)，a
d
(sinθ1)，
…
，a
d
(sinθ
I
‑1)]，导向矢量a
d
(sinθ)在sinθ域以λ/L为周期，为了避免传感矩阵列向量重复，此处在一个周期内取I个导向矢量，每个矢量对应的角度θi满足如下关系：
[0019]θ
i
＝arcsinξ
i
，
[0020]ξ
i
＝ξ0+iΔ，0≤i≤I
‑
1，
[0021][0022]其中，θ0是子阵波束中心指向，ξ0＝sinθ0，对应于波束中心指正的参考正弦值，各角度正弦值ξ
i
构成等差数列，差值为Δ，其中I为角度采样数，λ为波长，此时无模糊测量区间范围为θ∈[θ0，θ
u
)，其中
[0023]S4、通过频率捷变(FA)技术在不同的载频上对步骤S3得到的同一个目标的角度x进行多次测量并获取各自的余数，不同载频对应的余数集合之间的关系满足如下同余方程
组：
[0024][0025]其中，K代表FA过程中的不同载波数量，I
k
为无模糊角度采样个数；
[0026]S5、基于模糊坐标聚类算法对步骤S4中的目标角度坐标x
k
进行处理，得到目标坐标均值。
[0027]优选的，步骤S1中，所述时频域预处理包括以下步骤：
[0028]为等距分布子阵列系统中的各天线接收机分别设置了一组相互毗邻、并覆盖全距离段的距离选通信号，每个距离选通信号宽度按照雷达距离分辨力设定，并为每个距离选通信号对应设置一个窄带滤波器，使各窄带滤波器工作在相同频点，当关注的目标速度未知时，该频点设置于零多普勒频移处，当速度已存在估计值时，频点设置于相应的多普勒频移处，各天线接收机接收到的多普勒频移不敏感的目标回波及多个干扰信号通过对应的距离选通信号以及窄带滤波器滤波至相同的窄带范围内。
[0029]优选的，步骤S1中，所述时频域预处理包括以下步骤：
[0030]为等距分布子阵列系统中的各天线接收机分别设置了一组相互毗邻、并覆盖全距离段的距离选通信号，每个距离选通信号宽度按照雷达距离分辨力设定，并为每个距离选通信号对应设置一组滤波器组，滤波器组的频率覆盖范围与目标信号的无模糊测频范围相同，各天线接收机接收到的多普勒频移敏感的目标回波及多个干扰信号通过对应的距离选通信号以及窄带滤波器滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等距分布子阵列抗伴飞式干扰的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将等距分布子阵列系统中各天线输入的目标回波及多个干扰信号进行时频域预处理滤至相同的窄带范围内，使得系统输入信号满足窄带条件，窄带范围内方向为θ的目标导向矢量可表示为：其中，表示Kronecher积，a
d
(sinθ)表示子阵间导向矢量，a
s
(sinθ)表示子阵内部导向矢量，a
d
(sinθ)与a
s
(sinθ)分别可表示为：(sinθ)分别可表示为：其中，θ为角度，λ为探测信号波长，d为阵元间距，L为阵列间距，M为子阵数量，N为子阵上的阵元数量；S2、对步骤S1经过预处理的目标回波及多个干扰信号进行空域滤波处理，接着将处理过的目标回波及多个干扰信号输入到等距分布子阵列系统中的各子阵中，各子阵运用相同的旁瓣干扰抑制滤波器对各子阵的旁瓣干扰进行抑制，抑制过程中对主瓣进行保形，各子阵滤除旁瓣干扰后，输出的目标回波及多个干扰信号可表示为：其中，w
SLC
为子阵空域滤波器，I
M
×
M
为单位矩阵，z
d
为旁瓣对消器输出信号，z为旁瓣对消器输入信号；S3、通过稀疏检测模型对子阵间的各步骤S2输出的目标回波及多个干扰信号实现目标信号检测，并运用如下优化方法对其进行求解：其中，Φ为传感矩阵，且Φ＝[a
d
(sinθ0)，a
d
(sinθ1)，
…
，a
d
(sinθ
l
‑1)]，导向矢量a
d
(sinθ)在sinθ域以λ/L为周期，为了避免传感矩阵列向量重复，此处在一个周期内取I个导向矢量，每个矢量对应的角度θi满足如下关系：θ
i
＝arcsinξ
i
，ξ
i
＝ξ0+iΔ，0≤i≤I
‑
1，其中，θ0是子阵波束中心指向，ξ0＝sinθ0，对应于波束中心指正的参考正弦值，各角度正弦值ξ
i
构成等差数列，差值为Δ，其中I为角度采样数，λ为波长，此时无模糊测量区间范围为θ∈[θ0,θ
u
)，其中S4、通过频率捷变(FA)技术在不同的载频上对步骤S3得到的同一个目标的角度x进行多次测量并获取各自的余数，不同载频对应的余数集合之间的关系满足如下同余方程组：
其中，K代表FA过程中的不同载波数量，I
k
为无模糊角度采样个数；S5、基于模糊坐标聚类算法对步骤S4中的目标角度坐标x
k
进行处理，得到目标坐标均值。2.根据权利要求1所述的等距分布子阵列抗伴飞式干扰的方法，其特征在于，步骤S1中，所述时频域预处理包括以下步骤：为等距分布子阵列系统中的各天线接收机分别设置了一组相互毗邻、并覆盖全距离段的距离选通信号，每个距离选通信号宽度按照雷达距离分辨力设定，并为每个距离选通信号对应设...

【专利技术属性】
技术研发人员：张启亮，孙青，孙勇，翁明善，高乾，万珊珊，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：