一种基于局部门限全变分约束的抗压制干扰方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于局部门限全变分约束的抗压制干扰方法及系统，属于雷达信号处理技术领域，本申请首先采集雷达中频回波数据并下变频到基带构造回波数据矩阵，接着定义全变分约束和差分运算并构造目标优化函数；根据目标稀疏性和压制干扰分布特征然后构造优化迭代函数，初始化迭代矩阵和迭代次数以及停止阈值并开始迭代更新奇异值分解后的矩阵；最后根据最终迭代的数据矩阵进行后续传统雷达信号处理，从而可以有效针对压制干扰从雷达主瓣或者副瓣进入的情况下，尤其是从雷达主瓣进入的大功率干扰抑制问题，抑制干扰信号能量的同时降低目标信号的信噪比损失

【技术实现步骤摘要】
一种基于局部门限全变分约束的抗压制干扰方法及系统


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理
，特别涉及一种基于局部门限全变分约束的抗压制干扰方法及系统
。

技术介绍

[0002]随着现代相控阵雷达体制的日益成熟，采用大功率压制干扰进行饱和攻击已经成为一种典型的干扰手段
。
干扰机总是可以依靠单程距离的优势影响，饱和攻击雷达方，致使重要目标可以进行低空突防
。
干扰样本如果来自雷达副瓣进入的压制干扰，工程上可以采用副瓣对消
、
副瓣匿影等传统手段抑制，但是不可避免的会引入对目标的信噪比的损失；干扰样本如果来自雷达主瓣，那么工程上可以采取近主瓣的盲源分离
、
和差波束对消
、
波形捷变等方法，但是一旦干扰功率较强，完全覆盖住目标信号，所有上述办法都会失效或者性能严重下降
。
因此，针对压制干扰从雷达主瓣或者副瓣进入的情况下，尤其是从雷达主瓣进入的大功率干扰抑制问题，有效抑制干扰信号能量的同时降低信号的能量损失，提高雷达目标检测概率是基带解决的压制干扰抑制关键技术
。
[0003]中国电子科技集团公司信息科学研究院在其申请的专利技术专利文献“基于盲源分离的分布式雷达协同抗主瓣干扰方法及装置”(
公开号：
CN114966565A
，申请号：
CN202210191162.2)
中公开了一种基于盲源分离的分布式雷达协同抗主瓣干扰方法
。
该方法主要是结合发射接收不同站点之间的脉冲压缩信号矩阵进行盲源分离抑制干扰信号，然后通过每个通道分别进行幅度恢复，最终重构出目标信号
。
但是该方法采用多站之间构造脉冲压缩矩阵进行盲源分离，不适用单站雷达压制干扰抑制的情景，同时多站之间的信号相参性不理想会导致该方法会严重失效；另外干扰信号如果功率较强，抑制干扰的同时会带来目标的信噪比严重损失，严重影响目标检测概率，所以此方法不具有普适性
。
[0004]文献
《
基于全变分的高分辨
SAR
联合特征增强成像算法
》(
红外与毫米波学报
,2021,Vol.40,pp:664
‑
672)
中提出了利用“引入全变分正则项结构，进行稀疏特征的增强”。
利用数据的梯度信息，有效地恢复图像的边缘特征，最终较好保留了成像的结构特征；但是这种算法没有对具体样本的稀疏性进行利用，并且此方法进行引入全变分运算时，没有对迭代约束条件进行限制，导致运算量巨大，容易造成结果发散，最终带来干扰抑制性能的急剧下降的结果，从而影响目标正常检测
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对强干扰信号存在的条件下如何进行干扰抑制；在传统的雷达信号处理压制干扰抑制的过程中，存在目标信号信噪比损失严重，压制干扰功率剩余较多的问题；本申请提出一种不需要破坏原有信号处理流程
、
减少目标信噪比损失
、
有效抑制压制干扰的抗雷达主副瓣压制干扰方法，以克服现有技术处理过程中目标信噪比损失严重
、
干扰抑制能力不足
、
工程实现复杂等问题
。
[0006]本申请提供一种基于局部门限全变分约束的抗压制干扰方法，所述方法包括以下
步骤：
[0007]步骤
a、
雷达开机后采集雷达中频回波数据，下变频到基带后构造雷达回波数据矩阵；
[0008]步骤
b、
根据压制干扰存在条件下整体回波输出能量最小为优化对象，构造目标优化函数，定义全变分约束和差分运算作为限定平滑噪声能量的约束；
[0009]步骤
c、
设置优化迭代函数，以及初始化迭代矩阵目标初始化为0，雷达回波数据默认为压制干扰和固定迭代次数；以及根据目标和干扰迭代后的能量残值趋于噪声的限定条件设定停止软阈值；
[0010]步骤
d、
更新奇异值分解后的更新矩阵；
[0011]步骤
e、
如果满足迭代条件就停止迭代
。
[0012]可选的，下变频到基带后构造雷达回波数据矩阵如下：
D(m,n)
＝
T(m,n)+J(m,n)+
ε
，
[0013]其中矩阵
D
表示下变频到基带的雷达回波数据矩阵，矩阵
T
表示含有目标分量的雷达回波数据矩阵，矩阵
J
表示含有压制干扰的雷达回波数据矩阵，
ε
表示幅度服从高斯分布的复高斯噪声信号；设定雷达回波数据矩阵总共有
M
个距离门数据以及
N
个速度门数据，其中
m
＝1，2，3…
M
表示雷达回波数据矩阵在距离维度的分布单元序列，
n
＝1，2，3…
N
表示雷达回波数据矩阵在多普勒维度的分布单元序列
。
[0014]可选的，根据压制干扰存在条件下整体回波输出能量最小为优化对象，构造目标优化函数，定义全变分约束和差分运算作为限定平滑噪声能量的约束，包括：
[0015]根据雷达回波数据矩阵的稀疏性和雷达回波数据矩阵的主要分量影响，忽略复高斯噪声信号，目标优化函数为：
[0016][0017]其中
λ
表示超参数，
||
·
||
*
表示矩阵的核范数运算，
TV[J(m,n)]表示针对压制干扰矩阵
J(m,n)
的全变分约束，全变分约束的定义为：
[0018][0019]为了联合雷达距离多普勒两维压制干扰信号的平缓功率分布特征，差分运算如下定义：
[0020][0021][0022]差分运算公式限定运算范围是雷达回波数据的所有距离门和速度门数据
。
[0023]可选的，设置优化迭代函数，以及初始化迭代矩阵目标初始化为0，雷达回波数据默认为压制干扰和固定迭代次数；以及根据目标和干扰迭代后的能量残值趋于噪声的限定条件设定停止软阈值，包括：
[0024]优化迭代函数如下：
[0025][0026]其中迭代函数中的
α
和
μ
以及
γ
表示超参数定义，
||
·
||2表示矩阵的2范数运算，
k
＝1，2，3…
,K
表示迭代次数
。
[0027]设定迭代次数
K
以及初始化矩阵：
[0028]T
(k)
＝0，
J
(k)
＝
D
(k)
，
D
(k)
＝
D
[0029]其中
k
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于局部门限全变分约束的抗压制干扰方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤
a、
雷达开机后采集雷达中频回波数据，下变频到基带后构造雷达回波数据矩阵；步骤
b、
根据压制干扰存在条件下整体回波输出能量最小为优化对象，构造目标优化函数，定义全变分约束和差分运算作为限定平滑噪声能量的约束；步骤
c、
设置优化迭代函数，以及初始化迭代矩阵目标初始化为0，雷达回波数据默认为压制干扰和固定迭代次数；以及根据目标和干扰迭代后的能量残值趋于噪声的限定条件设定停止软阈值；步骤
d、
更新奇异值分解后的更新矩阵；步骤
e、
如果满足迭代条件就停止迭代
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，下变频到基带后构造雷达回波数据矩阵如下：
D(m,n)
＝
T(m,n)+J(m,n)+
ε
，其中矩阵
D
表示下变频到基带的雷达回波数据矩阵，矩阵
T
表示含有目标分量的雷达回波数据矩阵，矩阵
J
表示含有压制干扰的雷达回波数据矩阵，
ε
表示幅度服从高斯分布的复高斯噪声信号；设定雷达回波数据矩阵总共有
M
个距离门数据以及
N
个速度门数据，其中
m
＝1，2，3…
M
表示雷达回波数据矩阵在距离维度的分布单元序列，
n
＝1，2，3…
N
表示雷达回波数据矩阵在多普勒维度的分布单元序列
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据压制干扰存在条件下整体回波输出能量最小为优化对象，构造目标优化函数，定义全变分约束和差分运算作为限定平滑噪声能量的约束，包括：根据雷达回波数据矩阵的稀疏性和雷达回波数据矩阵的主要分量影响，忽略复高斯噪声信号，目标优化函数为：其中
λ
表示超参数，
||
·
||
*
表示矩阵的核范数运算，
TV[J(m,n)]
表示针对压制干扰矩阵
J(m,n)
的全变分约束，全变分约束的定义为：为了联合雷达距离多普勒两维压制干扰信号的平缓功率分布特征，差分运算如下定义：定义：差分运算公式限定运算范围是雷达回波数据的所有距离门和速度门数据
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置优化迭代函数，以及初始化迭代矩阵目标初始化为0，雷达回波数据默认为压制干扰和固定迭代次数；以及根据目标和干扰迭代后的能量残值趋于噪声的限定条件设定停止软阈值，包括：优化迭代函数如下：
其中迭代函数中的
α
和
μ
以及
γ
表示超参数定义，
||
·
||2表示矩阵的2范数运算，
k
＝1，2，3…
,K
表示迭代次数
。
设定迭代次数
K
以及初始化矩阵：
T
(k)
＝0，
J
(k)
＝
D
(k)
，
D
(k)
＝
D
其中
k
＝1；根据实际雷达复高斯噪声信号的幅度设置迭代停止软阈值为：
δ
＝
3||<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海龙，陈文锋，李云飞，姜小祥，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七二四研究所，
类型：发明
国别省市：