CN105068057A - 一种基于波形捷变的抗雷达有源欺骗干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于波形捷变的抗雷达有源欺骗干扰方法，通过构造每个发射周期的信号都随机变化的波形，用当前发射周期信号做匹配滤波参考函数时，实现目标信号匹配，干扰信号失配，干扰信号能被较好的抑制掉；干扰方可能把所有发射过的脉冲存储起来，有一定机率会转发之前存储过的信号，因此为了提高随机性，进一步增强抗干扰性能，本发明将一组发射信号作为一个匹配滤波周期，使得发射的信号随机性更强，提升抗干扰能力。

Description

一种基于波形捷变的抗雷达有源欺骗干扰方法

技术领域

本发明属于抗雷达有源欺骗干扰技术领域，具体涉及一种基于波形捷变设计的抗干扰技术。

背景技术

近年来，雷达在军事和民用领域均获得了越来越广泛的应用，尤其自雷达应用于军事目的以来，已发挥出不可替代的作用，同时雷达所面临的工作环境也日益恶劣，如何尽可能提高雷达的抗干扰性能已成为雷达设计者所面临的严峻任务，在现代战争中缺乏抗干扰能力的雷达是很难发挥作用的。现阶段干扰方主要是利用数字射频存储器来转发干扰，延时转发进行距离欺骗干扰，移频进行速度欺骗干扰，和两者联合进行距离--速度欺骗干扰。雷达抗干扰的基本原理主要是利用干扰信号与真实目标回波信号在时域、频域、空域和极化域等多维调制特征方面的差异，使雷达信号与数据处理***能最大限度地与真实目标回波的调制特征相匹配，最大限度地抑制各类干扰的影响，从而在目标检测和参数测量时获得最高的信噪比和信杂比。

基于波形捷变的雷达抗干扰技术是一种新兴的研究领域，由于干扰方转发的是当前发射周期之前存储起来的发射信号，设计一组捷变的波形，使得各个周期的信号随频率，相位，幅度等某一个或者某两个参数捷变，每个周期发射的信号具有随机性。每个周期的信号之间具有良好的正交性，利用当前周期信号做匹配滤波参考函数，目标信号能最大匹配，干扰信号失配。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提出一种基于波形捷变的抗雷达有源欺骗干扰方法，通过构造每个发射周期的信号都随机变化的波形，用当前发射周期信号做匹配滤波参考函数时，实现目标信号匹配，干扰信号失配，干扰信号能被较好的抑制掉。

本发明采用的技术方案是：一种基于波形捷变的抗雷达有源欺骗干扰方法，包括以下步骤：

S1：构建周期脉冲，所述周期脉冲的调频序列与相位编码序列均为随机序列；

S2：由步骤S1构建的周期脉冲得到回波信号；

S3：根据步骤S2得到的回波信号构建干扰信号，得到包括干扰信号的回波信号；

S4：采用当前发射周期的发射信号，作为匹配滤波器的参考函数，得到匹配滤波系数；

S5：根据由步骤S4得到的匹配滤波系数对由步骤S3得到的回波信号进行匹配滤波处理，抑制干扰信号。

进一步地，所述步骤S4还包括：S30将至少两个发射信号作为一个匹配滤波周期。

进一步地，还包括：

S50：根据步骤S5的匹配滤波处理得到延时信息；

S51：对有步骤S5得到的回波信号进行FFT运算，得到多普勒频率。

本发明的有益效果：本发明的一种基于波形捷变的抗雷达有源欺骗干扰方法，通过构造每个发射周期的信号都随机变化的波形，用当前发射周期信号做匹配滤波参考函数时，实现目标信号匹配，干扰信号失配，干扰信号能被较好的抑制掉；干扰方可能把所有发射过的脉冲存储起来，有一定机率会转发之前存储过的信号，为了提高随机性，进一步增强抗干扰性能，本发明将一组发射信号作为一个匹配滤波周期，使得发射的信号随机性更强，提升抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的传统雷达抗干扰方法处理后的仿真图。

图2为本发明提供的一种基于波形捷变的抗雷达有源欺骗方法的流程图。

图3为本发明实施例提供的仿真实验中脉冲压缩前八组周期脉冲的脉压结果。

图4为本发明实施例提供的仿真实验中脉冲压缩后八组周期脉冲的脉压结果。

图5为本发明实施例提供的仿真实验中第一组脉冲的脉压结果。

图6为本发明实施例提供的仿真实验中前八个通道的FFT结果。

图7为本发明实施例提供的仿真实验中后八个通道的FFT结果。

图8为本发明实施例提供的仿真实验中k＝2时的速度通2的FFT结果。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。

首先介绍雷达信号处理的基本原理：雷达的主要功能是测距、测速、测角、成像。本实施例中主要讨论测距、测速。雷达的发射信号为S(t),回波信号为：

$y\left(t\right)=S(t-\mathrm{\τ})e^{j2{\mathrm{\πF}}_{d}t}---\left(1\right)$

雷达的信号处理主要是提取出回波信号信息τ,F_d。根据公式：

R＝cτ/2(2)

算出距离，根据公式：

v＝F_dλ/2(3)

算出速度。

雷达回波信号被高速采样后存储在二维矩阵y[m,n]里，每一行分别存储每个周期回波的信号y(t)，一共有m个周期回波，每个周期被采样n个点。行向称为快时间域(即距离维)，列向称为慢时间域(即多普勒维)。

先对快时间域做匹配滤波处理：

$y_p\left(t\right)=y\left(t\right)\⊗s^{*}(-t)---\left(4\right)$

得到τ，再对慢时间域做FFT运算,即做MTD处理：

$Y\[k\]=\underset{m=1}{\overset{M-1}{\Σ}}y\[m,n\]e^{-j2\mathrm{\π}mk/K}---\left(5\right)$

进而得到多普勒频率F_d。

雷达信号对信号处理主要是两步：先对行向以当前发射周期信号作为参考信号做匹配滤波，再对列向做FFT运算，FFT运算可以看成一个脉冲相关积累的过程，FFT运算也就是MTD处理。

传统的雷达干扰处理过程为：假设每个发射周期发射的波形都一样，为S(t)，则干扰方转发的信号为：

$y_j\left(t\right)=s(t-{\mathrm{\τ}}_j)e^{j2{\mathrm{\πF}}_{dj}t}---\left(6\right)$

目标回波信号为：

$y_s\left(t\right)=s(t-\mathrm{\τ})e^{j2{\mathrm{\πF}}_{d}t}---\left(7\right)$

总的回波信号为：

y(t)＝y_s(t)+y_j(t)(8)

当用当前发射周期做匹配滤波参考函数时，匹配滤波后得：

$y_p\left(t\right)=y_s\left(t\right)\⊗s^{*}(-t)+y_j\left(t\right)\⊗s^{*}(-t)---\left(9\right)$

由于干扰信号能够匹配，所以匹配滤波后干扰信号没有被抑制掉。

仿真结果如图1所示：由于脉压结果有两个尖峰，出现两个目标，将无法正常分辨真实目标和干扰目标。

本发明通过构造每个发射周期信号都随机变化的波形，采用当前发射周期信号做匹配滤波参考函数，实现目标信号匹配，干扰信号失配的效果，可将干扰信号较好地抑制掉。

本实施例中以LFM信号的抗干扰处理为例进行说明，本发明的具体流程如图2所示。

S1：根据LFM信号的表达式：

$s\left(t\right)=e^{j2{\mathrm{\πf}}_{0}t+{\mathrm{\μ\πt}}^2},0\≤t\≤T---\left(10\right)$

可知T为每个周期的信号持续时间，μ为B/T。每个周期的脉冲划分为多个子脉冲，子脉冲时宽为t_p，子脉冲个数为N，且

T＝t_p·N(11)

每个子脉冲的调频率为

μ_n＝μ·(1+k(n)),k(n)∈[0,0.1](12)

k(n)为调频斜率抖动参数。另外每个子脉冲的相位为其中

从而得发射信号的表达式为：

其中，s_m(t)为第m个发射周期信号。则每个发射周期的调频序列为

{μ(1),μ(2),…,μ(N)}(15)

相位编码序列为：

S2：每个发射周期的调频序列以及相位编码序列随机，则各个发射周期之间具有随机性。设回波信号为：

$y_m\left(t\right)=s_m(t-\mathrm{\τ})e^{j2{\mathrm{\πF}}_{d}t}---\left(17\right)$

S3：由于干扰方转发的是其它周期的信号，假设是第k个周期信号，则干扰信号为：

$y_k\left(t\right)=s_k(t-\mathrm{\τ})e^{j2{\mathrm{\πF}}_{d}t}---\left(18\right)$

得到总的回波信号为：

y(t)＝y_m(t)+y_k(t)(19)

S4：采用当前发射周期的信号s_m(t)作为匹配滤波器的参考函数，则匹配滤波系数为：

p(t)＝s_m ^*(-t)(20)

S5：对回波信号做匹配滤波，得

$y_p\left(t\right)=y_m\left(t\right)\⊗p\left(t\right)+y_k\left(t\right)\⊗p\left(t\right)---\left(21\right)$

代入(20)，得

$y_p\left(t\right)=y_m\left(t\right)\⊗{s_m}^{*}(-t)+y_k\left(t\right)\⊗{s_m}^{*}(-t)---\left(22\right)$

由于干扰信号失配，所以干扰信号在一定程度上被抑制掉，根据脉冲的峰值得到延时信息τ。在快时间域做完匹配滤波之后，之后在慢时间域对M个回波脉冲做M点FFT运算：

$Y\[k\]=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{y}_{pm}\left(n\right)e^{-j\mathrm{\ω}m}---\left(23\right)$

其中，ω＝2πk/K，k＝0,…,K-1(24)

由K＝M，假设Y[k']为信号的最大值，则

F_d＝2πk'f_r/K(25)

f_r＝1/PRI(26)

则多普勒分辨率为2πf_r/K。

一般设计的周期脉冲为有限个，干扰方可能把所有发射过的脉冲存储起来，当发射信号s_m(t)时，干扰方有一定机率会转发之前存储过的s_m(t)信号，这样单个脉冲匹配起不到抗干扰效果，所以为了提高随机性，进一步增强抗干扰性能，本发明把一组发射信号作为一个接收周期，如以四个周期信号{s_m(t),s_m+1(t),s_m+2(t),s_m+3(t)}作为一个匹配滤波周期，这样发射的信号随机性更强，干扰方无法得知当前发射序列，由于干扰方还是乱序转发之前存储起来的发射信号，设干扰方转发的信号序列顺序为{s_m(t),s_m-4(t),s_m+3(t),s_m+1(t)}，由于不匹配所以被抑制掉。

下面通过实验仿真对本发明的方法进行验证。

仿真参数设置如下：雷达发射随机变化的LFM信号，LFM信号的脉冲宽度为32μs，子脉冲个数为32个，脉冲周期为200μs，采样频率为10MHZ。μ(n)、序列随机产生。目标在7Km处以80m/s的速度飞行，干扰目标参数是距离4.5km，速度40m/s，干信比为6db。4个周期脉冲看做一个周期信号。则16*4个周期信号的脉冲压缩结果如图3、图4：取第一组的脉冲压缩的详图，如图5：

从仿真结果可以看出，经过第一次在快时间域的匹配滤波后，16组周期脉冲的平均信干比提高为18.5db。4.5km处的干扰信号从一定程度上被抑制掉。7km处的目标信号得到较好的脉压。

经过行向的匹配滤波之后，再从列向做FFT运算，仿真结果如图6、图7:

从仿真结果可以看出k＝2时的值最大，所以速度落在k＝2通道内，速度为80m/s。K＝2时的详图如图8：

从仿真结果可以看出经过慢时间域的FFT之后，信干比提高到29db,抗干扰效果大幅度提高。

综合以上仿真结果，利用随机序列μ(n)、设计的捷变的LFM信号具有良好的抗有源欺骗干扰的能力。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种基于波形捷变的抗雷达有源欺骗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：构建周期脉冲，所述周期脉冲的调频序列与相位编码序列均为随机序列；

S2：由步骤S1构建的周期脉冲得到回波信号；

S3：根据步骤S2得到的回波信号构建干扰信号，得到包括干扰信号的回波信号；

S4：采用当前发射周期的发射信号，作为匹配滤波器的参考函数，得到匹配滤波系数；

S5：根据由步骤S4得到的匹配滤波系数对由步骤S3得到的回波信号进行匹配滤波处理，抑制干扰信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于波形捷变的抗雷达有源欺骗干扰方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：S30将至少两个发射信号作为一个匹配滤波周期。

3.根据权利要求1所述的一种基于波形捷变的抗雷达有源欺骗干扰方法，其特征在于，还包括：

S50：根据步骤S5的匹配滤波处理得到延时信息；

S51：对有步骤S5得到的回波信号进行FFT运算，得到多普勒频率。