CN109541556B - 一种对线性调频信号移频干扰的识别方法 - Google Patents

一种对线性调频信号移频干扰的识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种对线性调频信号移频干扰的识别方法，步骤如下：将雷达接收到的信号进行预处理，在匹配滤波前将其分成三路；将三路信号分别通过完整的匹配滤波器及所设计的半频宽滤波器，并提取各半频宽匹配滤波输出电压峰值；设定门限；根据目标在不同半频宽匹配滤波器下的匹配输出峰值之比并结合所设门确定目标是否为移频干扰假目标。本发明能够满足雷达对多目标的实时识别；应用范围广，可识别多种干扰体制假目标；弥补了雷达前沿跟踪抗干扰方法的不足，可以实现对有源导前假目标干扰的检测识别；本发明涉及的实现步骤少、计算量小，能满足雷达对多目标的实时识别，且对硬件***无额外要求，易于工程实现。

Description

一种对线性调频信号移频干扰的识别方法
技术领域
本发明属于雷达抗干扰领域，具体涉及一种对线性调频信号移频干扰的识别方法。
背景技术
线性调频信号(国外又称chirp信号)因其可以获得较远的作用距离和较高的距离分辨力而被广泛应用于当今的各类脉冲压缩雷达。而其存在的距离与多普勒频移的耦合特性使得该体制雷达极易受到移频干扰，即当飞机、导弹等目标发现敌方雷达稳定探测、跟踪信号时，在识别其探测信号为线性调频信号后通常会立刻运用移频干扰技术在自身前后产生远距离逼真假目标，使雷达难以识别真实目标，若干扰方对不同移频量的干扰信号重复转发，则产生的导前与滞后假目标群将极大消耗雷达资源。线性调频雷达面临的重大生存挑战使得寻求实时有效的移频干扰假目标识别方法具有了重要的军事应用价值。
现有的雷达识别移频干扰假目标的方法主要有两种：频移测量法、分数阶Fourier变换法(FRFT)。频移测量法利用数字接收机处理技术计算回波信号的中心频率并由中心频率计算出干扰信号移频量从而判断该目标是否为移频干扰假目标。该方法的不足之处是其假设了移频干扰信号与真实目标回波时宽相同、带宽相同，而干扰机运用DRFM技术完全可改变所转发干扰信号的时宽与带宽，控制干扰信号的中心频率，保证其与目标回波信号相同，使频移测量法失效。分数阶Fourier变换法通过将分数阶Fourier变换与雷达接收机中的匹配结果相结合，利用分数阶Fourier变换估计得到的目标速度信息与脉冲压缩得到的距离信息识别干扰机发射的移频干扰假目标。而实际应用中该方法需大量的最佳FRFT旋转角搜索工作，影响了假目标识别时效性。综上可见，当前移频干扰假目标识别方法均有各自的不足与缺憾，尚没有一种有效的移频干扰假目标识别方法应用于线性调频雷达。
专利201510598123.4公开了一种半频宽匹配滤波实现移频干扰识别方法，该专利虽也采用半频宽匹配与完全匹配相结合的方法，对比雷达接收信号通过半频宽匹配滤波器与完全匹配滤波器的输出峰值之比，理想条件下对目标回波该比值将保证严格的1/2，而对移频干扰该比值则将小于1/2，据此差异实现对移频干扰距离假目标的识别。本发明与之相比，则更大限度地利用了移频干扰信号与真实回波在频率上的差异，相同条件下本发明所得的用于鉴别真假目标的比值约为该方法的两倍，更易于对假目标识别。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对线性调频信号移频干扰的识别方法，解决了线性调频宽带雷达所面临的移频干扰脉压得益大，产生的假目标逼真度高，难以快速有效识别的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种对线性调频信号移频干扰的识别方法，包括以下步骤：
步骤一：将雷达接收到的信号进行预处理，在匹配滤波前将其分成三路：
首先对雷达接收机收到的信号进行滤波、低噪放大、下变频、带通滤波预先处理，然后将收到的雷达信号分成三路，第一路用以正常目标检测，第二路、第三路分别提取峰值并作比较，用以识别目标是否为假目标；
步骤二：将三路信号分别通过完整的匹配滤波器、第一半频宽匹配滤波器、第二半频宽匹配滤波器，并提取各半频宽匹配滤波器输出电压峰值：
第一半频宽匹配滤波器在频域上为完全匹配滤波器靠近低频一侧，第二半频宽匹配滤波器在频域上为完全匹配滤波器靠近高频一侧，宽度均为完全匹配滤波器的一半；设线性调频信号x(t)，雷达发射调频信号带宽为B，脉宽为T，则其完全匹配滤波器响应h0(t)、第一半频宽匹配滤波器脉冲响应hL(t)、第二半频宽匹配滤波器脉冲响应hR(t)分别为：
Figure BDA0001915807460000021
其中“*”表示共轭，t0为匹配滤波输出峰值时刻，k为归一化系数，t为时间；
线性调频信号x(t)通过三路匹配滤波器h0(t)、hL(t)、hR(t)输出的频域表达式为：
Figure BDA0001915807460000031
其中，X(f)为线性调频信号x(t)的傅里叶变换，H0(f)为完全匹配滤波器响应h0(t)的傅里叶变换，HL(f)为第一半频宽匹配滤波器脉冲响应hL(t)的傅里叶变换，HR(f)为第二半频宽匹配滤波器脉冲响应hR(t)的傅里叶变换，Y0(f)为线性调频信号x(t)通过完全匹配滤波器h0(t)后输出的傅里叶变换，YL(f)为线性调频信号x(t)通过第一半频宽匹配滤波器脉冲hL(t)后输出的傅里叶变换，YR(f)为线性调频信号x(t)通过第二半频宽匹配滤波器脉冲hR(t)后输出的傅里叶变换。
对公式二的结果进行Fourier逆变换，计算信号匹配输出峰值：
Figure BDA0001915807460000032
其中，|·|为取绝对值运算，j为虚数单位，f表示频率，t表示时间；
设匹配输出峰值分别为y0max、yLmax、yRmax，这里y0max＝max(|y0(t)|)yLmax＝max(|yL(t)|)，yRmax＝max(|yR(t)|)，max(·)为取最大值运算；
步骤三：设定门限：
考虑目标速度带来的多普勒频移fd＝2vmax/λ＝2vmaxf0/c引起的失配，确定门限：
Figure BDA0001915807460000033
其中，vmax为雷达可测目标最大速度，λ为雷达发射信号波长，f0为雷达发射信号载频，c为光速，fd为目标速度带来的多普勒频移，nh为上门限、nl为下门限；
步骤四：在第一路匹配滤波输出经过雷达目标检测处理检测到目标时，根据目标在不同半频宽匹配滤波器下的匹配输出峰值之比并结合所设门限确定目标是否为移频干扰假目标：
Figure BDA0001915807460000041
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)巧妙利用了移频干扰信号始、末端频率特征，对假目标的识别过程不受移频干扰信号中心频率的影响。该方法有效克服频移测量法中，干扰机通过控制干扰信号中心频率导致识别移频干扰失效的弊端。
(2)应用范围广，可识别多种干扰体制假目标。本发明可对间歇采样转发干扰，移频干扰等应用线性调频信号距离-多普勒耦合特性产生的距离多假目标进行识别。
(3)弥补了雷达前沿跟踪抗干扰方法的不足，可以实现对有源导前假目标干扰的检测识别；
(4)能够满足雷达对假目标的实时识别。本发明涉及的实现步骤少、计算量小，易于工程实现。理论上用一个信号回波即可判别目标真假，节省雷达空时资源，效率高、速度快，能满足雷达对多目标的实时识别。
附图说明
图1为本发明提出的假目标识别方法总体流程图。
图2为本发明提出的移频干扰假目标鉴别***设计框图。
图3为本发明提出的各匹配滤波器与雷达接收信号频谱关系示意图。
图4(a)为利用本发明进行仿真实验干扰信号及回波信号通过第一路完全匹配滤波器后的幅值示意图。
图4(b)为利用本发明进行仿真实验干扰信号及回波信号通过第二路左半频宽匹配滤波器后的幅值，比上干扰信号及回波信号通过第三路右半频宽匹配滤波器后的幅值，所得之商用于鉴别假目标结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
为了使雷达能够及时有效识别移频干扰生成的假目标，为后续的抗干扰手段提供支撑，这也是雷达抗移频干扰中重要关键点(假目标识别)。本发明利用目标回波信号、移频干扰信号与匹配滤波器在频率特性上的差异，采用半频宽匹配与完全匹配相结合的方法，在雷达接收并检测到目标之后，对比雷达所接收的信号通过两个半频宽匹配滤波器的输出峰值之比，理想条件下对目标回波该比值将保证严格的1:1，而对移频干扰该比值则将大于或小于1，据此差异可实现对移频干扰假目标的快速识别。
结合图1和图2，仿真实验基于通用计算机，采用Matlab仿真平台实现，仿真参数设置为：雷达发射信号脉宽T＝50us，带宽B＝10MHz，载频f0＝3000MHz，干扰频移量fdj＝-1Mhz，-3MHz，此时产生的假目标导前距离为750m，2250m。
本发明一种半频宽匹配滤波实现移频干扰识别方法，具体步骤如下：
步骤一：将雷达接收到的信号进行预处理，在匹配滤波前将其分成三路：
首先对雷达接收机收到的信号进行滤波、低噪放大、下变频、带通滤波预先处理，然后将收到的雷达信号分成三路，第一路用以正常目标检测，第二路、第三路分别提取峰值并作比较，用以识别目标是否为假目标。
此处完全匹配滤波器H0(f)及左右半频宽匹配滤波器HL(f)、HR(f)的频谱关系如图3所示。图3为本发明提出的各匹配滤波器与所涉及的雷达接收信号频谱关系，从该频谱关系图可以看出当真目标回波信号X(f)通过HL(f)、HR(f)后输出信号峰值之比将保持严格的1:1(未考虑噪声、目标速度引起的移频时，实际应用中应予以考虑)，而移频干扰信号XJ(f)通过HL(f)、HR(f)后输出信号峰值之比将大于或小于1:1，这即为本发明鉴别移频干扰假目标的依据。
步骤二：将三路信号分别通过完整的匹配滤波器、第一半频宽匹配滤波器、第二半频宽匹配滤波器，并提取各半频宽匹配滤波器输出电压峰值：
第一半频宽匹配滤波器在频域上为完全匹配滤波器靠近低频一侧，第二半频宽匹配滤波器在频域上为完全匹配滤波器靠近高频一侧，宽度均为完全匹配滤波器的一半；设线性调频信号x(t)，雷达发射调频信号带宽为B，脉宽为T，则其完全匹配滤波器响应h0(t)、第一半频宽匹配滤波器脉冲响应hL(t)、第二半频宽匹配滤波器脉冲响应hR(t)分别为h0(t)、hL(t)、hR(t)，h0(t)、hL(t)、hR(t)表达式见公式一：
Figure BDA0001915807460000061
其中“*”表示共轭，t0为匹配滤波输出峰值时刻，k为归一化系数。
线性调频信号x(t)通过三路匹配滤波器h0(t)、hL(t)、hR(t)输出分别为Y0(f)、YL(f)、YR(f)，Y0(f)、YL(f)、YR(f)计算方法见公式二：
Figure BDA0001915807460000062
其中，X(f)为线性调频信号x(t)的傅里叶变换，H0(f)为完全匹配滤波器响应h0(t)的傅里叶变换，HL(f)为第一半频宽匹配滤波器脉冲响应hL(t)的傅里叶变换，HR(f)为第二半频宽匹配滤波器脉冲响应hR(t)的傅里叶变换，Y0(f)为线性调频信号x(t)通过完全匹配滤波器h0(t)后输出的傅里叶变换，YL(f)为线性调频信号x(t)通过第一半频宽匹配滤波器脉冲hL(t)后输出的傅里叶变换，YR(f)为线性调频信号x(t)通过第二半频宽匹配滤波器脉冲hR(t)后输出的傅里叶变换。
对Y0(f)、YL(f)、YR(f)的结果进行Fourier逆变换，计算信号匹配输出峰值|y0(t)|、|yL(t)|、|yR(t)|，|y0(t)|、|yL(t)|、|yR(t)|表达式见公式三：
Figure BDA0001915807460000063
其中，|·|为取绝对值运算，j为虚数单位，f表示频率，t表示时间。
设匹配输出峰值分别为y0max、yLmax、yRmax，这里y0max＝max(|y0(t)|)yLmax＝max(|yL(t)|)，yRmax＝max(|yR(t)|)，max(·)为取最大值运算；
步骤三：设定门限。
考虑目标速度带来的多普勒频移fd＝2vmax/λ＝2vmaxf0/c引起的失配，确定门限nl、nh，nl、nh表达式见公式四：
Figure BDA0001915807460000071
其中，vmax为雷达可测目标最大速度，λ为雷达发射信号波长，f0为雷达发射信号载频，c为光速，B为雷达发射调频信号带宽,fd为目标速度带来的多普勒频移，nh为上门限、nl为下门限。
设雷达测量目标最大径向速度vmax＝3400m/s(10倍音速)，目标速度引起的多普勒移频量为fd＝68kHz(可见，由目标速度引起的失配十分有限)，考虑噪声等环境因素可将门限略放宽，此处门限设为ncl＝98.0％、ncr＝102.0％。
步骤四：在第一路匹配滤波输出经过雷达目标检测处理检测到目标时，根据目标在不同半频宽匹配滤波器下的匹配输出峰值之比并结合所设门限确定目标是否为移频干扰假目标，判断方法见公式五。
Figure BDA0001915807460000072
将
Figure BDA0001915807460000073
与nl、nh对比，若H0成立则判定目标为真目标，否则为假目标。为清晰阐明本发明对假目标识别效果，在不影响仿真正确性的前提下，本处设雷达接收信号通过H0(f)的输出峰值均为1，见图4(a)，并雷达接收信号通过HL(f)与H0(f)的对应目标输出峰值做比。由图4(b)可见目标回波通过HL(f)与H0(f)后幅值之比约为1:1而移频干扰信号该比值则不再保持1:1，分别约为40％、80％，远低于所设门限nl，可判断其为假目标，实现了对移频干扰假目标的识别。

Claims (1)

1.一种对线性调频信号移频干扰的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将雷达接收到的信号进行预处理，在匹配滤波前将其分成三路：
首先对雷达接收机收到的信号进行滤波、低噪放大、下变频、带通滤波预先处理，然后将收到的雷达信号分成三路，第一路用以正常目标检测，第二路、第三路分别提取峰值并作比较，用以识别目标是否为假目标；
步骤二：将三路信号分别通过完整的匹配滤波器、第一半频宽匹配滤波器、第二半频宽匹配滤波器，并提取各半频宽匹配滤波器输出电压峰值：
第一半频宽匹配滤波器在频域上为完全匹配滤波器靠近低频一侧，第二半频宽匹配滤波器在频域上为完全匹配滤波器靠近高频一侧，宽度均为完全匹配滤波器的一半；设线性调频信号x(t)，雷达发射调频信号带宽为B，脉宽为T，则其完全匹配滤波器响应h0(t)、第一半频宽匹配滤波器脉冲响应hL(t)、第二半频宽匹配滤波器脉冲响应hR(t)分别为：
Figure FDA0003691062380000011
其中“*”表示共轭，t0为匹配滤波输出峰值时刻，k为归一化系数，t为时间；
线性调频信号x(t)通过三路匹配滤波器h0(t)、hL(t)、hR(t)输出的频域表达式为：
Figure FDA0003691062380000012
其中，X(f)为线性调频信号x(t)的傅里叶变换，H0(f)为完全匹配滤波器响应h0(t)的傅里叶变换，HL(f)为第一半频宽匹配滤波器脉冲响应hL(t)的傅里叶变换，HR(f)为第二半频宽匹配滤波器脉冲响应hR(t)的傅里叶变换，Y0(f)为线性调频信号x(t)通过完全匹配滤波器h0(t)后输出的傅里叶变换，YL(f)为线性调频信号x(t)通过第一半频宽匹配滤波器脉冲hL(t)后输出的傅里叶变换，YR(f)为线性调频信号x(t)通过第二半频宽匹配滤波器脉冲hR(t)后输出的傅里叶变换；
对公式二的结果进行Fourier逆变换，计算信号匹配输出峰值：
Figure FDA0003691062380000021
其中，|·|为取绝对值运算，j为虚数单位，f表示频率，t表示时间；
设匹配输出峰值分别为y0max、yLmax、yRmax，这里y0max＝max(|y0(t)|)，yLmax＝max(|yL(t)|)，yRmax＝max(|yR(t)|)，max(·)为取最大值运算；
步骤三：设定门限：
考虑目标速度带来的多普勒频移fd＝2vmax/λ＝2vmaxf0/c引起的失配，确定门限：
Figure FDA0003691062380000022
其中，vmax为雷达可测目标最大速度，λ为雷达发射信号波长，f0为雷达发射信号载频，c为光速，fd为目标速度带来的多普勒频移，nh为上门限、nl为下门限；
步骤四：在第一路匹配滤波输出经过雷达目标检测处理检测到目标时，根据目标在不同半频宽匹配滤波器下的匹配输出峰值之比并结合所设门限确定目标是否为移频干扰假目标：
Figure FDA0003691062380000023
。
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