CN112444807A - 一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法，通过检测目标脉冲的前沿位置，目标脉冲经过脉冲解调，脉冲前沿检测、脉冲位置提取，脉冲位置筛选后去除了干扰目标带来的干扰信号，进而得到更加准确的到达时间。本发明解决了现有技术在复杂环境下，目标信号错综复杂时，多目标造成信号干扰混乱，进而导致信号偏差的问题。同时本发明信号处理误差可控制在±4ns以内，最终***的多点定位位置误差会控制在5m以内。实现了更强的抗干扰性能，以及更精准的到达时间结果计算。

Description

一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法

技术领域

本发明属于雷达通信多目标多点定位技术领域，具体地说，涉及一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法。

背景技术

现有技术的多点定位的一个关键因数为目标的到达时间提取，现有技术一般是基于脉冲前沿的时间提取的算法，并运用一个目标多个脉冲前沿的特性提高定位精度，较为理想的情况下，能达到使用要求，但是在实际使用中因为空中传输信号来自不同时刻的不同目标，会出现目标重叠的情况，造成脉冲前沿不准确或者被干扰的情况。

多点定位在理想情况下能达到的定位误差在5m（对应的时间差为33ns）左右，在有干扰的情况下会急速下降，可能会出现20m以上的误差（133ns），除去***误差和GPS定位误差，到达时间提取误差需控制在10ns以内，在采集脉冲前沿的时候遇到异步脉冲，脉冲会覆盖原有脉冲位置，进而取代原有脉冲前沿，这个时候的脉冲位置就不准确，目标整体误差会多达30ns以上，如图1脉冲干扰示意图所示，第一个脉冲是正常的信号，第二个脉冲信号位置被一个幅度更高的占据了，脉冲前沿发生变化，最终得到目标到达时间就会出现偏差。

特别是在复杂环境下干扰问题对目标定位的影响更加大，在机场等环境下，目标（飞机、地面保障汽车等）较多，目标信号错综复杂，信号之间会形成交织，串扰等相互干扰的情况，地面高楼林立会对目标信号产生反射、折射，目标会形成多径干扰，这些干扰会造成提取信号到达时间的时候产生误判情况。

发明内容

本发明针对现有技术在复杂环境下，目标信号错综复杂时，多目标造成信号干扰混乱，进而导致信号偏差的问题，提出了一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法，通过检测目标脉冲的前沿位置，目标脉冲经过脉冲解调，脉冲前沿检测、脉冲位置提取，脉冲位置筛选后去除了干扰目标带来的干扰信号，进而得到更加准确的到达时间，实现了抗干扰能力强的基于二次雷达到达时间的多目标下的目标定位计算。

本发明具体实现内容如下：

本发明提出了一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法，包括以下步骤：

步骤1：首先采集多目标下的目标脉冲；

步骤2：然后对采集到的多目标下的目标脉冲进行脉冲解调，将中频信号形式的目标脉冲转换为基带信号形式；

步骤3：然后采用基带信号形式的目标脉冲信号的上升位置进行脉冲前沿检测，得到目标脉冲的脉冲前沿位置；

步骤4：接着进行脉冲位置提取，根据目标脉冲的脉冲前沿位置，从基带信号形式的目标脉冲信号中提取出相应的脉冲位置；

步骤5：对提取的脉冲位置进行脉冲位置筛选，剔除干扰脉冲，筛选出所需目标的目标脉冲的脉冲位置；

步骤6：使用筛选后的脉冲位置进行目标的到达时间计算，然后进行目标定位。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤2的具体操作为：将目标脉冲送入数字下变频DDC进行中频信号到基带信号的转换，然后采用FIR低通滤波器滤除无用信号，得到滤波后的基带信号形式的目标脉冲；然后采用对数转换的方式将滤波后为基带信号形式的目标脉冲转换为以对数幅度值为信号的基带信号形式。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤3的具体操作为：采用经过对数转换后的目标脉冲的上升位置进行脉冲前沿检测，并对以对数幅度值为信号的基带信号形式的目标脉冲进行有限脉冲响应滤波，得到上升沿具有过零点的信号；并通过提取递减的过零点得到目标脉冲的前沿位置，所述有限脉冲响应滤波具体计算公式如下：

其中，k代表有k个有限输入项，b _k 为滤波器系数，x[]为输入项，n为当前滤波器函数计算项，M代表输入项为M个，y[n]为滤波器输出。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤4的具体操作为：采用6dB算法，并根据目标脉冲的前沿位置，在以对数幅度值为信号的基带信号形式的目标脉冲中提取脉冲位置，所述6dB算法为：将目标脉冲的当前采样值与目标脉冲的前一采样值进行比对，若当前采样值的幅度大于前一采样值的幅度6dB以上，则认为被采样的目标脉冲有上升趋势，并将当前采样值作为目标脉冲的上升沿的起始位置；若当前采样值的幅度小于前一采样值的幅度6dB以上，则认为当前采样值为脉冲的下降沿的起始位置。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤5的具体操作为：设定正常的脉冲间隔，使用脉冲相关度算法进行脉冲位置筛选，将脉冲间隔比正常的脉冲间隔大10%以上的脉冲判定为干扰脉冲，并将目标脉冲中的干扰脉冲进行剔除，将经过剔除后剩下的目标脉冲的脉冲位置判定为有效脉冲位置。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤5在使用脉冲相关度算法进行脉冲位置筛选后，还对目标脉冲的有效脉冲位置的幅度进行均值处理，得到均值幅度，将均值幅度作为参考幅度，根据参考幅度再次进行脉冲位置筛选，将得到的有效脉冲位置中幅度与参考幅值的幅度差值大于6dB以上的目标脉冲判定为干扰脉冲进行剔除，经过两次剔除后剩下的目标脉冲的脉冲位置判定为有效脉冲位置。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤5的具体操作为：根据得到目标脉冲的上升沿位置和下降沿位置确定目标脉冲的幅度，对目标脉冲的脉冲位置的幅度进行均值处理，得到均值幅度，将均值幅度作为参考幅度，根据参考幅度再对目标脉冲的脉冲位置进行脉冲位置筛选，将脉冲位置中幅度与参考幅值的幅度差值大于6dB以上的目标脉冲判定为干扰脉冲进行剔除，将经过剔除后剩下的目标脉冲的脉冲位置判定为有效脉冲位置。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤6的具体操作为：

在将干扰脉冲去除后，使用去除后剩下的有效位置的脉冲进行到达时间的计算，具体计算公式为：

其中

为各脉冲的TOA估计值减去相对于第一个脉冲的固定时差，

分别代表具体的剩下的有效位置的脉冲具体的到达时间，i=1、2、3、...、M；

根据计算得到的到达时间对目标进行定位。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

在使用了本发明的提取流程后，在增加脉冲位置筛选以后，到达时间的波动会减小，如图8所示，两个测试设备，接收同一个信号，数据处理速率为100MHz，两个设备的到达时间差在7~14ns之间变化，时间差集中在10ns左右，这10ns为两个设备的固有误差，信号处理误差可控制在±4ns以内，最终***的多点定位位置误差会控制在5m以内。实现了更强的抗干扰性能，以及更精准的到达时间结果计算。

附图说明

图1为正常信号与脉冲干扰信号的示意图；

图2为本发明完整流程示意图；

图3为本发明脉冲解调的流程示意图；

图4为本发明解调信号示意图；

图5为本发明脉冲前沿检测的信号示意图；

图6为本发明脉冲位置提取的信号示意图；

图7为本发明脉冲位置筛选出脉冲间隔大于10%和超过参考幅值6dB的脉冲的示意图；

图8为本发明最终到达时间提取效果示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

本实施例提出了一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1：首先采集多目标下的目标脉冲；

步骤2：然后对采集到的多目标下的目标脉冲进行脉冲解调，将中频信号形式的目标脉冲转换为基带信号形式；

步骤3：然后采用基带信号形式的目标脉冲信号的上升位置进行脉冲前沿检测，得到目标脉冲的脉冲前沿位置；

步骤4：接着进行脉冲位置提取，根据目标脉冲的脉冲前沿位置，从基带信号形式的目标脉冲信号中提取出相应的脉冲位置；

步骤5：对提取的脉冲位置进行脉冲位置筛选，剔除干扰脉冲，筛选出所需目标的目标脉冲的脉冲位置；

步骤6：使用筛选后的脉冲位置进行目标的到达时间计算，然后进行目标定位。

工作原理：如图1所示，在脉冲信号中存在有与正常信号不相同的干扰脉冲，其会对信号的处理计算造成很大的影响。特别是在复杂环境下干扰问题对目标定位的影响更加大，在机场等环境下，目标（飞机、地面保障汽车等）较多，目标信号错综复杂，信号之间会形成交织，串扰等相互干扰的情况，地面高楼林立会对目标信号产生反射、折射，目标会形成多径干扰，这些干扰会造成提取信号到达时间的时候产生误判情况。如图2所示，目标输入的目标脉冲经过脉冲解调，脉冲前沿检测、脉冲位置提取，脉冲位置筛选后得到准确的到达时间，实现了抗干扰能力强的二次雷达到达时间的计算。在使用了本发明的提取流程后，在增加脉冲位置筛选以后，到达时间的波动会减小，如图8所示，两个测试设备，接收同一个信号，数据处理速率为100MHz，两个设备的到达时间差在7~14ns之间变化，时间差集中在10ns左右，这10ns为两个设备的固有误差，信号处理误差可控制在±4ns以内，最终***的多点定位位置误差会控制在5m以内。实现了更强的抗干扰性能，以及更精准的到达时间结果计算。

实施例2：

本实施例在上述实施例1的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤2的具体操作为：将目标脉冲送入数字下变频DDC进行中频信号到基带信号的转换，然后采用FIR低通滤波器滤除无用信号，得到滤波后的基带信号形式的目标脉冲；然后采用对数转换的方式将滤波后为基带信号形式的目标脉冲转换为以对数幅度值为信号的基带信号形式。

工作原理：接收二次雷达目标一般是采集中频（IF）信号，对采样信号进行脉冲解调后能得到脉冲的幅度信息，脉冲解调如图3所示，数字下变频DDC是把中频信号转换为基带信号；FIR滤波器采用低通滤波器滤除无用信号，得到基带信号；对数转换是完成采样的线性信号到对数信号的转换，采集信号经过下变频和滤波得到的信号是线性幅度值，在后端处理的时候需要以dB为单位的幅度值，需要对幅度值进行log10运算，对数转换就是制作一张线性值对应的对数值的表，输入的线性值对应输出相应的对数值，通过对数转换后输出的幅度输出即为以对数幅度值为信号的基带信号形式的目标脉冲。脉冲解调后的信号如图4所示，IF为输入的中频信号，幅度为解调后的对数幅度值，对数幅度值为信号的基带信号。需要了解的是，本发明使用的数字下变频DDC和滤波器等都是现有技术，故在此不再赘述。

本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例1-2任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤3的具体操作为：采用经过对数转换后的目标脉冲的上升位置进行脉冲前沿检测，并对以对数幅度值为信号的基带信号形式的目标脉冲进行有限脉冲响应滤波，得到上升沿具有过零点的信号；并通过提取递减的过零点得到目标脉冲的前沿位置，所述有限脉冲响应滤波具体计算公式如下：

其中，k代表有k个有限输入项，b _k 为滤波器系数，x[]为输入项，n为当前滤波器函数计算项，M代表输入项为M个，y[n]为滤波器输出。

工作原理：为提高脉冲前沿检测的准确性，取脉冲的上升位置是最准确的，直接提取上升位置会出现提取位置偏差较大的情况，将幅度信号进行有限脉冲响应滤波后，信号的上升沿会变成一个具有过零点的信号，如图5箭头所指示的位置，滤波后信号的过零点对应未经有限脉冲响应滤波的原幅度的目标脉冲信号的上下沿50%处，原幅度的目标脉冲信号的上升沿变成递减的过零点，原幅度的目标脉冲信号的下降沿变成上升的过零点，通过提取递减的过零点就能得到脉冲前沿位置。

本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤4的具体操作为：采用6dB算法，并根据目标脉冲的前沿位置，在以对数幅度值为信号的基带信号形式的目标脉冲中提取脉冲位置，所述6dB算法为：将目标脉冲的当前采样值与目标脉冲的前一采样值进行比对，若当前采样值的幅度大于前一采样值的幅度6dB以上，则认为被采样的目标脉冲有上升趋势，并将当前采样值作为目标脉冲的上升沿的起始位置；若当前采样值的幅度小于前一采样值的幅度6dB以上，则认为当前采样值为脉冲的下降沿的起始位置。

工作原理：脉冲位置提取，采用6dB算法提取脉冲位置，得到相应的脉冲指示，6dB算法是在幅度的采样值中如果此采样值的幅度大于或等于前一采样值的幅度6dB，即判定此信号有上升趋势，此为一个脉冲的起始位置，同样的此采样值幅度小于或等于前一脉冲6dB即为脉冲的下降沿位置，如图6所示，脉冲是对数转换后的基带幅度值，脉冲提取为根据6dB算法提取的脉冲位置。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤5的具体操作为：设定正常的脉冲间隔，使用脉冲相关度算法进行脉冲位置筛选，将脉冲间隔比正常的脉冲间隔大10%以上的脉冲判定为干扰脉冲，并将目标脉冲中的干扰脉冲进行剔除，将经过剔除后剩下的目标脉冲的脉冲位置判定为有效脉冲位置。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤5在使用脉冲相关度算法进行脉冲位置筛选后，还对目标脉冲的有效脉冲位置的幅度进行均值处理，得到均值幅度，将均值幅度作为参考幅度，根据参考幅度再次进行脉冲位置筛选，将得到的有效脉冲位置中幅度与参考幅值的幅度差值大于6dB以上的目标脉冲判定为干扰脉冲进行剔除，经过两次剔除后剩下的目标脉冲的脉冲位置判定为有效脉冲位置。

工作原理：脉冲位置筛选，脉冲在提取到脉冲信号的时候需要准确知道脉冲是否为此目标的脉冲，提出脉冲相关度算法，正常的脉冲信号有1.45μs（AC模式）和1μs（S模式）的间隔，当脉冲间隔比正常大10%认为此脉冲受到干扰，例如S模式中脉冲间隔大于1.1μs认为是干扰脉冲，脉冲位置不可用，同样脉冲幅度与目标参考幅度相差6dB（实际数值大于或小于18）时，认为此脉冲为干扰脉冲，提取脉冲的时候相应的脉冲时间就会去掉，参考幅度是提取信号内的有效位置脉冲的幅度进行均值处理得到的值，如图7所示，第1、2、4个脉冲为正常脉冲，第3个脉冲为间隔异常的脉冲，第5个脉冲的幅度超过参考脉冲6dB。脉冲位置筛选可以只进行脉冲相关度算法的筛选也可以只根据参考幅度进行脉冲位置筛选，也可以两种筛选方式结合进行。当然，两种筛选方式结合进行的情况下，筛选效果最佳。

本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例1-5任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤6的具体操作为：

在将干扰脉冲去除后，使用去除后剩下的有效位置的脉冲进行到达时间的计算，具体计算公式为：

其中

为各脉冲的TOA估计值减去相对于第一个脉冲的固定时差，

分别代表具体的剩下的有效位置的脉冲具体的到达时间，i=1、2、3、...、M；

根据计算得到的到达时间对目标进行定位。

工作原理：如图7所示，第1、2、4个脉冲为正常脉冲，第3个脉冲为间隔异常的脉冲，第5个脉冲的幅度超过参考脉冲6dB，目标的脉冲前沿位置的均值为到达时间的最终数值，根据下式进行计算：

；

图7列举S模式的脉冲特性，理论间隔在1μs，其中

脉冲位置有偏差、

是脉冲幅度太高，脉冲前沿时间信息不可用，不能进行累加，M数值相应减2。在使用此提取流程，增加脉冲位置筛选以后，到达时间的波动会减小，图7中的100和120为具体的信号采样值，代表的是信号不同段在采样机器上的一个对应数值关系的展示，如第3段信号和第4段信号的信号幅度采样值都是100，而第5段的信号采样值幅度为120，代表的是第5段信号幅度变化比正常信号的采样值大20，而6dB的采样值差大概为18，则代表第5段信号的幅度大于6dB。如图8所示，两个测试设备，接收同一个信号，数据处理速率为100MHz，两个设备的到达时间差在7~14ns之间变化，时间差集中在10ns左右，这10ns为两个设备的固有误差，信号处理误差可控制在±4ns以内，最终***的多点定位位置误差会控制在5m以内。

本实施例的其他部分与上述实施例1-5任一项相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：首先采集多目标下的目标脉冲；

步骤2：然后对采集到的多目标下的目标脉冲进行脉冲解调，将中频信号形式的目标脉冲转换为基带信号形式；

步骤3：然后采用基带信号形式的目标脉冲信号的上升位置进行脉冲前沿检测，得到目标脉冲的脉冲前沿位置；

步骤4：接着根据目标脉冲的脉冲前沿位置，从基带信号形式的目标脉冲信号中提取出相应的脉冲位置，完成脉冲位置提取；

步骤5：对提取的脉冲位置进行脉冲位置筛选，剔除干扰脉冲，筛选出所需目标脉冲的脉冲位置；

步骤6：使用筛选后的脉冲位置进行目标的到达时间计算，然后进行目标定位。

2.如权利要求1所述的一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法，其特征在于，所述步骤2的具体操作为：将目标脉冲送入数字下变频DDC进行中频信号到基带信号的转换，然后采用FIR低通滤波器滤除无用信号，得到滤波后的基带信号形式的目标脉冲；然后采用对数转换的方式将滤波后为基带信号形式的目标脉冲转换为以对数幅度值为信号的基带信号形式。

3.如权利要求2所述的一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法，其特征在于，所述步骤3的具体操作为：采用经过对数转换后的目标脉冲的上升位置进行脉冲前沿检测，并对以对数幅度值为信号的基带信号形式的目标脉冲进行有限脉冲响应滤波，得到上升沿具有过零点的信号；并通过提取递减的过零点得到目标脉冲的前沿位置，所述有限脉冲响应滤波具体计算公式如下：

其中，k代表有k个有限输入项，b _k 为滤波器系数，x[]为输入项，n为当前滤波器函数计算项，M代表输入项为M个，y[n]为滤波器输出。

4.如权利要求3所述的一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法，其特征在于，所述步骤4的具体操作为：采用6dB算法，并根据目标脉冲的前沿位置，在以对数幅度值为信号的基带信号形式的目标脉冲中提取脉冲位置，所述6dB算法为：将目标脉冲的当前采样值与目标脉冲的前一采样值进行比对，若当前采样值的幅度大于前一采样值的幅度6dB以上，则认为被采样的目标脉冲有上升趋势，并将当前采样值作为目标脉冲的上升沿的起始位置；若当前采样值的幅度小于前一采样值的幅度6dB以上，则认为当前采样值为脉冲的下降沿的起始位置。

5.如权利要求4所述的一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法，其特征在于，所述步骤5的具体操作为：设定正常的脉冲间隔，使用脉冲相关度算法进行脉冲位置筛选，将脉冲间隔比正常的脉冲间隔大10%以上的脉冲判定为干扰脉冲，并将目标脉冲中的干扰脉冲进行剔除，将经过剔除后剩下的目标脉冲的脉冲位置判定为有效脉冲位置。

6.如权利要求5所述的一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法，其特征在于，所述步骤5在使用脉冲相关度算法进行脉冲位置筛选后，还对目标脉冲的有效脉冲位置的幅度进行均值处理，得到均值幅度，将均值幅度作为参考幅度，根据参考幅度再次进行脉冲位置筛选，将得到的有效脉冲位置中幅度与参考幅值的幅度差值大于6dB以上的目标脉冲判定为干扰脉冲进行剔除，经过两次剔除后剩下的目标脉冲的脉冲位置判定为有效脉冲位置。

7.如权利要求4所述的一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法，其特征在于，所述步骤5的具体操作为：根据得到目标脉冲的上升沿位置和下降沿位置确定目标脉冲的幅度，对目标脉冲的脉冲位置的幅度进行均值处理，得到均值幅度，将均值幅度作为参考幅度，根据参考幅度再对目标脉冲的脉冲位置进行脉冲位置筛选，将脉冲位置中幅度与参考幅值的幅度差值大于6dB以上的目标脉冲判定为干扰脉冲进行剔除，将经过剔除后剩下的目标脉冲的脉冲位置判定为有效脉冲位置。

8.如权利要求5或6或7所述的一种基于二次雷达到达时间的多目标抗干扰定位方法，其特征在于，所述步骤6的具体操作为：

在将干扰脉冲去除后，使用去除后剩下的有效位置的脉冲进行到达时间的计算，具体计算公式为：

其中

为各脉冲的TOA估计值减去相对于第一个脉冲的固定时差，

分别代表具体的剩下的有效位置的脉冲具体的到达时间，i=1、2、3、...、M；

根据计算得到的到达时间对目标进行定位。

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