CN114966572A - 基于脉内分段lfm波形的间歇采样转发干扰对抗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法，包括：将基带信号的脉宽及带宽进行划分，得到划分后的M个子脉冲的子脉宽和子带宽，在划分后每个子脉冲的子脉宽和子带宽内设计分段线性调频波形，得到合信号；采用单通道发射连续的脉冲串信号，干扰机将接收到的雷达信号进行间歇采样、调制及转发，转发的干扰信号与点目标反射信号同时被接收端接收，得到回波信号；回波信号经过接收端的带通滤波器后，得到带通滤波器的输出信号，将带通滤波器的输出信号与匹配函数做脉冲压缩处理，得到脉冲压缩后的信号；根据脉冲压缩后的信号区分干扰信号与目标信号。本发明提供的间歇采样转发干扰对抗方法可实现对间歇式采样干扰的抑制。

Description

基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法。

背景技术

间歇采样转发干扰是一种常见的干扰模式，立足于收发分时体制，干扰实现相对简单，对于相干脉冲雷达，特别是发射线性调频脉冲信号的相干雷达威胁巨大。一是因为间歇采样转发干扰在同一脉冲内多次采样与转发雷达信号，干扰信号与雷达信号相干性较强，可以获得部分脉压增益，使得所需干扰机发射功率降低；二是间歇采样在脉压处理过程中的失配滤波恰好形成了密集假目标，对雷达跟踪成像以及目标检测识别带来了极大的困难。

目前，应对进入主瓣的间歇采样转发干扰主要分为两个方向，即被动抗干扰与主动抗干扰方法。被动抗干扰方法主要针对发射线性调频信号下的间歇采样转发干扰，通过信号处理的方法，在时频域识别与剔除干扰信号采用时频分析的方法来分离干扰和目标信号，但在实际应用中这种方法会耗费大量的资源并且对于不同的干扰场景效果参差不齐。主动抗干扰方法指发射抗干扰波形，目前现有技术已设计了一种脉内的相位编码波形对间歇采样转发式干扰进行抑制。

然而，相位编码波形的模糊特性一般，多普勒容限低。因此，上述方法在实际应用中会受到极大限制。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于FDA-MIMO雷达的自适应三维角度多普勒补偿方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法，所述间歇采样转发干扰对抗方法包括：

步骤1、发射端将基带信号的脉宽及带宽进行划分，得到划分后的M个子脉冲的子脉宽和子带宽，在划分后每个所述子脉冲的子脉宽和子带宽内设计分段线性调频波形，并得到整个时宽带宽内的合信号；

步骤2、所述发射端采用单通道发射连续的脉冲串信号，干扰机将接收到的雷达信号进行间歇采样、调制及转发，转发的干扰信号与点目标反射信号同时被接收端接收，得到回波信号；

步骤3、所述回波信号经过所述接收端的带通滤波器后，得到所述带通滤波器的输出信号，将所述带通滤波器的输出信号与匹配函数做脉冲压缩处理，得到脉冲压缩后的信号；

步骤4、根据所述脉冲压缩后的信号区分干扰信号与目标信号。

在本发明的一个实施例中，所述基带信号的脉宽为：

其中，T_sub-m为第m个子脉冲所占的子脉宽；

所述基带信号的带宽为：

其中，B_sub-m为第m个子脉冲所占的子带宽；

第m个子脉冲的线性调频信号的调频率为：

μ_m＝B_sub-m/T_sub-m

其中，μ_m为第m个子脉冲的线性调频信号的调频率。

在本发明的一个实施例中，所述合信号为：

其中，rect(·)为门函数，t为脉冲内的瞬时时刻，

t_m为第m个子脉冲信号的起始时刻，B_m为第m个子脉冲的起始频率，B_sub-m＝B_m+1-B_m。

在本发明的一个实施例中，所述回波信号为：

x(t)＝x_s(t)+j(t)+n(t)

其中，x(t)为回波信号，n(t)为回波信号中的噪声，x_s(t)＝s(t-τ_s)，τ_s＝2R_s/c，R_s为点目标相对雷达的距离，c为光速，j(t)＝j_c(t)或者j(t)＝j_s(t)；

在干扰机接收到合信号s(t)、直接转发采样信号p(t)时，则直接转发干扰为：

其中，A_j为干扰幅值，T_j为干扰机的采样宽度，T_s为间歇采样干扰重复周期，S为间歇采样直接转发干扰的采样次数，

为取整运算，τ_j为干扰的时延；

重复转发干扰的采样信号为p'(t)，则重复转发干扰为：

其中，G为间歇采样干扰重复转发的总次数，

在本发明的一个实施例中，第m个带通滤波器的输出信号为：

x_m(t)＝x(t)*w_m(t)

其中，x_m(t)为第m个带通滤波器的输出信号，w_m(t)为第m个带通滤波器的时域表达式，*为卷积操作。

在本发明的一个实施例中，第m路脉冲压缩后的信号为：

y_m(t)＝x_m(t)*h_m(t)

其中，y_m(t)为第m路脉冲压缩后的信号，h_m(t)为第m个匹配滤波器的匹配函数。

在本发明的一个实施例中，所述步骤4包括：

判断每路脉冲压缩后的信号是否均含有某信号，若均含有，则该信号为目标信号，若部分含有，则为干扰信号。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种基于脉内分段LFM波形设计的间歇采样转发干扰对抗方法，能够在单通道发射所设计雷达波形的情况下主动抗干扰，间歇采样转发干扰场景下真实目标的检测。通过在发射端设计分段线性调频信号，然后利用干扰机间歇采样的特点，以及所设计发射波形时频分布的特殊性，在接收端设计与发射波形对应的带通滤波器，并将带通滤波的输出信号与对应的匹配滤波函数做脉冲压缩处理，即可分别得到同时包含目标和干扰以及仅包含目标的信号，从而实现干扰与目标信号的分离。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种分段线性调频信号的时频关系图；

图3a-图3b是本发明实施例提供的一种发射信号的实部及频谱图；

图4a-图4b是本发明实施例提供的一种包含目标和干扰的回波数据实部及频谱图；

图5是本发明实施例提供的一种回波数据直接脉冲压缩结果图；

图6a-图6f是本发明实施例提供的一种回波数据通过带通滤波器分别匹配滤波结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法的流程示意图。本发明实施例提供一种基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法，该间歇采样转发干扰对抗方法包括：

步骤1、发射端将基带信号的脉宽及带宽进行划分，得到划分后的M个子脉冲的子脉宽和子带宽，在划分后每个子脉冲的子脉宽和子带宽内设计分段线性调频波形，并得到整个时宽带宽内的合信号。

根据间歇式采样干扰的原理，其侦察阶段和干扰阶段交替进行，在侦察阶段，干扰机在检测到雷达发射信号时，即对其进行采样，在采样一小段时间后对采样到的部分雷达信号进行转发，转发后继续进行采样过程。转发的干扰信号与真实目标的散射信号同时被接收端接收，经过脉冲压缩后在距离维形成假目标，使雷达***难以有效对真实目标检测和跟踪。

具体地，假定设计波形的脉宽为T_p，基带信号的带宽为B，根据线性调频信号的时频特性，将基带信号在时域及频域上分成M个子脉冲，其中第m个子脉冲所占的子脉宽及子带宽分别可写为T_sub-m和B_sub-m，并且有：

基带信号的脉宽为：

其中，T_sub-m为第m个子脉冲所占的子脉宽。

基带信号的带宽为：

其中，B_sub-m为第m个子脉冲所占的子带宽。

定义μ_m＝B_sub-m/T_sub-m为第m个子脉冲线性调频信号的调频率，简单起见这里仅考虑调频率为正的情况。则发射的雷达基带信号(即整个时宽带宽内的合信号)可以写作：

其中，rect(·)为门函数，t为脉冲内的瞬时时刻，

为第m个子脉冲信号的起始时刻，B_m为第m个子脉冲的起始频率，有B_sub-m＝B_m+1-B_m。

在发射端进行波形设计时，可以任意规划每个子脉冲的子脉宽、子带宽以及起始频率，对基带信号的分段M越多，则规划的自由度就越大，相应的，波形设计就越复杂。

步骤2、发射端采用单通道发射连续的脉冲串信号，干扰机将接收到的雷达信号进行间歇采样、调制及转发，转发的干扰信号与点目标反射信号同时被接收端接收，得到回波信号。

假定在空间远场处存在一点目标，其相对雷达的距离为R_s，则雷达信号由发射到被目标散射并接收的双程时延可写作τ_s＝2R_s/c，接收端收到的目标散射信号可写作：

x_s(t)＝s(t-τ_s)

间歇采样干扰有直接转发和重复转发两种转发方式，直接转发即干扰机对检测到的雷达信号进行“采样-转发-采样-转发”的不断重复，转发的信号即为当前最近一次采样得到的部分雷达信号，通过对信号进行调制，可以使假目标出现在真实目标的前方或后方；重复转发是在采样得到一段信号后，对这段信号进行多次转发，然后再采样下一段信号，整个流程可以概括为“采样-转发-转发-采样-转发-转发。”

假设干扰机接收到真实的雷达发射信号(合信号)为s(t)，直接转发采样信号为p(t)，则直接转发干扰可表示为：

其中，A_j为干扰幅值，T_j为干扰机的采样宽度，T_s为间歇采样干扰重复周期，S为间歇采样直接转发干扰的采样次数，

为取整运算，τ_j为干扰的时延。

相同情况下，重复转发干扰的采样信号为p'(t)，则重复转发干扰可表示为：

其中，G为间歇采样干扰重复转发的总次数，

当G＝1时，间歇采样重复转发干扰即为间歇采样直接转发干扰。

则雷达收到的回波信号可以表示为：

x(t)＝x_s(t)+j(t)+n(t)

其中，j(t)＝j_c(t)或j(t)＝j_s(t)表示间歇采样转发式干扰，在单个干扰机工作的场景下，仅存在一种形式的间歇采样转发干扰，n(t)表示回波信号中的噪声。

步骤3、回波信号经过接收端的带通滤波器后，得到带通滤波器的输出信号，将带通滤波器的输出信号与匹配函数做脉冲压缩处理，得到脉冲压缩后的信号。

具体地，根据发射端波形设计的带通滤波器，在接收端对回波信号首先做下变频，并对下变频后的信号做傅里叶变换，得到回波信号的频域表达式。

在本实施例中，共设计M个带通滤波器，其中第m个带通滤波器的通带为B_sub-m，根据发射信号的时频关系，第m个带通滤波器的输出为时域对应脉宽为T_sub-m的子脉冲信号。

则第m个带通滤波器的输出信号可表示为：

x_m(t)＝x(t)*w_m(t)

其中，w_m(t)为第m个带通滤波器的时域表达式，*表示卷积操作。根据发射信号的波形，提取发射信号每个子脉冲通带B_sub-m对应的信号作为第m个匹配滤波器的匹配函数h_m(t)，将每个带通滤波器的输出信号与对应的匹配函数做脉冲压缩处理。第m路匹配滤波输出的信号(即第m路脉冲压缩后的信号)可表示为：

y_m(t)＝x_m(t)*h_m(t)

其中，y_m(t)为第m路脉冲压缩后的信号，h_m(t)为第m个匹配滤波器的匹配函数。

步骤4、根据脉冲压缩后的信号区分干扰信号与目标信号。

具体地，判断每路脉冲压缩后的信号是否均含有某信号，若均含有，则该信号为目标信号，若部分含有，则为干扰信号。

也就是说，由于目标存在于所有子脉冲，因此在每路带通滤波器的输出信号与对应的匹配滤波进行脉冲压缩后，目标信号都能被检测到；而干扰信号由于间歇采样仅存在部分雷达信号，因此可以分辨目标以及干扰信号。干扰信号与目标信号经带通滤波器被分离在不同的子脉冲内，从而实现了干扰的抑制。

本发明提出了一种基于脉内分段LFM波形设计的间歇采样转发干扰对抗方法，能够在单通道发射雷达波形的情况下实现对间歇式采样转发干扰的抑制，实现真实目标的检测。本发明充分干扰机间歇采样的特点，通过设计发射波形，只需要在接收端设计带通滤波器即可实现干扰与目标信号的分离，干扰抑制的效果随着分段数量的增加越来越好。

本发明提供的间歇采样转发干扰对抗方法，可用于在单通道下发射设计好的波形并结合对应的接收端处理方式，实现对间歇式采样干扰的抑制。

下面结合仿真实验对本发明的效果做进一步的说明。

为了评估本方法的性能，考虑如图2所示的分段线性调频波形，其***仿真参数如表1所示。

表1***仿真参数

为了凸显本发明的优势，在仿真中6个子脉冲信号的时宽与带宽均相等，调频率也相等，仅存在起始频率的不同，在实际场景种可对每个子脉冲的时宽带宽加以变化，以提高所设计波形的抗截获性能。

图3(a)-图3(b)分别设计分段线性调频波形的实部即频谱。观察图3(a)可知，不同于普通的线性调频信号，其频率逐渐增高，所设计的分段线性调频信号的频率随时间变化并不固定。观察图3(b)可知，所设计的分段线性调频信号其频谱可分为6段。

图4(a)-图4(b)分别接收回波信号的实部及频谱图。在图4(a)-图4(b)的仿真实验中，干扰机分别对第1、3、5段信号间歇采样并调制转发，对第2、4、6段子脉冲信号并无采样。观察图4(a)可知，回波中同时包含目标信号与3段调制干扰信号，第一、二段调制的干扰信号与真实目标的回波信号同时被雷达接收机接收，在真实目标信号持续时间结束后，第三段调制的干扰信号才被雷达接收。观察图4(b)可知，不同于发射波形的频谱，接收信号中有三个子频带的干扰信号大于目标信号，在不包含真实目标与干扰信号的频段，回波表示为噪声特性。

图5为对回波信号直接进行脉冲压缩的结果示意图，可以看出，由于回波信号中存在真实目标信息以及三个假目标的信息，直接进行脉冲压缩后在距离维形成4个峰值，难以区分目标信号与干扰信号。需要注意的是，由于干扰机只对雷达信号的部分进行间歇采样，而真实目标的回波信号包含了整段的发射信号波形，在接收端脉冲压缩采用的是整个发射信号，虽然干扰的功率大于目标功率，但是在脉压之后，真实目标信号的脉压增益大于干扰信号的脉压增益，在距离维表现为真实目标的幅值最大。由于干扰机与目标通常为非合作目标，接收端通常无法得到有关目标的先验信息，因此在距离维仍然难以区分真假目标。

图6(a)-图6(f)分别为接收信号经过带通滤波器后，再分别与对应频段的发射信号进行匹配滤波的结果。由于干扰机仅在部分子脉冲段对雷达信号进行采样，而目标信号存在于所有子脉冲段，因此可以分辨目标所在位置以及干扰位置。在图6(a)、6(c)、6(e)中，可以清晰地观测到目标信号；而在图6(b)、6(d)、6(f)中，除目标信号外，在三个不同距离处可以观测到不同的干扰信号。干扰信号与目标信号经带通滤波被分离在不同的子带内，从而实现了干扰的抑制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法，其特征在于，所述间歇采样转发干扰对抗方法包括：

步骤1、发射端将基带信号的脉宽及带宽进行划分，得到划分后的M个子脉冲的子脉宽和子带宽，在划分后每个所述子脉冲的子脉宽和子带宽内设计分段线性调频波形，并得到整个时宽带宽内的合信号；

步骤2、所述发射端采用单通道发射连续的脉冲串信号，干扰机将接收到的雷达信号进行间歇采样、调制及转发，转发的干扰信号与点目标反射信号同时被接收端接收，得到回波信号；

步骤3、所述回波信号经过所述接收端的带通滤波器后，得到所述带通滤波器的输出信号，将所述带通滤波器的输出信号与匹配函数做脉冲压缩处理，得到脉冲压缩后的信号；

步骤4、根据所述脉冲压缩后的信号区分干扰信号与目标信号。

2.根据权利要求1所述的基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法，其特征在于，所述基带信号的脉宽为：

其中，T_sub-m为第m个子脉冲所占的子脉宽；

所述基带信号的带宽为：

其中，B_sub-m为第m个子脉冲所占的子带宽；

第m个子脉冲的线性调频信号的调频率为：

μ_m＝B_sub-m/T_sub-m

其中，μ_m为第m个子脉冲的线性调频信号的调频率。

3.根据权利要求2所述的基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法，其特征在于，所述合信号为：

其中，rect(·)为门函数，t为脉冲内的瞬时时刻，

t_m为第m个子脉冲信号的起始时刻，B_m为第m个子脉冲的起始频率，B_sub-m＝B_m+1-B_m。

4.根据权利要求3所述的基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法，其特征在于，所述回波信号为：

x(t)＝x_s(t)+j(t)+n(t)

其中，x(t)为回波信号，n(t)为回波信号中的噪声，x_s(t)＝s(t-τ_s)，τ_s＝2R_s/c，R_s为点目标相对雷达的距离，c为光速，j(t)＝j_c(t)或者j(t)＝j_s(t)；

在干扰机接收到合信号s(t)、直接转发采样信号p(t)时，则直接转发干扰为：

其中，A_j为干扰幅值，T_j为干扰机的采样宽度，T_s为间歇采样干扰重复周期，S为间歇采样直接转发干扰的采样次数，

为取整运算，τ_j为干扰的时延；

重复转发干扰的采样信号为p'(t)，则重复转发干扰为：

其中，G为间歇采样干扰重复转发的总次数，

5.根据权利要求4所述的基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法，其特征在于，第m个带通滤波器的输出信号为：

x_m(t)＝x(t)*w_m(t)

其中，x_m(t)为第m个带通滤波器的输出信号，w_m(t)为第m个带通滤波器的时域表达式，*为卷积操作。

6.根据权利要求5所述的基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法，其特征在于，第m路脉冲压缩后的信号为：

y_m(t)＝x_m(t)*h_m(t)

其中，y_m(t)为第m路脉冲压缩后的信号，h_m(t)为第m个匹配滤波器的匹配函数。

7.根据权利要求1所述的基于脉内分段LFM波形的间歇采样转发干扰对抗方法，其特征在于，所述步骤4包括：

判断每路脉冲压缩后的信号是否均含有某信号，若均含有，则该信号为目标信号，若部分含有，则为干扰信号。

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