CN115480220B - 基于脉冲域的epc-mimo雷达抗欺骗式干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于脉冲域的EPC‑MIMO雷达抗欺骗式干扰方法，通过采集任一目标脉冲信号以及回波信号；对目标脉冲信号的编码相位使用补偿矩阵进行补偿，得到一组匹配信号；将一组匹配信号与16个回波信号进行匹配，确定每个发射阵元在同一时刻发射的脉冲信号对应的回波信号；确定同回波信号出现能量峰值以得到干扰规律；将假目标回波信号从脉冲信号对应的所有回波信号中去除。本发明利用假目标与真目标回波信号相比存在延迟转发周期，以此根据脉冲信号对应的回波出现峰值，以得到干扰规律从而去除干扰信号。相比于现有技术可以准确地识别出假目标回波，提高抗欺骗式干扰地有效性。

Description

基于脉冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法

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冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法。

背景技术

近年来，各个国家、组织的电子信息技术都进入了迅猛发展的阶段，雷达***所面临的挑战也越来越艰巨，在复杂的干扰环境中探测所需要的真实目标的难度仍在不断提升。

干扰的形式主要分为压制式和欺骗式两种，其中压制式干扰通常指得是通过使用功率较大的干扰信号使雷达的信噪比大幅度减小，接收端由于功率压制持续处于接收饱和状态，进而达到干扰目的，使雷达无法完成其原有的工作任务，虽然压制式干扰可以满足对雷达进行干扰的需求，但是因为要求释放的有源信号的功率较大，其效率一般都较低；另一种欺骗式干扰则是利用模拟真目标的回波信号，产生虚假目标对雷达***进行干扰，通过发出与目标回波信息较相似的信号，雷达将会错误地把虚假目标看作真实目标，并以此达到干扰目的，进而影响雷达在参数估计和检测真实目标时的偏差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于脉冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供的一种基于脉冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法包括：

步骤1：采集雷达***中每个发射阵元在一个CPI内发射的16个脉冲信号中的任一目标脉冲信号以及每个接收阵元接收返回的16个连续脉冲的回波信号；

其中，回波信号包括真目标回波信号以及假目标对接收到的脉冲信号进行调制返回的假目标回波信号；

步骤2：对目标脉冲信号的编码相位使用补偿矩阵进行补偿，以还原发射的16个脉冲信号，得到一组匹配信号；

步骤3：根据发射阵元序号，将一组匹配信号与16个回波信号进行匹配，确定每个发射阵元在同一时刻发射的脉冲信号对应的回波信号；

步骤4：确定同一时刻发射的脉冲信号对应的回波信号出现能量峰值，以得到干扰规律；

步骤5：如果脉冲信号对应的回波信号出现能量峰值，则确定该脉冲信号对应的回波信号中存在假目标回波信号，将该脉冲信号对应的所有回波信号去除。

可选的，每个发射阵元发射一个由L个子脉冲组成的相位编码脉冲，第m个阵元发射的信号复包络可以表示为：

其中，f₀表示参考载波频率，E表示发射能量，T表示雷达脉冲持续时间，且有

其中，z_m(l)是[0,2π]内的任意值；各发射阵元的复包络是彼此正交的表示为：

可选的，任一目标脉冲信号的编码相位表示为：

e^{j2πγΑ(k-1)}|_k＝16，

其中，A＝[0,1,...M-1]^T，编码系数γ＝1/M；

所述补偿矩阵表示为：

c_γ＝[e^{-j2πγA(16-1)} e^{-j2πγA(16-2)} … 1]^T

其中，T表示转置。

可选的，一个相干处理时间(CPI)内共发射了K个脉冲，对于位于角度θ₀、距离R₀的远场目标，第m个发射阵元发出、第n个接收阵元接收的第k个脉冲对应的目标回波信号为：

其中，A表示点目标的复振幅，τ₀＝2R₀/c为公共延迟，τ_n,m＝(2R₀-d(n-1)sin(θ₀)-d(m-1)sin(θ₀))/c，f_ds＝2v_s/λ₀表示目标的多普勒频率，其中v_s和λ₀分别为目标的速度和波长。

可选的，

假目标接收到的由第m个发射阵元发射的第k-1个脉冲信号可以表示为：

式中，为从发射端到假目标产生器的时延，为不同阵元之间的接收信号时延，θ’₀≈θ₀。

可选的，假目标对接收到的脉冲信号按照时间调制参数Δτ_p以及速度调制参数v_p进行调制，调制后信号表示为：

其中，假目标个数为p＝[1,2,…P]，f_p＝2v_p/λ_p表示目标的多普勒频率，v_p和λ_p分别为假目标的速度和波长。

可选的，接收阵元接收到的假目标所转发的第k个脉冲的回波信号表示为：

本发明提供的一种基于脉冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法，通过采集任一目标脉冲信号以及每个接收阵元接收返回的16个连续脉冲的回波信号；对目标脉冲信号的编码相位使用补偿矩阵进行补偿，以还原发射的16个脉冲信号，得到一组匹配信号；根据发射阵元序号，将一组匹配信号与16个回波信号进行匹配，确定每个发射阵元在同一时刻发射的脉冲信号对应的回波信号；确定同一时刻发射的脉冲信号对应的回波信号出现能量峰值，以得到干扰规律；如果脉冲信号对应的回波信号出现能量峰值，则确定该脉冲信号对应的回波信号中存在假目标回波信号，将该脉冲信号对应的所有回波信号去除。本发明利用假目标与真目标回波信号相比存在延迟转发周期，以此根据脉冲信号对应的回波出现峰值，以得到干扰规律从而去除干扰信号。相比于现有技术可以准确地识别出假目标回波，提高抗欺骗式干扰地有效性。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于脉冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法的过程示意图；

图2是本发明提供的假目标产生回波信号的示意图；

图3是本发明提供的EPC-MIMO雷达各通道间的正交性的示意图；

图4是本发明提供的不同脉冲回波数据匹配结果示意图；

图5是本发明提供的假目标产生规律查找示意图；

图6是本发明提供的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法处理结果示意图。

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。

脉冲阵元编码-多输入多输出(EPC-MIMO)雷达是一种在发射阵元-脉冲间进行编码的新体制。考虑假目标相比于真实目标延迟了若干个脉冲，因此真、假目标位于不同的距离模糊区间。

通过编码，脉冲阵元编码-多输入多输出(EPC-MIMO)雷达能够区分来自不同距离模糊区间的回波信号，更进一步，可以在发射、接收空间频率及脉冲三维域实现真、假目标的鉴别。由于真、假目标的等效发射方向图具有不同的空域指向，因此，通过合理设计编码系数，可以使得假目标方向图的主瓣恰好对准真实目标方向图的零点，从而提取出某个特定距离模糊区间的真实目标信号，抑制来自其他距离模糊区间的假目标。

如图1所示，本发明提供的一种基于脉冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法包括：

步骤1：采集雷达***中每个发射阵元在一个CPI内发射的16个脉冲信号中的任一目标脉冲信号以及每个接收阵元接收返回的16个连续脉冲的回波信号；

其中，回波信号包括真目标回波信号以及假目标对接收到的脉冲信号进行调制返回的假目标回波信号；所述目标脉冲信号为每个发射阵元发送的16个脉冲信号中的任一一个。

考虑共址多输入多输出(MIMO)雷达***，共有M个发射阵元和N个接收阵元。每个发射阵元发射一个由L个子脉冲组成的相位编码脉冲，第m个阵元发射的信号复包络可以表示为：

其中，f₀表示参考载波频率，E表示发射能量，T表示雷达脉冲持续时间，且有

其中，z_m(l)是[0,2π]内的任意值；各发射阵元的复包络是彼此正交的表示为：

假设一个相干处理时间(CPI)内共发射了K个脉冲，对于位于角度θ₀、距离R₀的远场目标，第m个发射阵元发出、第n个接收阵元接收的第k个脉冲对应的目标回波信号为：

其中，A表示点目标的复振幅(考虑发射功率、相位、目标发射率和信道传播效应等)，τ₀＝2R₀/c为公共延迟，f_ds＝2v_s/λ₀表示目标的多普勒频率，其中v_s和λ₀分别为目标的速度和波长。

考虑假目标位于远场，它首先需要对雷达的发射信号进行拦截，并收集相关的信息，进而对其进行适当调制，例如距离或者速度上的调制，从而产生虚假目标，因此，雷达的接收回波中既包括期望的真实目标回波，也包括假目标产生器产生的虚假目标回波。

假目标产生器在产生假目标时，有一定的时间延迟，我们称其为延迟转发周期，可以表示为ζ·PRF，其中ζ为正整数，代表的含义是：假目标产生器在第一个PRF到第(ζ-1)个PRF内拦截信号，在第ζ个PRF转发并调制该信号，产生假目标并返回到接收端。这里考虑一个通用的模型，假设假目标产生器的距离为R'₀，角度为θ’₀，以ζ＝2为例，即假目标产生器拦截当前脉冲时间下的信号，在下一个脉冲时间中调制该信号并返回到雷达信号的接收端，整个过程如图2所示，假目标接收到的由第m个发射阵元发射的第k-1个脉冲信号可以表示为：

式中，为从发射端到假目标产生器的时延，为不同阵元之间的接收信号时延，由于考虑主瓣欺骗式干扰，所以有θ’₀≈θ₀。

假目标对拦截到的信号进行调制，其中，时间调制参数为Δτ_p、速度调制参数为v_p，假目标个数为p＝[1,2,…P]，假目标对接收到的脉冲信号按照时间调制参数Δτ_p以及速度调制参数v_p进行调制，调制后信号表示为：

其中，假目标个数为p＝[1,2,…P]，f_p＝2v_p/λ_p表示目标的多普勒频率，v_p和λ_p分别为假目标的速度和波长。

接收阵元接收到的假目标所转发的第k个脉冲的回波信号表示为：

而同一脉冲真实目标的回波和假目标回波不同，本发明可以利用两者在同一脉冲下的回波信号信息不同，来实现抑制脉间转发式的主瓣欺骗干扰。

步骤2：对目标脉冲信号的编码相位使用补偿矩阵进行补偿，以还原发射的16个脉冲信号，得到一组匹配信号；

EPC-MIMO雷达外场实验***测试参数如表1所示，其中，真实目标和假目标的距离信息通过激光测距仪进行测试并记录，真实目标的速度为放置角反的运动车辆的仪表盘上所显示速度，假目标速度为实验进行时假目标产生器中人工设置的速度；发射波形为Multi-CAN算法优化后的多相编码信号，码长为128。图3给出了EPC-MIMO雷达各通道间的正交性，这里以发射通道1为例，可以看出，各通道间的正交性良好。

表1 EPC-MIMO雷达外场实验***测试参数

由于EPC-MIMO雷达外场实验***中的硬件限制，每一次信号采集只能采集到***中天线实际发射的一个脉冲的发射信号，即目标脉冲信号。因此需要对***所采集到的一个脉冲信号进行相位补偿操作，得到天线实际发射的16个脉冲的发射信号。在EPC-MIMO雷达外场实验中，一个CPI内发射16个脉冲，后文中的实测数据处理均使用了硬件采集到的EPC-MIMO雷达发射信号中天线实际发射的第16个脉冲，任一目标脉冲信号的编码相位表示为：

e^{j2πγΑ(k-1)}|_k＝16，

其中，A＝[0,1,...M-1]^T，编码系数γ＝1/M；

所述补偿矩阵表示为：

c_γ＝[e^{-j2πγA(16-1)} e^{-j2πγA(16-2)} … 1]^T

其中，T表示转置。

本发明在实测数据处理中，是对第16个发射脉冲进行补偿，得到一组匹配信号。

表2脉冲与阵元数对照表

阵元数	脉冲数	阵元数	脉冲数
				[1,16]	1	[129,144]	9
[17,32]	2	[145,160]	10
				[33,48]	3	[161,176]	11
[49,64]	4	[177,192]	12
				[65,80]	5	[193,208]	13
[81,96]	6	[209,224]	14
				[97,112]	7	[225,240]	15
[113,128]	8	[241,256]	16

步骤3：根据发射阵元序号，将一组匹配信号与16个回波信号进行匹配，确定每个发射阵元在同一时刻发射的脉冲信号对应的回波信号；

本发明查找假目标的转发规律。首先收集一组回波数据，即16个连续脉冲的回波，依次与步骤一中得到的发射脉冲信号进行匹配，从而得到假目标产生器的转发规律。如图4所示，其中，x轴表示采样点数，根据y轴表示阵元数，由于回波处理过程中将每个脉冲对应的16组数据进行了重排，故y轴中用每16个阵元为一组来表示一个脉冲所对应的阵元数据，即[1,16]表示脉冲1所对应的16个阵元的回波数据，[17,32]表示脉冲2所对应的16个阵元的回波数据，依次类推，如表2所示。

步骤4：确定同一时刻发射的脉冲信号对应的回波信号出现能量峰值；

如图4所示，由于假目标的能量比较高，若某一发射脉冲回波中包含假目标，则对该组回波数据进行匹配后，假目标处会出现尖峰。从图4中子图(b)中可以看出，对第2个发射脉冲回波数据进行匹配后，出现尖峰的y轴阵元数为14，对照表2，所表示的是第1个脉冲，故假目标产生器转发的发射脉冲数为1，且延迟转发周期为2，同样，从图4中子图(d)中可以看出，对第4个发射脉冲的回波数据进行匹配后，出现尖峰的y轴阵元数为46，对照表2，所表示的是第3个脉冲，故假目标产生器转发的发射脉冲数为3，且延迟转发周期为2。其他未出现尖峰的图，如图4中子图(a)、(c)等，则说明该脉冲回波数据中没有假目标的出现。

将每个脉冲对应的16组回波数据求和后所得到的结果如图5所示，其中，从图5中子图(a)可以看出，与图4中所得到的结果一致，脉冲2、4、6、8、10、12、14、16的回波数据中包含假目标数据，说明假目标产生器的转发频率为每隔一个脉冲，完成一次拦截转发；同时可以得出，假目标产生器共产生了五个不同距离的假目标。图5中子图(b)为图5中子图(a)的Y-Z视图，可以根据不同假目标对应的采样点数，计算出假目标的等效距离，计算结果如表3所示。与表1的实际测试参数相比，结果相对准确，误差较小。

表3 EPC-MIMO雷达外场实验***测试结果

参数	R/(km)	参数	v/(m/s)
				真实目标距离	0.567	真实目标速度	2.24
假目标1距离	1.492	假目标1速度	28.19
				假目标2距离	1.997	假目标2速度	28.19
假目标3距离	2.501	假目标3速度	28.19
				假目标4距离	3.005	假目标4速度	28.19
假目标5距离	3.509	假目标5速度	28.19

故由图4与图5可以得出假目标产生器产生假目标的规律：假目标产生器所拦截的信号为当前脉冲时间内的，进行调制后转发到下一个脉冲时间内，且每两次截获间隔时间为两倍的PRT。

步骤5：如果脉冲信号对应的回波信号出现能量峰值，则确定该脉冲信号对应的回波信号中存在假目标回波信号，将该脉冲信号对应的所有回波信号去除。

值得说明的是：筛选出真实目标数据完成抗干扰。在分析得到假目标产生器的转发规律后，即只包含真实目标的脉冲回波数据已知，对EPC-MIMO雷达的实测回波数据进行筛选，筛选出只包含真实目标的实测回波数据，包含真实目标和假目标的实测回波数据，分别进行匹配滤波、MTI、MTD处理。

图6为EPC-MIMO雷达基于脉冲域的抗主瓣欺骗干扰方法处理结果。图6(a)为真实目标匹配结果，即对只包含真实目标的脉冲回波数据，用真实目标的发射脉冲信号匹配。图6中(b)为图6中(a)的Y-Z视图，真实目标匹配时选取的MTI点数为33，选取的脉冲间隔为16，从图中得到的多普勒频率为4kHz，因此可以得到真实目标的速度为2.24m/s。图6中(c)为假目标匹配结果及其输出功率，即对同时有真实目标和假目标的脉冲回波数据，用假目标所转发的发射脉冲信号匹配。图6中(d)为图6中(c)的Y-Z视图，假目标匹配时选取的MTI点数为14，选取的脉冲间隔为2，从图中得到的多普勒频率为-4.5kHz，因此可以得到假目标的速度为28.19m/s。图6中(e)为真实目标和假目标同时匹配结果及其输出功率，即对所有脉冲回波数据，用假目标所转发的发射脉冲信号和真实目标脉冲发射信号同时匹配。图6中(f)为真实目标匹配后的输出功率图，即基于脉冲域的抗主瓣欺骗式干扰方法的结果，可以看出，真实目标可以被提取出来。

从图6可得，本章中所提的EPC-MIMO雷达基于脉冲域的抗主瓣欺骗干扰方法是有效的，可以成功实现真实目标与假目标的分离。

本发明提供的一种基于脉冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法，通过采集任一目标脉冲信号以及每个接收阵元接收返回的16个连续脉冲的回波信号；对目标脉冲信号的编码相位使用补偿矩阵进行补偿，以还原发射的16个脉冲信号，得到一组匹配信号；根据发射阵元序号，将一组匹配信号与16个回波信号进行匹配，确定每个发射阵元在同一时刻发射的脉冲信号对应的回波信号；确定同一时刻发射的脉冲信号对应的回波信号出现能量峰值，以得到干扰规律；如果脉冲信号对应的回波信号出现能量峰值，则确定该脉冲信号对应的回波信号中存在假目标回波信号，将该脉冲信号对应的所有回波信号去除。本发明利用假目标与真目标回波信号相比存在延迟转发周期，以此根据脉冲信号对应的回波出现峰值，以得到干扰规律从而去除干扰信号。相比于现有技术可以准确地识别出假目标回波，提高抗欺骗式干扰地有效性。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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 (6)

1.一种基于脉冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法，其特征在于，包括：

步骤1：采集雷达***中每个发射阵元在一个CPI内发射的16个脉冲信号中的任一目标脉冲信号以及每个接收阵元接收返回的16个连续脉冲的回波信号；

其中，回波信号包括真目标回波信号以及假目标对接收到的脉冲信号进行调制返回的假目标回波信号；

步骤2：对目标脉冲信号的编码相位使用补偿矩阵进行补偿，以还原发射的16个脉冲信号，得到一组匹配信号；

步骤3：根据发射阵元序号，将一组匹配信号与16个回波信号进行匹配，确定每个发射阵元在同一时刻发射的脉冲信号对应的回波信号；

步骤4：确定同一时刻发射的脉冲信号对应的回波信号出现能量峰值，以得到干扰规律；

步骤5：如果脉冲信号对应的回波信号出现能量峰值，则确定该脉冲信号对应的回波信号中存在假目标回波信号，将该脉冲信号对应的所有回波信号去除；

每个发射阵元发射一个由L个子脉冲组成的相位编码脉冲，第m个阵元发射的信号复包络可以表示为：

其中，f₀表示参考载波频率，E表示发射能量，T表示雷达脉冲持续时间，且有

其中，z_m(l)是[0,2π]内的任意值；各发射阵元的复包络是彼此正交的表示为：

2.根据权利要求1所述的基于脉冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法，其特征在于，任一目标脉冲信号的编码相位表示为：

e^{j2πγΑ(k-1)}|_k＝16，

其中，A＝[0,1,...M-1]^T，编码系数γ＝1/M；

所述补偿矩阵表示为：

c_γ＝[e^{-j2πγA(16-1)} e^{-j2πγA(16-2)} … 1]^T

其中，T表示转置。

3.根据权利要求2任一项所述的基于脉冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法，其特征在于，

一个相干处理时间(CPI)内共发射了K个脉冲，对于位于角度θ₀、距离R₀的远场目标，第m个发射阵元发出、第n个接收阵元接收的第k个脉冲对应的目标回波信号为：

其中，A表示点目标的复振幅，τ₀＝2R₀/c为公共延迟，τ_n,m＝(2R₀-d(n-1)sin(θ₀)-d(m-1)sin(θ₀))/c，f_ds＝2v_s/λ₀表示目标的多普勒频率，其中v_s和λ₀分别为目标的速度和波长。

4.根据权利要求3任一项所述的基于脉冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法，其特征在于，

假目标接收到的由第m个发射阵元发射的第k-1个脉冲信号可以表示为：

式中，为从发射端到假目标产生器的时延，为不同阵元之间的接收信号时延，θ’₀≈θ₀。

5.根据权利要求4任一项所述的基于脉冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法，其特征在于，假目标对接收到的脉冲信号按照时间调制参数Δτ_p以及速度调制参数v_p进行调制，调制后信号表示为：

其中，假目标个数为p＝[1,2,…P]，f_p＝2v_p/λ_p表示目标的多普勒频率，v_p和λ_p分别为假目标的速度和波长，Δτ_p表示时间调制参数。

6.根据权利要求5任一项所述的基于脉冲域的EPC-MIMO雷达抗欺骗式干扰方法，其特征在于，接收阵元接收到的假目标所转发的第k个脉冲的回波信号表示为：