脉冲多普勒雷达极化抗干扰方法与流程

本发明涉及雷达探测领域抗干扰技术，尤其是涉及在箔条、有源压制和欺骗等干扰情况下对目标有效检测的抗干扰方法。
背景技术：
：脉冲多普勒雷达是利用雷达和目标相对运动引起的多普勒效应来检测目标的脉冲雷达。由于该雷达可以有效地抑制地杂波，被广泛用于机载、弹载等运动平台搜索捕获和识别跟踪目标。随着干扰技术的不断发展，脉冲多普勒雷达面临越来越复杂的电子干扰和自然干扰环境，显著降低探测性能。如何提高雷达在复杂电磁环境下有效抗干扰和可靠检测能力，保证探测目标的真伪和精度，已成为国内外该领域的研究热点之一。雷达干扰的种类大致可以分为两种：无源干扰和有源干扰。无源干扰是指雷达所探测的目标以外的其它物体对雷达发射信号产生散射后到达的雷达回波信号，包括地物杂波、海杂波、箔条等；有源干扰是指观测环境自然辐射或敌方故意发射的电磁信号，如有源压制干扰、距离和速度欺骗式等。雷达干扰设备首先是在远距离上发现雷达，截获雷达探测脉冲，分析雷达信号参数，然后发射或转发各种无源和有源干扰，使雷达目标回波信号被淹没在干扰之中，使雷达无法检测和跟踪目标。而雷达抗干扰的目的是抑制干扰、减小干扰影响，及时、准确获取目标信息。脉冲多普勒雷达采用基于动目标检测的方法抑制杂波，在雷达抗干扰中得到较广泛的应用。当目标和干扰相对于雷达的运动速度不同时，两者产生的多普勒频率也不相同，脉冲多普勒雷达设置多普勒滤波器组，滤除杂波和干扰信号，对目标回波信号的多普勒频率进行检测便可提取目标信号。雷达极化特征反映目标对电磁波的极化散射特性，与目标的形状、材质、姿态等因素有关，因此可以利用目标和干扰的极化散射回波差异，抑制干扰回波信号，增强目标回波信号，在极化域中提取特征，实现分类和检测识别目标。目前，雷达抗干扰算法主要包括：(1)雷达目标回波波形匹配识别方法；(2)目标特征提取和分类识别方法。方法(1)需要建立目标或干扰的回波波形先验信息，利用雷达接收信号与先验信息进行匹配识别，达到区分目标和干扰的目的，然而由于目标姿态敏感性引起雷达目标回波起伏大，导致正确识别率不高，稳定性不好，工程实用性不强；方法(2)利用目标和干扰回波统计特性差异，提取均值、方差、相关系数等统计特征，采用分类识别方法对目标进行检测识别，此类工程应用较多，但有些特征随探测环境的影响变化较大，其难点在于选取出区别目标和干扰的有效特征。另外，上述方法往往只针对一种干扰类型有效，当在多种干扰同时存在时，不能达到有效的目标检测。技术实现要素：本发明的目的是针对箔条、有源压制和欺骗等干扰，提供一种能有效抑制干扰、提高目标检测概率的脉冲多普勒雷达极化抗干扰方法。为了达到上述目的，本发明提出一种脉冲多普勒雷达极化抗干扰方法，其特征在于包括如下步骤：在终端处理分机DSP嵌入式软件中，以双极化通道处理模块、脉冲序列校正模块、脉冲多普勒处理模块、同极化通道二维检测模块和目标极化判决模块为单元构建脉冲多普勒雷达极化抗干扰软件架构，其中，双极化通道处理模块读入雷达双极化回波信号，先作交叉极化通道补偿、统计信号功率最大值和接收机噪声功率，判决是否存在有源压制式干扰，当存在压制干扰时进行双极化通道间对消；脉冲序列校正模块利用跟踪获得径向速度计算前后两个脉冲之间的目标信号走动时间，以第一个脉冲为基准，对其它脉冲进行距离走动校正；脉冲多普勒处理模块对同极化和交叉极化通道的M个脉冲序列作相参积累，并将零频移到频谱中心；同极化通道二维检测模块利用径向速度计算多普勒频率，锁定目标在多普勒-距离二维矩阵中的通道号，并设置目标二维跟踪波门，在跟踪波门内作二维恒虚警检测；目标极化判决模块计算有用信号序列集的极化比，对极化比值进行极化比检测判决，通过极化比检测判决的信号，输出作为干扰抑制后的目标信号。本发明相比于现有技术具有如下有益效果：本发明能有效抑制干扰。针对箔条、有源压制和欺骗等多种干扰源，本发明提供了干扰抑制和目标检测识别方法，并给出一套以双极化通道处理模块、脉冲序列校正模块、脉冲多普勒处理模块、同极化通道二维检测模块和目标极化判决模块为单元构建脉冲多普勒雷达极化抗干扰软件架构，以及完整的处理流程。通过试验数据分析表明，该方法能有效抑制干扰，提高目标正确检测概率，具有较强的工程实用价值。本发明能够防止没有压制式干扰时极化对消引起的目标信号损失。本发明采用先作交叉极化通道补偿、统计信号功率最大值和接收机噪声功率，判决是否存在有源压制式干扰，当存在压制干扰时才进行双极化通道间对消。本发明能提高目标检测概率。针对箔条干扰在脉冲重复时间序列上的弱相关性，本发明采用相参积累处理，可以有效提高信干比，便于后续目标检测；利用目标跟踪估计的位置和多普勒频率，可以锁定目标在多普勒-距离二维矩阵中的通道号，设置目标二维跟踪波门，剔除波门外的干扰；考虑跟踪波门内可能还存在干扰，计算极化比特征，进行目标极化比判决，有效抑制波门内的干扰，进一步提高对目标正确检测概率。本发明为实现雷达在复杂干扰环境下对目标正确检测识别提供了解决方法和坚实的基础。附图说明为了更清楚地理解本发明，现通过附图和实施例，对本发明作进一步阐述，其中：图1是本发明脉冲多普勒雷达极化抗干扰流程图。图2是图1中双极化通道处理模块的流程图。图3是图1中同极化通道二维检测模块的流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步说明。参阅图1。在以下描述的实施例中，脉冲多普勒雷达极化抗干扰方法的整个流程采用在终端处理分机中，基于DSP嵌入式软件方式自动实现。在终端处理分机DSP嵌入式软件中，以双极化通道处理模块、脉冲序列校正模块、脉冲多普勒处理模块、同极化通道二维检测模块和目标极化判决模块为单元构建脉冲多普勒雷达极化抗干扰软件架构，其中，(S1)双极化通道处理模块读入雷达双极化回波信号，先作交叉极化通道补偿，统计信号功率最大值和接收机噪声功率，判决是否存在有源压制式干扰，当存在压制干扰时需进行双极化通道间对消；(S2)脉冲序列校正模块利用跟踪获得径向速度计算前后两个脉冲之间的目标信号走动时间，以第一个脉冲为基准，对其它脉冲进行距离走动校正；(S3)脉冲多普勒处理模块对同极化和交叉极化通道的M个脉冲序列作相参积累，并将零频移到频谱中心；(S4)同极化通道二维检测模块利用径向速度计算多普勒频率，锁定目标在多普勒-距离二维矩阵中的通道号，并设置目标二维跟踪波门，在跟踪波门内作二维恒虚警检测；(S5)目标极化判决模块计算有用信号序列集的极化比，对极化比值进行极化比检测判决，通过极化比检测判决的信号，输出作为干扰抑制后的目标信号，实现对目标的可靠检测。每个模块具体步骤是：参阅图2。在双极化通道处理中，双极化通道处理模块针对通道不一致性进行交叉极化通道补偿，补偿后的交叉极化通道复信号sXY(n)sXY(n)=sXY0(n)·Acejφc]]>式中，为交叉极化通道XY的信号采样第n个单元复信号，Ac和φc为与同极化通道匹配的幅度和相位校正系数。其中，复信号s＝I+jQ，I和Q分别为信号采样两路正交信号。双极化通道处理模块在雷达不发射情况下，统计接收机噪声功率Pn‾=1NΣi=1N(Ir2+Qr2)]]>式中，Ir和Qr分别为接收机噪声的两路I路和Q路正交信号，N为噪声统计样本数。双极化通道处理模块在雷达发射情况下，选取同极化通道的目标或干扰回波信号功率最大值PMaxPMax=max{|sXX0(n)|2}]]>式中，为同极化通道XX的信号采样第n个单元复信号，max为选取采样信号功率的最大值。其中，信号功率值IXX和QXX分别为同极化通道的两路正交信号。双极化通道处理模块利用目标或干扰回波信号功率最大值和接收机噪声功率，判决是否存在有源压制式干扰若则判决为无压制干扰若则判决为有压制干扰其中，表示以10为底的对数，SNR0为雷达目标正常回波信噪比，实际使用时可以根据雷达发射功率、目标距离等参数确定。当存在压制干扰时，双极化通道处理模块需进行双极化通道间对消sXX(n)=sXY0(n)-sXY(n)]]>式中，sXX(n)为极化对消后的同极化通道复信号。在脉冲序列校正中，脉冲序列校正模块利用跟踪获得径向速度计算前后两个脉冲之间的目标信号走动时间ττ=2VtTrc]]>式中，Vt为目标与雷达的径向速度，Tr为雷达发射脉冲重复时间间隔，c为电磁波传播速度。脉冲多普勒处理模块设定积累脉冲回波个数为M，把同极化通道和交叉极化通道的脉冲序列以第一个脉冲为基准，对其它脉冲进行距离走动校正hXX(l,n)＝sXX(l,n-(l-1)τ)hXY(l,n)＝sXY(l,n-(l-1)τ)式中，sXX(l,n-(l-1)τ)和sXY(l,n-(l-1)τ)分别表示同极化和交叉极化通道的第l个脉冲和第n个距离单元信号在距离像上延时(l-1)τ，hXX(l,n)和hXY(l,n)分别表示校正后的同极化和交叉极化通道第l个脉冲和第n个距离单元信号。为了节约计算量，脉冲多普勒处理模块可以在频率上进行时延补偿。在脉冲多普勒处理中，脉冲多普勒处理模块对同极化和交叉极化通道的M个脉冲序列同一距离单元信号作离散傅里叶变换进行相参积累HXX0(m,n)=Σk=0M-1hXX(k,n)e-j2πkm/M]]>HXY0(m,n)=Σk=0M-1hXY(k,n)e-j2πkm/M]]>式中，和分别表示脉冲多普勒处理后的同极化和交叉极化通道第m个多普勒单元和第n个距离单元信号。脉冲多普勒处理模块对作离散傅里叶变化后的信号，将零频移到频谱中心HXX(:,n)=fftshift(HXY0(:,n))]]>HXY(:,n)=fftshift(HXY0(:,n))]]>式中，表示对第n个距离单元的所有多普勒单元进行前后半段数据互换。参阅图3。在同极化通道二维检测中，同极化通道二维检测模块输入同极化通道二维信号，利用目标与雷达的径向速度估计Vt，计算由相对运动导致回波信号存在多普勒频率fd=2Vtλ]]>式中，fd为目标多普勒频率，λ为雷达发射信号的工作波长。同极化通道二维检测模块利用目标跟踪估计的位置Rt和多普勒频率fd锁定目标在多普勒-距离二维矩阵中的通道号(i0,j0)i0＝fix(2MfdTr)j0=fix(2(Rt-Rstart)cTs)]]>式中，M为积累脉冲序列数，Tr为雷达发射脉冲重复时间间隔，Ts为信号采样周期，Rstart为脉冲采样距离起点，c为电磁波传播速度，fix()表示取整运算。同极化通道二维检测模块假定目标多普勒谱展宽Lf单元，径向长度占Lr单元，则在同极化通道中以多普勒-距离二维矩阵中(i0,j0)为中心，设定目标的多普勒和距离二维跟踪波门，且波门内通道号(i,j)需满足i∈(i0-Lf2,i0+Lf2)j∈(j0-Lr2,j0+Lr2).]]>同极化通道二维检测模块在目标二维跟踪波门周围选取K个单元作为背景样本，背景样本数K的选取准则是：以多背景样本数估计背景的统计分布参数，但不宜太大，不然会增加系统计算量。同极化通道二维检测模块假定背景服从高斯分布，以虚警概率Pfa确定检测门限μ0，对目标多普勒和距离的二维跟踪波门内信号进行二维恒虚警检测若|HXX(i,j)|≥μ0，则判决为有用信号若|HXX(i,j)|＜μ0，则判决为背景噪声其中，IXX和QXX分别为同极化通道XX的两路正交信号的采样值。同极化通道二维检测模块把判决为有用信号的单元输出作为有用信号序列集{HXX(i',j')}，其中可能有来自于干扰，需作下一步极化比判决验证。在目标极化比判决中，目标极化比判决模块把经同极化通道二维检测模块通过的有用信号序列集{HXX(i',j')}，计算与其对应的交叉极化通道多普勒和距离单元(i',j')的极化比ξ(k)=|HXX(i′,j′)||HXY(i′,j′)|]]>式中，ξ(k)为有用信号序列集中第k个单元极化比值，|HXX(i',j')|为有用信号序列集的同极化通道信号幅度，|HXY(i',j')|为|HXX(i',j')|对应的交叉极化通道信号幅度。目标极化比判决模块统计目标极化比的概率密度函数，以一定的目标检测概率确定极化比门限ξ0，对有用信号序列集的极化比值进行极化比检测判决若ξ(k)≥ξ0，则判决为目标若ξ(k)＜ξ0，则判决为干扰目标极化比判决模块把此时通过极化比检测判决的信号，输出作为干扰抑制后的目标信号，实现对目标的可靠检测。式中，为交叉极化通道的信号采样第n个单元复信号，和为与同极化通道匹配的幅度和相位校正系数。其中，复信号，和分别为信号采样两路正交信号。双极化通道处理模块在雷达不发射情况下，统计接收机噪声功率式中，和分别为接收机噪声的两路I路和Q路正交信号，N为噪声统计样本数。双极化通道处理模块在雷达发射情况下，选取同极化通道的目标或干扰回波信号功率最大值式中，为同极化通道的信号采样第n个单元复信号，为选取采样信号功率的最大值。其中，信号功率值，和分别为同极化通道的两路正交信号。双极化通道处理模块利用目标或干扰回波信号功率最大值和接收机噪声功率，判决是否存在有源压制式干扰若，则判决为无压制干扰若，则判决为有压制干扰其中，表示以10为底的对数，为雷达目标正常回波信噪比，实际使用时可以根据雷达发射功率、目标距离等参数确定。当存在压制干扰时，双极化通道处理模块需进行双极化通道间对消式中，为极化对消后的同极化通道复信号。在脉冲序列校正中，脉冲序列校正模块利用跟踪获得径向速度计算前后两个脉冲之间的目标信号走动时间式中，为目标与雷达的径向速度，为雷达发射脉冲重复时间间隔，为电磁波传播速度。脉冲多普勒处理模块设定积累脉冲回波个数为M，把同极化通道和交叉极化通道的脉冲序列以第一个脉冲为基准，对其它脉冲进行距离走动校正式中，和分别表示同极化和交叉极化通道的第个脉冲和第个距离单元信号在距离像上延时，和分别表示校正后的同极化和交叉极化通道第个脉冲和第个距离单元信号。为了节约计算量，脉冲多普勒处理模块可以在频率上进行时延补偿。在脉冲多普勒处理中，脉冲多普勒处理模块对同极化和交叉极化通道的M个脉冲序列同一距离单元信号作离散傅里叶变换进行相参积累式中，和分别表示脉冲多普勒处理后的同极化和交叉极化通道第个多普勒单元和第个距离单元信号。脉冲多普勒处理模块对作离散傅里叶变化后的信号，将零频移到频谱中心式中，表示对第个距离单元的所有多普勒单元进行前后半段数据互换。参阅图3。在同极化通道二维检测中，同极化通道二维检测模块输入同极化通道二维信号，利用目标与雷达的径向速度估计，计算由相对运动导致回波信号存在多普勒频率式中，为目标多普勒频率，为雷达发射信号的工作波长。同极化通道二维检测模块利用目标跟踪估计的位置和多普勒频率锁定目标在多普勒-距离二维矩阵中的通道号式中，M为积累脉冲序列数，为雷达发射脉冲重复时间间隔，为信号采样周期，为脉冲采样距离起点，为电磁波传播速度，表示取整运算。同极化通道二维检测模块假定目标多普勒谱展宽单元，径向长度占单元，则在同极化通道中以多普勒-距离二维矩阵中为中心，设定目标的多普勒和距离二维跟踪波门，且波门内通道号需满足。同极化通道二维检测模块在目标二维跟踪波门周围选取个单元作为背景样本，背景样本数的选取准则是：以多背景样本数估计背景的统计分布参数，但不宜太大，不然会增加系统计算量。同极化通道二维检测模块假定背景服从高斯分布，以虚警概率确定检测门限，对目标多普勒和距离的二维跟踪波门内信号进行二维恒虚警检测若，则判决为有用信号若，则判决为背景噪声其中，，和分别为同极化通道XX的两路正交信号的采样值。同极化通道二维检测模块把判决为有用信号的单元输出作为有用信号序列集，其中可能有来自于干扰，需作下一步极化比判决验证。在目标极化比判决中，目标极化比判决模块把经同极化通道二维检测模块通过的有用信号序列集，计算与其对应的交叉极化通道多普勒和距离单元的极化比式中，为有用信号序列集中第k个单元极化比值，为有用信号序列集的同极化通道信号幅度，为对应的交叉极化通道信号幅度。目标极化比判决模块统计目标极化比的概率密度函数，以一定的目标检测概率确定极化比门限，对有用信号序列集的极化比值进行极化比检测判决若，则判决为目标若，则判决为干扰目标极化比判决模块把此时通过极化比检测判决的信号，输出作为干扰抑制后的目标信号，实现对目标的可靠检测。当前第1页1 2 3