专利名称：子阵级自适应单脉冲的两级干扰抑制方法
技术领域：
本发明涉及一种子阵级自适应单脉冲的干扰抑制方法。
背景技术：
阵列天线由多个按一定规则排列的天线构成。相控阵是一种十分重要的阵列天线 形式，在通信、无线电测向、智能天线、地震勘探等领域具有重要应用。它通过移相器控制方 向图的波束指向，与传统的机械扫描方法相比具有很大优势。它无需对天线进行机械旋转， 大大提高了波束扫描速度，具有快速发现目标的优势；即使在多目标环境下，也可通过改变 移相器快速跟踪多个目标。相控阵利用阵元之间的相位差进行测向，可通过增加阵列孔径 得到窄波束，从而大大提高测向精度。在相控阵的每个阵元后接一个数字接收通道(包括混频、放大、滤波及A/D变换 等)后，就得到数字阵列的相控阵。数字阵列的相控阵可采用阵列信号处理技术，使许多先 进的阵列处理方法得以应用，从而使相控阵系统的性能得到很大提高。数字阵列的相控阵 具有传统相控阵不可比拟的优越性，大大提高了相控阵系统的信息检测与处理性能。很多相控阵系统中阵元数都很多，常常达到数百至数千，此时若仍采用与阵元数 同等数量的接收通道，在造价和运算能力上都将无法承受。为此通常采用子阵结构，将若干 相邻阵元组合为一个子阵，在每个子阵后接一个接收通道并进行数字化，从而可大大降低 阵列成本并减小信号处理的维数。然而，采用子阵结构后，无法得到每个阵元的数字化输出，只能得到每个子阵的数 字化输出，因而常规的阵元级阵列处理方法不再适用，必须采用子阵级阵列处理方法。子阵 级阵列处理与常规的阵元级阵列处理有显著不同，存在许多子阵级处理所要解决的特殊问 题。很多相控阵系统采用单脉冲技术进行测角，它基于和、差波束的输出，用几个独立 的接收支路同时接收回波信号，通过比较各支路接收的信号以获取角度信息；只利用一个 回波脉冲就可确定目标方向。实际应用中，电子系统可能会受到各种干扰；为保证单脉冲技术中目标检测与角 度估计的准确性，必须对其进行抑制。为此可采用自适应技术；应用了自适应技术的单脉冲 技术被称为自适应单脉冲，它是单脉冲估计的关键技术。对自适应单脉冲的要求是，在有效 抑制干扰的同时应保持良好的单脉冲性能(单脉冲比即差波束与和波束的方向性函数之 比)，以保证角度估计的准确性。干扰环境下，ADBF(自适应数字波束形成，即Adaptive Digital Beamforming)可 有效改善信干噪比，恢复良好的检测性能。对于单脉冲技术，旁瓣干扰下可采用ADBF ；因为 此时自适应零陷位于旁瓣区域，方向图主波束产生的畸变很小。但在主瓣干扰下不能采用 ADBF,因为此时干扰位于波束指向附近，自适应零陷将使方向图的主波束产生很大畸变，从 而使自适应单脉冲比与静态应单脉冲比(无干扰时的单脉冲比)相比产生很大误差，导致 角度估计的严重偏差。主瓣干扰下，如何在抑制干扰的同时保持良好的单脉冲性能，是自适应单脉冲应解决的关键问题。国外对主瓣干扰下的自适应单脉冲方法进行了很多研究，其绝大多数是给出某 种专门的单脉冲处理方法，使其与自适应方向图兼顾。即使自适应方向图的主波束特性 与单脉冲相配合，避免单脉冲性能在主波束零点附近的下降。这些方法包括1、极大似 然(Maximumlikelihood，简写为ML)方法，如R. C. Davies等针对线阵提出3种不同的极 大似然单脉冲表达式，在统计意义上解决了角度估计问题 ’U. Nickel对自适应和波束的极 大似然估计进行推广，得到二维单脉冲技术，并提出自适应单脉冲的1阶Taylor展开式； 2.最小方差法。即基于最小均方误差进行目标方向搜索，以自适应地确定最优差波束权 值。然而上述方法均需利用和、差通道输出，为得到校正的单脉冲比，需要很高的运算代价。 R. L. Fante于1999年提出约束自适应单脉冲方法，通过对自适应差波束增加约束条件来抑 制单脉冲的角度误差，但降低了系统自由度，并使输出信噪比有所下降。K. B. Yu等于2001年提出一种对旁瓣干扰和主瓣干扰分别抑制的自适应单脉冲方 法首先利用ADBF技术对旁瓣干扰进行抑制，同时进行主瓣保形；然后再对主瓣干扰进行 抑制，同时保持单脉冲性能。然而该方法存在三个不足1、不适用于子阵级相控阵的应用环 境；2、第1级自适应处理后，自适应方向图的旁瓣大大增加；3、单脉冲性能不理想，自适应 单脉冲比在偏离波束指向处有较大畸变，其原因在于第1级自适应处理中的主瓣保形效果 不好。
发明内容
本发明是为了解决现有的子阵级自适应单脉冲的干扰抑制方法的单脉冲性能较 差、运算代价较高的问题，从而提供一种子阵级自适应单脉冲的两级干扰抑制方法。子阵级自适应单脉冲的两级干扰抑制方法，其特征是它包括两级干扰抑制第一级干扰抑制为具有主瓣保形的旁瓣干扰抑制，其方法为通过将具有方向图 控制性能的子阵级ADBF与主瓣保形相结合，在保持主瓣形状的同时，对旁瓣干扰进行抑 制；第二级干扰抑制为主瓣干扰抑制，其方法为采用4通道单脉冲系统进行主瓣干 扰抑制；所述4通道单脉冲系统的4通道的含义为4个接收通道中每个通道形成1个波束， 共4个波束，即和波束、俯仰差波束、方位差波束和双差波束。第一级干扰抑制方法的具体方法为在不存在干扰时，引入1个各元素均为1的静 态控制向量，同时构造失配导向向量，并用失配导向向量对主瓣保形的子阵级最优波束形 成器的导向向量进行修正，即用无干扰情况下子阵级输出的干扰加噪声的协方差矩阵与各 元素均为1的静态控制向量的乘积，来代替子阵级相控阵在波束指向处的导向向量，从而 得到修正的主瓣保形的子阵级自适应权，完成第一级干扰抑制。在第二级干扰抑制方法中，设方位向与俯仰向的方向图相互独立，在4通道单脉 冲系统中，沿一个方向抑制干扰并形成自适应零陷，沿另一个正交方向保持非自适应的和、 差波束，从而得到无失真的单脉冲比，即与静态单脉冲比相同。在4通道单脉冲系统中，沿俯仰方向抑制干扰并形成自适应零陷，而沿方位方向 保持非自适应的和、差波束，此时所述差波束是指方位差波束。沿方位方向抑制干扰并形成自适应零陷，而沿俯仰方向保持非自适应的和、差波束，此时所述差波束是指俯仰差波束。有益效果本发明将子阵级ADBF、主瓣保形、方向图控制及主瓣干扰抑制等多种 技术进行结合，充分发挥了不同方法的优点，在有效抑制干扰的同时可保持良好的单脉冲 性能，其自适应单脉冲比与静态单脉冲比十分接近；同时，本发明采用两级自适应方案，对 旁瓣干扰与主瓣干扰分别进行抑制，无需设计复杂的单脉冲程序与自适应方向图的主瓣进 行配合，与极大似然、最小方差等方法相比，无需对自适应和、差波束的输出进行校正，运算 代价得以大幅度降低。
图1是本发明具体实施方式
一中所述的四通道单脉冲的和通道构成示意图；图2 是本发明具体实施方式
一中所述的四通道单脉冲的俯仰差通道构成示意图；图3是本发明具体实施方式
一中所述的四通道单脉冲的方位差通道构成示意图；图4是本发明具体实施 方式一中所述的四通道单脉冲的双差通道构成示意图；图5是本发明具体实施方式
一中所 述的平面阵坐标系统示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一、子阵级自适应单脉冲的两级干扰抑制方法，它包括两级干扰抑 制第一级干扰抑制为具有主瓣保形的旁瓣干扰抑制，其方法为通过将具有方向图 控制性能的子阵级ADBF与主瓣保形相结合，在保持主瓣形状的同时，对旁瓣干扰进行抑 制；第二级干扰抑制为主瓣干扰抑制，其方法为采用4通道单脉冲系统进行主瓣干 扰抑制；所述4通道单脉冲系统的4通道的含义为4个接收通道中每个通道形成1个波束， 共4个波束，即和波束、俯仰差波束、方位差波束和双差波束。第一级干扰抑制方法的具体方法为引入1个各元素均为1的静态控制向量，同时 构造失配导向向量，并用失配导向向量对主瓣保形的子阵级最优波束形成器的导向向量进 行修正，即用无干扰情况下子阵级输出的干扰加噪声的协方差矩阵与各元素均为1的静态 控制向量的乘积，来代替子阵级相控阵在波束指向处的导向向量，从而得到修正的主瓣保 形的子阵级自适应权，完成第一级干扰抑制。主瓣保形主瓣干扰下，阵列方向图的自适应零陷将使方向图的主波束产生很大 畸变，从而使单脉冲角度估计产生较大的偏差.主瓣保形是指保持主瓣形状不变，即不在 主瓣形成自适应零陷.具体实现是首先估计出主瓣干扰方向，然后从子阵输出的干扰加 噪声的协方差矩阵中减去包含主瓣干扰的那一部分，即将主瓣干扰产生的影响从子阵输出 的干扰加噪声的协方差矩阵中去掉.从而得到不抑制主瓣干扰的自适应权，因而不在主瓣 内形成自适应零陷，从而保持了主瓣形状。去干扰通过阵列接收到的信号，得到子阵级自适应权，通过子阵级自应权的作 用，使得阵列方向图在干扰方向自适应地形成零陷(子阵级自适应权随着干扰的不同而自 适应地进行调整)，从而将干扰抑制掉。在第二级干扰抑制方法中，设方位向与俯仰向的方向图相互独立，在4通道单脉冲系统中，沿一个方向抑制干扰并形成自适应零陷，沿另一个正交方向保持非自适应的和、 差波束，从而得到无失真的单脉冲比，即与静态单脉冲比相同。因而，在抑制俯仰向主瓣干 扰的同时，保持了方位向的和、差波束形状，即保持了方位向的单脉冲性能；而在抑制方位 向主瓣干扰的同时，保持了俯仰向的和、差波束形状，即保持了俯仰向单脉冲性能。这样，在 抑制主瓣干扰的同时，保持了良好的单脉冲性能。工作原理1.四通道单脉冲系统及信号模型设阵列位于xoy平面的矩形网格上，由N1XN2个全向阵元组成，在χ和y方向的阵 元间距均为d。和、俯仰差、方位差及双差通道的构成示意图分别如图1至4所示，由图1可 见，和通道的输出是所有阵元输出信号之和；由图2可见，俯仰差通道的输出是上面两个象 限阵元输出之和与下面两个象限阵元输出之和的差值；由图3可见，方位差通道的输出是 右面两个象限阵元的输出之和与左面两个象限阵元输出之和的差值；由图4可见，双差通 道的输出是对角象限阵列输出之和的差值。坐标系统如图5所示。用θ和识分别表示俯仰角和方位角，Μ = CosPsini^v = sin θ分别表示(化0方向的单位向量在χ和y方向的投影。将阵列划分为L1XL2个子阵。设Tx为χ方向的N1XL1维子阵形成矩阵，在其第 I1Q1 = 0，…，L1-I)列的所有元素中，只有与第I1个子阵的阵元序号对应的元素值为1， 其余均为0。类似地，设TySy方向的N2XL2维子阵形成矩阵。用Ttl表示整个阵列的子阵 形成矩阵，则有
权利要求
1.子阵级自适应单脉冲的两级干扰抑制方法，其特征是它包括两级干扰抑制第一级干扰抑制为具有主瓣保形的旁瓣干扰抑制，其方法为通过将具有方向图控制性能的子阵级ADBF与主瓣保形相结合，在保持主瓣形状的同时，对旁瓣干扰进行抑制；第二级干扰抑制为主瓣干扰抑制，其方法为采用4通道单脉冲系统进行主瓣干扰抑 制；所述4通道单脉冲系统的4通道的含义为4个接收通道中每个通道形成1个波束，共 4个波束，即和波束、俯仰差波束、方位差波束和双差波束。
2.根据权利要求1所述的子阵级自适应单脉冲的两级干扰抑制方法，其特征在于第一 级干扰抑制方法的具体方法为引入1个各元素均为1的静态控制向量，同时构造失配导向 向量，并用失配导向向量对主瓣保形的子阵级最优波束形成器的导向向量进行修正，即用 无干扰情况下子阵级输出的干扰加噪声的协方差矩阵与各元素均为1的静态控制向量的 乘积，来代替子阵级相控阵在波束指向处的导向向量，从而得到修正的主瓣保形的子阵级 自适应权，完成第一级干扰抑制。
3.根据权利要求1所述的子阵级自适应单脉冲的两级干扰抑制方法，其特征在于，在 第二级干扰抑制方法中，设方位向与俯仰向的方向图相互独立，在4通道单脉冲系统中，沿 一个方向抑制干扰并形成自适应零陷，沿另一个正交方向保持非自适应的和、差波束，从而 得到无失真的单脉冲比，即与静态单脉冲比相同。
4.根据权利要求3所述的子阵级自适应单脉冲的两级干扰抑制方法，其特征在于，在 4通道单脉冲系统中，沿俯仰方向抑制干扰并形成自适应零陷，而沿方位方向保持非自适应 的和、差波束，此时所述差波束是指方位差波束。
5.根据权利要求3所述的子阵级自适应单脉冲的两级干扰抑制方法，其特征在于，在 4通道单脉冲系统中，沿方位方向抑制干扰并形成自适应零陷，而沿俯仰方向保持非自适应 的和、差波束，此时所述差波束是指俯仰差波束。
全文摘要
子阵级自适应单脉冲的两级干扰抑制方法，涉及一种子阵级自适应单脉冲的干扰抑制方法。它解决现有的子阵级自适应单脉冲的干扰抑制方法的单脉冲性能较差、远算代价较高的问题。它包括两级干扰抑制第一级干扰抑制为具有主瓣保形的旁瓣干扰抑制，其方法为将具有方向图控制性能的子阵级ADBF与主瓣保形相结合，在保持主瓣形状的同时对旁瓣干扰进行抑制；第二级干扰抑制为主瓣干扰抑制，其方法为采用4通道单脉冲系统进行主瓣干扰抑制；所述4通道单脉冲系统的4通道的含义为4个接收通道分别形成4个波束，即和波束、俯仰差波束、方位差波束和双差波束。本发明适用于子阵级自适应单脉冲的干扰抑制。
文档编号H04B15/00GK102064892SQ20101060899
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者吴群, 张皓, 徐颖, 肖勇, 胡航, 邱朝阳, 阎晓莉 申请人:哈尔滨工业大学