雷达干扰识别信号处理系统的制作方法

本发明涉及一种主要关于双频段信号匹配的干扰识别的雷达信号处理系统。

背景技术：

雷达信号处理和数据处理技术是雷达的神经中枢。雷达对各种目标的分辨和识别主要是通过雷达信号处理系统来实现的。信号处理通过对雷达回波信号的处理来发现目标和测定目标的坐标和速度等，形成目标点迹，数据处理通过对目标点迹的处理形成目标的航迹供指挥决策使用。由于信息化时代电子信息系统的广泛应用使得电磁波干扰无处不在，随着雷达技术的发展,雷达面临着越来越复杂的电磁环境，越来越严峻的人为有源和无源干扰，雷达抗干扰措施已经成为雷达设计中不可缺少的部分。雷达系统在复杂多变的电子干扰环境中，相参信号处理能力越来越强，信号调制形式越来越复杂，智能地根据所面临的干扰信号类型和特点，围绕雷达有源干扰识别及抗干扰措施,有针对性地选择相应的抗干扰措施进行对抗，已成为雷达抗干扰技术发展一个重要方向。近年来迅速发展起来的综合电子干扰技术，以干扰样式多、使用灵活、对抗性强等特点对雷达构成了严重威胁。为了对付不同干扰类型的抗干扰措施，必须具有高度的灵活性和智能性，使雷达系统在复杂的干扰环境中，能实时而自动地根据所面临的干扰信号类型、样式和特点，有针对地选择抗干扰措施进行对抗，以保证雷达处于正常的工作状态。就以往的雷达系统而言，往往需要雷达操作员根据雷达显示器画面以自己的经验来判断雷达遭受干扰的情况，并通过相应的操作来控制实施相应抗干扰措施。雷达干扰识别及抗干扰决策是整个雷达智能抗干扰系统的关键。而随着drfm的发展，欺骗干扰信号和雷达回波信号相干性很高，干扰信号参数与雷达回波信号在多个参数域重叠。从理论上讲，欺骗性干扰信号参数的取值范围、变化趋势等都在雷达接收机允许范围内，现有雷达接收机很难区分干扰信号和雷达回波信号，这就使雷达识别欺骗式干扰的难度越来越大。现有技术一部干扰机在同一时刻只对一部雷达进行干扰，主要有三种：连续循环布尔操作法、多级优化动态资源分配算法和基于0.1规划的资源优化分配算法。连续循环布尔操作法是一种基于矩阵变换的算法，运算速度快，编程容易实现；多级优化动态资源分配算法基于一个最优策略的子策略总是最优的原理，是一种解决多阶段决策过程最优化的方法；基于0.1规划的资源优化分配算法是一种求解最大化指派问题的方法。研究发现：干扰机对雷达实施有效的干扰必须具备：频率上、方向上、极化上的对准；足够的干扰信号强度；有效的干扰调制信号样式。频率、方向和极化上对准是干扰得以进入雷达接收机的必要条件。

常见的干扰机主要有三类：瞄准式干扰机、阻塞式干扰机和扫频式干扰机。瞄准式干扰机需先检测出被干扰雷达的工作频率f0，再把干扰机频率调整到f0上，保证以较窄的干扰机带宽bj覆盖雷达接收机带宽brf。阻塞式干扰机带宽比瞄准式干扰机的带宽更宽，但干扰功率密度低，能对频率分集雷达、频率捷变雷达造成有效干扰。扫频式干扰可对雷达造成周期性间断的强干扰，扫频范围较宽，能干扰频率分集雷达、频率捷变雷达。扫频式干扰兼备了窄带瞄准式干扰和宽带阻塞式干扰的特点，通过动态扫描干扰频带，提高了干扰的功率利用率。

常见的抗干扰的方法主要有：波形选择、空间与极化选择、功率对抗、频率选择、动目标处理技术等方面。由于引信又受到体积、重量、功耗、成本等多方面限制，波形选择、空间与极化选择、功率对抗和动目标处理技术并不适用于引信抗干扰技术，可以利用频率选择技术作为引信抗电子干扰的主要手段。

频率选择就是利用雷达信号与干扰信号频域特征的差别来滤除干扰。当雷达迅速地改变工作频率，跳出干扰频率范围时，就可以避开干扰。常用频率选择抗干扰的方法还有：快速跳频；频率捷变；频率分集等。

由于频率分集雷达能增加雷达总的发射功率，降低目标起伏对测角精度的影响，消除地面反射引起波瓣分裂的影响，从而显著地改善了雷达的工作性能，提高了雷达对目标的探测能力。同时，由于采用多部收发设备，还提高了雷达的可靠性。在抗干扰方面，由于频率分集雷达工作于多个不同的频率值，所以当敌方施放瞄准式干扰时，只能使其一路或几路通道链路失效，其它通道链路仍能正常工作。频率分集雷达还能迫使阻塞式干扰机加宽干扰频带，从而降低干扰的功率密度，达到一定的抗干扰效果。

目前常见干扰措施有6种，宽带噪声干扰、扫频式干扰、瞄准式干扰、距离欺骗式干扰、速度欺骗式干扰和角度欺骗式干扰。常见抗干扰措施有10种，分别是捷变频、脉冲压缩、可变脉冲参数、多普勒处理、mtd、单脉冲、抖动重复频率、恒虚警处理、信号限幅和宽窄限电路。从上可以看出，没有一种抗干扰措施能对抗所有的干扰措施；不同的干扰措施对各种干扰的抗干扰效果不同，有些甚至没有有效的对抗效果。因此需要通过一定的算法得到最优化的对抗决策。对于一般脉冲雷达干扰而言，可以采用相位量化，而对于复杂体制雷达干扰，或要求干扰信号精确模仿雷达发射信号波形而言，则应采用多比特幅度量化。由于drfm的工作原理使其带有不可避免的寄生信号，主要有三个方面：本振泄漏、镜像响应、谐波失真与交叉调制。本振泄漏是由于上变频中的平衡混频器的本振与输出信号之间的隔离度不够造成的，其寄生信号一般是位于干扰频谱的瞬时带宽中心，在自卫式干扰中，会给雷达提供类似信标的信号，使得雷达更易于识别和定位干扰源。可以采用隔离度较好的混频器就可避免这种影响。镜像响应出现在正交量化的drfm系统中，是由上变频的两个通道链路之间的幅度和相位不平衡所产生的不需要的镜像边带信号。这种影响可以通过选取一致性好的正交混频器、滤波器、放大器和a/d转换器来减轻。谐波失真与交叉调制是由于drfm的采样与量化产生的。量化处理无论是幅度量化还是相位量化都是将输入信号转化为离散的电平，并进一步用二进制码表示。这种用2n个矩形方波来近似表示信号波形的不连续变化是个非线性过程，就会使信号含有无穷多的谐波分量，即产生谐波失真。谐波分量不仅会占用较大的功率，还会在变频过程中，产生交调和互调信号，从而降低干扰信号的质量。基于drfm的欺骗式干扰设备由于其对截获的雷达信号能进行高精度的复制，并能通过适当的干扰调制，产生与雷达信号相干的干扰信号，从而能达到较好的欺骗效果。目前，主要有假目标干扰和拖引式干扰，其中拖引式干扰又分为距离波门拖引干扰、速度波门拖引干扰和距离.速度同步拖引干扰。假目标干扰一般是指距离假lii标干扰，也称同步脉冲干扰。由于dp,fm的应用，使得干扰机可在短时间内发射密集的假lii标干扰，因此也可称为密集假lii标干扰。对基于drfm的欺骗干扰机的原理可知，其产生的欺骗干扰信号与真实回波有着很强的相干性，使得雷达采用常规的检测方法很难识别出真实目标。另外，从各类干扰信号的产生也可看出，无论是假目标信号还是各类拖引信号，其本质都是经drfm存储转发的信号，只是拖引信号之间有着一定的时延及频移关系，因此对于各类欺骗干扰信号，都可看作是同一类基于drfm的欺骗式干扰信号，都可利用基于干扰机的细微特征进行识别。

技术实现要素：

本发明目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种电路简单可靠，易于实现，成本低，具有良好的抗干扰性能的雷达干扰识别信号处理信号处理系统。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种雷达干扰识别信号处理系统，包括：接收天线a、接收天线b、调频连续波fmcw雷达射频电路和fmcw雷达信号处理电路，其特征在于：在上述信号处理电路中，波形发生器13将产生的调制信号送入压控振荡器调制到微波频段，将输出频率为fr的信号分为两路，一路通过倍频放大电路a进行m次倍频放大为m×fr频率信号，一部分通过发射天线a发射出去，一部分输入下变频电路a作为下变频电路a的本振信号；接收天线a将接收到的频率为m×fr+m×fb+m×fd的回波信号经下变频电路a下变频后，变为频率m×fb+m×fd的中频信号a；另一路经分频电路分频为频率信号fr/l,一部分通过倍频放大电路b将倍频放大为频率的信号经发射天线b发射出去，一部分输入到下变频电路b作为下变频电路b的本振信号；接收天线b将接收到的回波信号的中心频率为经下变频电路b后，将信号频率变为的中频信号b；上述中频信号a和中频信号b经干扰识别电路下变频、中频滤波、模数转换、快速傅里叶变换、相关处理和门限判决后，输出干扰识别判决信号，其中，m为倍频放大电路a的倍频次数，m为整数且m≥2，l为分频电路的分频次数，l为整数且l≥2，n为倍频放大电路b的倍频次数，n为整数且n≥2，fr为压控振荡器产生的信号频率，fb是发射信号与接收到的回波信号之间的频率差，fd为多普勒频率。

2.如权利要求1所述的雷达干扰识别信号处理系统，其特征在于：雷达接收到的回波信号叠加多普勒频率式中，vd为雷达与目标相对运动速度，λ为发射信号波长，θ为雷达运动方向与目标的夹角。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

电路简单可靠。本发明采用简单可靠双频段复合的双通道链路电路，将双通道链路双频段雷达复合在一套雷达系统中，双通道链路同时探测目标，利用双频段信号特征和目标信息的关联性，对干扰信号进行有效识别，利用双通道链路联合探测信号处理和双频段信号匹配的干扰信号识别技术，可以显著提高雷达抗干扰处理灵活性，同时，还可以利用多通道链路冗余备份功能，提高雷达的可靠性。由于电路简单可靠，易于实现，所需要的成本低。

具有良好的抗干扰性能。本发明利用频率分集和信号相关处理技术，采用双频段实现信号匹配的干扰识别信号，通过大跨度的双频同时工作，采用频率分集技术能有效增强雷达的抗干扰能力。运用中频信号a和中频信号b经干扰识别电路下变频、中频滤波、模数转换、快速傅里叶变换、互相关处理和门限判决后，输出干扰识别判决信号,可有效识别干扰信号，可大大增加将雷达信号频谱分布范围，降低雷达信号被截获概率和电子干扰机的效能。当识别到信号被干扰时，可以通过调整波形发生器输出的调制信号电压、工作频率等参数，可以改变雷达的工作频率，达到抗干扰的目的。通过适当设置系统中m、n和l的参数，可使两个通道链路的频率相差30ghz以上。当施放有源瞄准式干扰时，只能使其一路通道链路失效，其它通道链路仍能正常工作。扩展工作频率的体制还能迫使阻塞式干扰机加宽干扰频带，从而降低干扰的功率密度，达到一定的抗干扰效果。通过适当设置系统中m、n和l的参数，可使多个通道链路的工作频率不是整数倍的关系，可显著降低雷达被干扰信号的谐波干扰的可能性。

本发明提出一种利用双通道链路的干扰识别的方法，可以对接收到的信号进行干扰识别，适合对成本和抗干扰能力有苛刻要求的大批量、低成本的调频连续波(fmcw)雷达项目。

附图说明

图1是双雷达干扰识别信号处理系统的电路原理框图。

图2是图1干扰识别系统组成框图。

图3是图1压控振荡器产生的信号频谱图。

图4是中频信号a频谱示意图。

图5是图1中频信号b频谱示意图。

图6是图1中频信号c频谱示意图。

图7是图1中频信号d频谱示意图。

下面结合附图和具体实施步骤对本发明提出的双频段信号匹配的干扰识别技术进行详细说明。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的实施例中，一种雷达干扰识别信号处理系统，包括：接收天线a、接收天线b、调频连续波fmcw雷达射频电路和fmcw雷达信号处理电路，其特征在于：在上述信号处理电路中，波形发生器将产生的调制信号送入压控振荡器调制到微波频段，将输出频率为fr的信号分为两路，一路通过倍频放大电路a进行m次倍频放大为m×fr频率信号，一部分通过发射天线a发射出去，一部分输入下变频电路a作为下变频电路a的本振信号；接收天线a将接收到的频率为m×fr+m×fb+m×fd的回波信号经下变频电路a下变频后，变为频率m×fb+m×fd的中频信号a；另一路经分频电路分频为频率信号fr/l,一部分通过倍频放大电路b将倍频放大为频率的信号经发射天线b发射出去，一部分输入到下变频电路b作为下变频电路b的本振信号；接收天线b将接收到的回波信号的中心频率为经下变频电路b后，将信号频率变为的中频信号b；上述中频信号a和中频信号b经干扰识别电路下变频、中频滤波、模数转换、快速傅里叶变换、相关处理和门限判决后，输出干扰识别判决信号，其中，m为倍频放大电路a的倍频次数，m为整数且m≥2。l为分频电路的分频次数，l为整数且l≥2；n为倍频放大电路b的倍频次数，n为整数且n≥2，fr为压控振荡器产生的信号的频率，fb是由于目标与雷达之间距离引起的发射信号与接收到的回波信号之间的频率差，fd为目标与雷达之间相对速度引起的多普勒频率。

首先由波形发生器产生调制信号，将该信号经压控振荡器调制到微波频段，压控振荡器输出信号频率为fr，该信号分为两路，一路经倍频放大电路a倍频m次并放大，倍频放大后的信号频率为m×fr。倍频放大电路后的信号分为两路，一路经发射天线a发射出去，一路输入到下变频电路a作为下变频电路a的本振信号。

压控振荡器输出的另一路信号输入到分频电路，分频后信号的频率为fr/l。分频后的信号输入到倍频放大电路b中，经倍频放大电路后的信号频率为倍频放大后的信号分为两路，一路经发射天线b发射出去，一路输入到下变频电路b作为下变频电路b的本振信号。

接收天线a接收到的回波信号的频率为m×fr+m×fb+m×fd，回波信号经下变频电路a后，信号频率变为m×fb+m×fd，该信号为中频信号，输入到干扰识别电路。接收天线b接收到的回波信号的中心频率为回波信号经下变频电路b后，信号频率变为该信号为中频信号b，输入到干扰识别电路。中频信号a和中频信号b输入到干扰识别电路中，干扰识别电路实现下变频、中频滤波、模数转换、快速傅里叶变换、互相关处理、门限判决等功能。

通过波形发生器设置输出信号的三角波信号、锯齿波信号或正弦波信号类型，波形发生器产生的信号输入到压控振荡器中，压控振荡器将该信号调制到微波频段，经压控振荡器调制后的输出信号时域表达式为式中，a、kf为常数，f0为雷达的工作频率(载频)，为初始相位，t为时间，v(t)为调制信号，s(t)为已调信号。压控振荡器产生的信号频谱如图3所示，输出信号的频率为fr，带宽为brf，调制信号的频率为fm。是积分表达式，0是积分下限，t是积分上限，表示从0时刻积分到t时刻，v(t)是时间t的函数，积分之后也是时间t的函数。但是为了区分积分上限t，故写成v(u)，v(u)即为v(t),其含义是一样的，只是在积分式中将“t”写成”u”。)

压控振荡器输出的信号一路进入a通道链路，经由倍频放大电路a，倍频次数为m次，m为整数，m≥2，倍频放大后信号的频率为m×fr，最终通过发射天线a发射出去；另一路信号进入b通道链路，经由分频电路，其中分频次数为l次，l为整数，l≥1，分频后信号频率为分频后的信号再经过倍频放大电路b，倍频次数为n次，n为整数，n>1，倍频后信号的频率为最终通过发射天线b发射出去。

由于雷达与目标之间的相对运动，信号会发生多普勒频移，所以雷达接收到的回波信号会叠加上多普勒频率fd，其中，vd为雷达与目标相对运动速度，λ为发射信号波长，θ为雷达运动方向与目标的夹角。压控振荡器通过倍频放大电路a电连接发射天线a，同时倍频放大电路a通过下变频电路a相连接收天线a组成a通道链路，分频电路输入端相连压控振荡器，输出端相连倍频放大电路b，倍频放大电路b电连接发射天线b，同时通过下变频电路b相连接收天线b组成b通道链路，a通道链路和b通道链路共用压控振荡器连通信号处理电路。a通道链路接收到的信号经过接收天线a和下变频电路a后得到中频信号a，中频信号a包含有多普勒频率fd_a，fd_a＝m×fd；b通道链路接收到的信号经过接收天线b和下变频电路b后得到中频信号b，中频信号b包含有多普勒频率fd_b，fd_b＝n/l×fd。

接收天线a接收到的回波信号的频率为m×fr+m×fb+m×fd，其中m×fr为发射信号的频率。由于目标回波信号在空间传播产生的时间延迟，其到达接收机时瞬时频率与发射信号的频率具有频差m×fb。m×fd为多普勒频率。下变频电路a的本振信号频率为m×fr，回波信号经下变频电路a后，信号频率变为m×fr+m×fd，该信号为中频信号a，输入到干扰识别电路。中频信号a频谱示意图见图4。

接收天线b接收到的回波信号的频率为其中为发射信号的频率。同样，由于目标回波信号在空间传播产生的时间延迟，其到达接收机时瞬时频率与发射信号的频率具有频差为多普勒频率。下变频电路b的本振信号频率为n/l×fr，回波信号经下变频电路b后，信号频率变为该信号为中频信号b，输入到干扰识别电路。中频信号b频谱示意图见图5。

中频信号a和中频信号b输入到干扰识别电路进行信号处理。中频信号a和中频信号b的频率分别为m×fb+m×fd和n/l×fb+n/l×fd，式中，m×fb、n/l×fb为目标与雷达之间距离引起的差频信号，m×fd、n/l×fd为目标与雷达之间相对运动引起的多普勒频率分量。中频信号a和中频信号b分别输入到下变频电路c和下变频电路d中，本振电路a和本振电路b的频率分别为m×fb、n/l×fb，下变频后分别得到中频信号c和中频信号d，中频信号c和中频信号d的频率分别为m×fd、n/l×fd，且只含有多普勒频率分量。中频信号c和中频信号d的频谱示意图分别见图6和图7。

参阅图2。中频信号a首先输入到下变频电路c中，下变频电路c的本振信号由本振电路a提供，本振电路a的频率为m×fb，下变频电路c输出信号即为中频信号c，该信号频率为m×fd。中频信号c通过中频滤波电路a后输入到模数转换电路a，将模拟信号转换为数字信号x(d)，同时将采样后的数字信号a输入到快速傅里叶变换电路a进行快速傅里叶变换，变换后得到频域信号为x(k)，将该信号输入到相关处理电路。

中频信号b首先输入到下变频电路d中，下变频电路d的本振信号由本振电路b提供，本振电路b的频率为下变频电路d输出信号即为中频信号d，该信号频率为中频信号d通过中频滤波电路b后输入到模数转换电路b，将模拟信号转换为数字信号y(d)，转换后的数字信号b输入到快速傅里叶变换电路b进行快速傅里叶变换，变换后得到频域信号为y(k)，将该信号输入到相关处理电路。

频域信号x(k)与y(k)通过相关处理电路进行频域相关运算后得到这两个信号的相关值rxy(k)，然后输入到非相干累积电路，对相关值进行可变积分时间非相干累积，每次运算完成之后取相关峰值送交门限判决电路。如果峰值超过设定的门限，输出对应的干扰识别判决信号，表示雷达没有被干扰。如果累积到规定次数后相关峰值仍未达到门限，输出对应的干扰识别判决信号，表示雷达已经被干扰。其中，累积次数上限和门限值可根据实际情况进行设定。

中频信号c通过中频滤波电路a后输入到模数转换电路a，将模拟信号转换为数字信号，采样周期为ts，采样后信号为x(d)＝acos(2πmtsfdd)，d＝0,1,2…d-1，采样后信号总长度为d。将采样后的数字信号a输入到快速傅里叶变换电路a，进行快速傅里叶变换，变换后得到频域信号为

中频信号d通过中频滤波电路b后输入到模数转换电路b，将模拟信号转换为数字信号，采样周期为采样后信号为y(d)＝bcos(2πmtsfdd)，d＝0,1,2…d-1，采样后信号总长度为d。将采样后的数字信号b输入到快速傅里叶变换电路a，进行快速傅里叶变换，变换后得到频域信号为

将得到的频域信号x(k)和y(k)输入到相关处理电路，进行互相关处理，处理后可以得到信号x(n)和y(n)的相关值rxy(k)＝fft^-1[x(k)y^*(k)]，其中fft^-1表示快速傅里叶变换的逆变换，y^*(k)表示y(k)的复共轭。

相关值rxy(k)输入到非相干累积电路，进行可变积分时间非相干累积，每次运算完成之后即取相关峰值送交门限判决。如果峰值超过设定的门限，输出对应的干扰识别判决信号，表示雷达没有被干扰。如果累积到规定次数后相关峰值仍未达到门限，输出对应的干扰识别判决信号，表示雷达已经被干扰。其中，累积次数上限和门限值可根据实际情况进行设定。