一种分布式椭圆双曲线联合定位抗距离欺骗干扰抑制方法与流程

本发明涉及雷达多站抗干扰技术领域，特别涉及多站雷达的抗有源转发式欺骗干扰技术。

背景技术：

随着数字射频存储器(drfm)技术的发展和成熟，现代有源转发式欺骗干扰已经成为电子对抗领域一种主流的欺骗干扰方式，雷达干扰技术进入相干干扰时代。干扰机在截获了雷达的发射信号以后，对信号的时延进行调制，再将调制后的干扰信号转发回目标雷达接收机形成速度欺骗干扰。这类干扰会影响雷达对真实目标距离参数的检测，使雷达在距离维上产生多个假目标，干扰雷达对真实目标的发现和对目标距离参数的正常检测。因此，为了保证雷达在存在有源转发式干扰环境下对目标进行正确的识别和跟踪，提高雷达抗距离欺骗干扰的能力是有很强的理论价值和实际意义的。

基于多站分布式构型是对抗雷达有源转发式距离欺骗干扰的一种有效措施。赵珊珊提出了一种基于聚类分析的抗有源欺骗干扰方法，其利用多站点、多视角的雷达构型，设计出了一种抗有源转发式欺骗干扰的方法，见[zhaos，liun，zhangl，etal.discriminationofdeceptiontargetsinmultistaticradarbasedonclusteringanalysis[j]ieeesensorsjournal，2016，16(8)：1-1.]。该方法假设只有真实目标的反射截面积会随视角的变化而起伏，从而导致只有真实目标的接收能量在各站点之间会存在较大起伏。该假设太过于理想化，在真实场景中，利用已有的电子干扰技术和由于物理空间的能量损失，假目标的接收能量同样会在各个接收站点之间存在起伏，从而导致无法利用目标截面积的起伏分辨出真实目标。从目前公开发表的文献来看，能够结合实际应用场景，有效抑制距离假目标欺骗干扰的技术还未有研究。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种切实可行的，符合实际需求的，适用于分布式雷达的抗有源转发式距离欺骗干扰的方法。

本发明基于分布式多站雷达的构型，结合经典的定位方法，对真实目标进行筛选和识别，故本发明所采用的技术方案是一种分布式椭圆双曲线联合定位抗距离欺骗干扰抑制方法，包括以下步骤：

步骤1：发射站向外发射脉冲串信号，多个节点的接收站接收目标回波信号，接收站的数目大于等于3，对回波信号进行初步的匹配滤波、目标检测处理；得到多个接收站的目标距离参数；

步骤2：利用椭圆定位和双曲线定位法循环迭代得到目标的坐标位置，分别得到椭圆定位目标平面和双曲线定位目标平面，若存在距离欺骗干扰，则两个平面中除真实目标外，均存在干扰目标；

步骤3：利用真实目标在椭圆和双曲线两定位目标平面中较为集中，而假目标分散的这一特性，划出距离门限，对两个定位平面进行“取交”操作，确定真实目标。

进一步的，所述步骤2的具体方法为：

步骤2-1：从多个接收站中选出3个接收站，根据选出的3个接收站的目标距离参数采用双曲线定位方法，计算出这3个接收站的目标定位平面；

步骤2-2：从多个接收站中任意选出另外的3个接收站组合，重复步骤2-1，直到循环迭代完所有3个接收站点的组合；将所有计算出的目标定位平面结合，得到双曲线定位平面；

步骤2-3：从多个接收站中选出3个接收站，根据选出的3个接收站的目标距离参数采用椭圆定位定位方法，计算出这3个接收站的目标定位平面；

步骤2-4：从多个接收站中任意选出另外的3个接收站组合，重复步骤2-1，直到循环迭代完所有3个接收站点的组合；将所有计算出的目标定位平面结合，得到椭圆定位平面。

进一步的，所述步骤2的具体方法为：

设步骤1得到的多个接收站的目标距离参数为：

其中r多接收站的目标距离参数矩阵，r1r2…rn表示第1到第n个接收站的目标距离参数，其中rn，m表示测得的第n个接收站的第m个假目标的径向距离，m表示目标总数；

步骤2-1：循环迭代双曲线定位；

步骤2-1-1：从n个接收站中选出3个接收站，并规定第1个接收站固定为参考接收站；设本次选择了第1、n1和n2接收站进行定位操作，其对应矩阵r的第1、n1和n2行距离参数，得到如下关系式其中，表示矩阵r的第n行第mn列，an＝(r1-rn)/2表示以第1和第n个接收站为焦点的双曲线的长半轴；根据目标和接收站的坐标，可以表示出目标距离发射站的距离rt和接收站的距离rn：和其中(x，y)为目标当前时刻坐标，(xt，yt)为发射站的坐标，(xn，yn)为第n个接收站的坐标；

步骤2-1-2：为了求解上述方程组，利用经典的chan算法可以得到如下表达式

其中表示估计目标的坐标矩阵，将其带入中，得到结合该式和(1)式，可以得到结果该结果可能为复根，若为复根，则舍去；

步骤2-2：任意另选2个接收站，结合参考接收站，重复步骤2-1，直到循环迭代完所有站点组合；所有定位坐标结合，得到双曲线定位平面；

步骤2-3：循环迭代椭圆定位，每一次均选取3个站点循环迭代，其中一个为发射站，另外两个为接收站进行定位操作；并规定发射站为参考接收站；设本次选择了n′1和n′2接收站进行定位操作，

步骤2-3-1：类似的，可以得到椭圆定位的方程组

式中，a′n′＝(rt+rn′)/2，表示以发射站和第n′个接收站为焦点的椭圆的长半轴，表示矩阵r的第n′行第mn′列；

步骤2-3-2：对于第n′1和第n′2个接收机，可以得到

其中，

类似于双曲线定位，将改写为

结合该式和(2)式，得到最后的目标定位坐标

步骤2-4：任意另选2个接收站，结合发射站，重复步骤2-3，直到循环迭代完所有站点组合；所有定位坐标结合，得到椭圆定位平面。

进一步的，所述步骤3的具体方法为：

步骤3-1：双曲线、椭圆定位坐标矩阵，根据循环迭代的双曲线和椭圆定位法，将得到的两种定位平面的点进行编号，其坐标矩阵分别表示为和其中，和为两个行向量，分别表示*、n1和n2三个站点定位结果的横、纵坐标，可以表示为：

*表示第1个接收站或者发射站；

步骤3-2：重构定位坐标矩阵，容易发现向量和中的元素不一定全为实数，对于复根，进行舍弃，故将舍弃复根后的坐标矩阵重新编号得到对应的坐标矩阵为：和根据这两个矩阵分别能够画出双曲线定位平面和椭圆定位平面，其中，双曲线定位平面有k个点，椭圆定位平面有l个点；

步骤3-3：取交集操作，将xe作为参考矩阵，xh作为修正矩阵；可以发现真实目标在两个定位平面内都在同一个位置或者离得很近，而假目标却是分散的；利用这一特性，真实目标即为xe和xh两个平面中距离最近的两个点；分辨真实目标的具体步骤如下：

步骤3-3-1：对于xe中的第l个目标[xe，l，ye，l]^t，在笛卡尔坐标系中将其作为一个圆心，得到表达式(x-xe，l)²+(y-ye，l)²＝gate，其中gate表示取交集操作的门限；

步骤3-3-2：如果xh中至少有一个目标[xh，k，yh，k]^t在上述圆中，即目标[xh，k，yh，k]^t满足不等式(x-xh，k)²+(y-yh，k)²≤gate；则xe中的目标[xe，l，ye，l]^t会被保留，若xh中没有任何目标在该圆中，则将目标[xe，l，ye，l]^t从xe中去除；

步骤3-3-3：将xe中的所有目标都重复进行步骤3-3-1和3-3-2的操作，若xe中目标的个数为1，则停止；若大于1，则将门限gate减小，gate＝gate-ε，其中ε表示门限减小的步长；使用减小后的门限，重复上述步骤，直到xe中目标的个数为1，即为真实目标。

进一步的，所述步骤3-3-3中所述门限和步长选取方法为：

步骤3-3-1：定义估计目标位置和真实位置(x，y)的测距误差为当无距离欺骗干扰时，利用双曲线、椭圆定位法分别找到目标位置的估计值，分别记为(xh，yh)和(xe，ye)，因此，得到无干扰平面的目标位置估计值此时得到目标在(x，y)时的定位误差

步骤3-3-2：对步骤3-4-1进行100次蒙特卡洛仿真，取误差的最大值作为初始门限，即其中表示第t次蒙特卡洛仿真计算得到的误差值；

步骤3-3-3：得到目标在(x，y)处的步长为：

本发明的创新点：首次将改良后的目标定位方法应用于干扰抑制领域，提供了一种数据集上进行干扰抑制的方法，符合实际场景的应用需求。

本发明提供适用于分布式雷达网络的距离欺骗干扰抑制算法。在一定允许误差范围内能有效抑制假目标，筛选出真实目标；椭圆定位的距离假目标往往形成在以雷达阵地为中心的椭圆曲线上，而双曲线定位的距离假目标通常在雷达阵地与真实目标的径向距离方向上，真实目标却依旧集中在同一位置。故利用假目标的分布特性，对两个定位平面进行取交操作，可以保留真实目标，剔除掉假目标。同时，本方法主要在数据级上进行处理，对回波信号模型的前提假设要求较低，符合实际场景应用需求，可直接应用到分布式雷达网络中。

附图说明

图1为本实施例的处理流程图；

图2为实验场景的雷达节点示意图；

图3为双曲线定位和椭圆定位得到的目标平面；

图4为取交集操作后得到的估计目标位置和真实目标位置；

图5为位置误差平面。

具体实施方式

步骤1：信号预处理

步骤1-1：真实目标信号模型，如图2所示，分布式雷达阵地由1个发射站和n个接收机组成，其坐标分别表示为(xt，yt)和{(xi，yi)，i＝1，2，…，n}；目标当前时刻坐标为(x，y)，则第n个接收机的真实目标回波信号为xt，n(t)＝αns(t-τn)，其中s(t)为发射信号，τn为第n个接收机的时延，αn为其对应的目标散射系数；

步骤1-2：干扰信号模型，假设干扰机调制了m个距离假目标，因此第n个接收机的干扰回波信号可以表示为其中τj，m表示调制的第m个干扰目标的时延，βn，m为其对应的散射系数；

步骤1-3：回波模型，结合步骤1-1和1-2，得到第n个接收机的回波，可表示为yn(t)＝xt，n(t)+xj，n(t)+v(t)，其中v(t)表示零均值的加性高斯白噪声；

步骤1-4：匹配滤波和门限检测，对回波信号进行匹配滤波和门限检测，将得到的超过门限的距离中心判定为目标，进一步测了其径向距离；将第n个接收机测得目标的距离表示为向量rn＝[rn，0rn，1…rn，m]，其中rn，m表示测得的第m个假目标的径向距离，特殊的，rn，0表示测得的真实目标的径向距离；如图2所示，将发射站到目标的距离设为rt，设目标到第n个接收机的距离为rn，因此可以得到关系式rt+rn＝cτn，其中c表示光速；因此，第n个接收机测得的第m个目标的距离信息为其中表示干扰目标调制的距离，dn表示第n个接收机的测量误差；最后，将所有接收机测得的距离向量写为如下距离矩阵

步骤2：求取双曲线-椭圆定位平面

由回波信号匹配滤波和门限检测的特性可知，无法分辨出距离矩阵r中的哪些分量代表真实目标的距离，因此，需要使用循环迭代的方法对目标进行椭圆和双曲线定位操作，从而得到椭圆定位平面和双曲线定位平面；

步骤2-1：循环迭代双曲线定位；

步骤2-1-1：从n个接收站中选出3个接收站，并规定第1个接收站固定选为参考接收站；也就是说，除了第一个接收站固定选择外，还需要选择至少两个接收站进行定位操作；假设本次选择了第1、n1和n2接收站进行定位操作，其对应矩阵r的第1、n1和n2行距离参数，得到如下关系式其中，表示矩阵r的第n行第mn列，an＝(r1-rn)/2表示以第1和第n个接收站为焦点的双曲线的长半轴；

根据目标和接收站的坐标，可以得到和

步骤2-1-2：为了求解上述方程组，利用经典的chan算法可以得到如下表达式

其中表示估计目标的坐标矩阵，将其带入中，得到结合该式和(1)式，可以得到结果该结果可能为复根，若为复根，则舍去。

步骤2-2：任意另选2个接收站，结合参考接收站(第1个接收站)，重复步骤2-1，直到循环迭代完所有站点组合；所有定位坐标结合，得到双曲线定位平面；

步骤2-3：循环迭代椭圆定位，类似于双曲线定位，每一次均选取3个站点循环迭代，进行定位操作。但是，本方法将发射站选为参考站，其余2个站点为接收站。

步骤2-3-1：类似的，可以得到椭圆定位的方程组

式中，a′n＝(rt+rn)/2，表示以发射站和第n个接收站为焦点的椭圆的长半轴。

步骤2-3-2：对于第n′1和第n′2个接收机，可以得到

其中，

类似于双曲线定位，将改写为

结合该式和(2)式，得到最后的定位坐标

步骤2-4：任意另选2个接收站，结合参考站点(发射站)，重复步骤2-3，直到循环迭代完所有站点组合。所有定位坐标结合，得到椭圆定位平面。

步骤3：联合干扰抑制

步骤3-1：双曲线、椭圆定位坐标矩阵，根据循环迭代的双曲线和椭圆定位法，将得到的两种定位平面的点进行编号，其坐标矩阵分别表示为和其中，和为两个行向量，分别表示*、n1和n2三个站点定位结果的横、纵坐标，可以表示为

*表示第1个接收站或者发射站；

步骤3-2：重构定位坐标矩阵，容易发现向量和中的元素不一定全为实数，对于复根，进行舍弃，故将舍弃复根后的坐标矩阵重新编号得到矩阵和根据这两个矩阵分别能够画出双曲线定位平面和椭圆定位平面，其中，双曲线定位平面有k个点，椭圆定位平面有l个点。无法知道k和l的具体值，但可以得到其取值范围分别为

步骤3-3：取交集操作，将xe作为参考矩阵，xh作为修正矩阵。可以发现真实目标在两个定位平面内都在同一个位置(或者离得很近)，而假目标却是分散的。利用这一特性，真实目标即为xe和xh两个平面中距离最近的两个点。接下来，如何分辨真实目标的具体步骤如下

步骤3-3-1：对于xe中的第l个点[xe，l，ye，l]^t，在笛卡尔坐标系中将其作为一个圆心，得到表达式(x-xe，l)²+(y-ye，l)²＝gate，其中gate表示取交集操作的门限；

步骤3-3-2：如果xh中至少有一个点[xh，k，yh，k]^t在上述圆中，即点[xh，k，yh，k]^t满足不等式(x-xh，k)²+(y-yh，k)²≤gate。则xe中的点[xe，l，ye，l]^t会被保留，若xh中没有任何点在该圆中，则将点[xe，l，ye，l]^t从xe中去除；

步骤3-3-3：将xe中的所有点都重复进行步骤3-3-1和3-3-2的操作，若xe中点的个数为1，则停止；若大于1，则将门限gate减小，gate＝gate-ε，其中ε表示门限减小的步长；使用减小后的门限，重复上述步骤；

步骤3-4：建议的门限和步长选取，门限gate和步长ε的选取可以根据实际需求来进行；若需要算法的运算效率高，则可以使用小的门限gate，并增大步长ε；若需要精确度高，则要求使用小的步长ε。在此提供一种建议的门限和步长选取方式；

步骤3-4-1：定义估计目标位置和真实位置(x，y)的测距误差为当无距离欺骗干扰时，利用双曲线、椭圆定位法分别找到目标位置的估计值，分别记为(xh，yh)和(xe，ye)，因此，得到无干扰平面的目标位置估计值此时可以得到目标在(x，y)时的定位误差

步骤3-4-2：对步骤3-4-1进行100次蒙特卡洛仿真，取误差的最大值作为初始门限，即其中表示第t次蒙特卡洛仿真计算得到的误差值；

步骤3-4-3：得到目标在(x，y)处的步长为

本发明的效果通过以下仿真对比试验进一步说明：

仿真场景：假设有1个发射站和3个接收站，坐标分别为(0，0)km、(0.9999，0.0001)km、(2.0001，0.0002)km和(0.0003，1.5001)km，目标当前的位置为(100，90)km。假设干扰机调制了m＝2个干扰，其拖引距离分别为和设接收站的测距误差为50m。双曲线定位和椭圆定位的联合平面如图3所示。经过取交集元素操作以后，得到最后的目标位置估计如图4所示。

以10km为步长，将目标放在{0km＜x≤100km，0km＜y≤100km}的区域进行该算法的求解，并计算目标的定位误差，进行100次蒙特卡洛仿真取定位误差的平均值，最后得到定位误差平面{ρ0(x，y)|0km＜x≤100km，0km＜y≤100km}如图5所示。

通过本发明的具体实施可以看出，在一定的距离范围内，通过本发明提供的干扰抑制方法，可以有效的抑制距离假目标欺骗干扰的影响，同时保证目标定位的准确性。