一种抗信号依赖型干扰的认知恒模波形设计方法与流程

本发明属于雷达抗干扰技术领域，它特别涉及了波形设计和干扰抑制技术领域。

背景技术：

在现代战争中，雷达系统面临的电磁环境日益复杂，如城市、山地等地杂波，复制假目标电子欺骗等。信号依赖型(signal-dependent,sd)干扰是跟信号本身呈线性相关关系的一类干扰，比如smsp(smearedspectrum)距离欺骗电子干扰，干扰机通过截获复制雷达发射信号构成smsp干扰发射给雷达接收机，导致雷达匹配滤波检测后出现很多虚假目标，严重干扰了雷达的正常探测工作。因此提高雷达系统对sd型干扰的抑制具有重要意义。

波形捷变技术通过实时调节波形编码、脉宽、频谱分布、功率等自由度设计与特定探测环境相匹配的波形，能够有效提高雷达在复杂环境下对目标的探测性能。将波形捷变技术应用到雷达抗干扰已成为当前研究热点。现有的抗杂波、电子干扰的波形设计准则函数大多是检测概率、信干/杂/噪比(signal-interference/clutter/noiseratio,sicnr)、积分旁瓣电平(integratedsidelobelevel,isl)和信息kl(kullback-leibler)散度等，针对不同时延或多个干扰情况必须重新设计波形，降低了波形利用率。并且不能抑制快时转发型干扰，即在一个脉冲重复周期(pulserepetitionperiod,prt)内转发的干扰。为此，本发明采用脉内子脉冲相位调制的波形设计方式提出了一种抑制快/慢转发式sd型干扰的方法。

技术实现要素：

为了抑制快/慢转发式信号依赖型干扰，压低波形自相关旁瓣电平，实现雷达系统对微弱目标的有效检测，本发明提供了一种抗信号依赖型干扰的认知恒模波形设计方法。

本发明分为建立优化问题建模和波形优化求解两个阶段。在建立优化问题建模阶段，该方法首先在认知sd干扰具体调制形式的基础上，考虑一个脉内调制的子脉冲序列，设计准则如下：1)降低干扰信号与雷达发射信号间互相关电平以实现抑制干扰信号；2)降低雷达发射信号的积分自相关电平以压低旁瓣电平。另外，考虑到雷达发射与接收系统的饱和功率使用情况，对设计的波形增加了恒模(即恒定幅度)约束条件。基于上面的准则与约束条件，建立优化问题模型。在波形优化设计阶段，该方法针对上一阶段建立的四维优化问题提出了一种最优最小化迭代搜索(majorization-minimizationiterationsearch,mmis)优化算法进行化简求解。该方法得到的波形能够很好地抑制sd型干扰并能够保持低旁瓣的雷达探测要求。

本发明的技术方案为一种抗信号依赖型干扰的认知恒模波形设计方法，该方法包括：

步骤1、初始化参数：

初始化系统参数包括：脉内子脉冲个数n，设置初始恒模发射信号s0，s＝[s1,...sn,...,sn]为雷达发射信号，其中其中φn是s0的第n个子脉冲的相位编码；干扰信号转移矩阵jc，则干扰回波信号为c＝jcs，迭代收敛系数ε1，ε2；

步骤2、建立优化问题数学模型：

2.1、建立降低干扰信号与雷达发射信号间积分互相关电平icsl(integratedcross-correlationsidelobelevel)：

其中，(·)^h表示共轭转置，为映射矩阵，k＝{0,1,...,n-1}表示延迟数；

2.2、建立雷达发射信号的积分自相关电平以压低积分旁瓣电平iasl(integratedauto-correlationsidelobelevel)：

2.3、根据2.1、2.2的准则函数建立如下问题模型：

步骤3、针对问题p1求解优化波形：

3.1、首先化简p1的优化问题为：

λ(s)＝s^hφ(s)s

其中，

所以，问题可以写为：

3.2、由于p2依然是一个四次方问题，令为一个恒模编码序列，进一步化简为：

其中，

其中，s^(m)为第m次外部迭代次数后的发射信号，λmax表示矩阵ψ的最大特征值；

其中，vec(·)表示将矩阵的每一列顺序排列为列向量；

3.3、由于p3是一个s^(m+1)的二次方问题，针对p3采用逐元搜索n个相位编码的方式求解，令为一个恒模编码序列，可以写为：

其中，为第i次内部迭代次数后的发射信号，计算

上式的解可以写为：

其中，符号arg(·)表示取角度，υ(:,n)表示矩阵υ()的第n列，表示第i次内部迭代向量的共轭；

3.4、经过3.2和3.3的外部和内部迭代求解出符合收敛条件和|ρi-ρi-1|＜ε1的发射信号s^◇；

步骤4、发射优化设计的恒模编码波形序列s^◇；

步骤5、雷达接收处理，对雷达回波进行采样，并用设计的波形信号s^◇对采用信号进行匹配滤波，输出结果。

通过上面的步骤，就可以有效地抑制转移矩阵为jc的sd干扰，同时能够压低自相关旁瓣，减少旁瓣干扰。

本发明的创新点在于采用脉内子脉冲相位调制的波形设计方式抑制快/慢转发式sd型干扰。首先建立了新的目标问题函数模型，利用抑制干扰信号与发射信号间互相关的思想建立干扰抑制信号模型，在抑制干扰的基础上同时考虑抑制信号自相关旁瓣水平，并考虑恒模约束，然后提出了一种最优最小化迭代搜索(mmis)优化算法进行化简求解。该方法能够很好地抑制sd型干扰，尤其是快转发式(在一个prt以内)电子干扰，并能够保持低旁瓣的雷达探测要求，当干扰转移矩阵确定后，即使出现多个干扰或不同时延(包括快慢转发)，也不用重新设计波形。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为单目标单smsp干扰情况下使用未优化波形与优化波形匹配滤波后的仿真结果对比，真实目标信噪比为10db，干信比为20db，干扰延迟为0.3μs，prt为10μs。

其中：(a)为使用正常波形的接收匹配滤波处理结果，真实目标被掩盖，出现许多虚假目标；(b)为使用了优化波形的仿真结果，图中圈出尖峰即为真实目标，干扰造成的虚假目标被抑制。

图3为多目标多smsp干扰情况下使用未优化波形与优化波形匹配滤波后的仿真结果对比，每个真实目标信噪比为10db，干信比为20db，干扰延迟为0.3μs，prt为10μs。

其中：(a)为使用正常波形的接收匹配滤波处理结果，真实目标被掩盖，出现许多虚假目标；(b)为使用了优化波形的仿真结果，图中圈出尖峰即为多个不同时延的真实目标，干扰造成的虚假目标被抑制。

具体实施方式

本发明主要采用计算机仿真的方法进行验证，所有步骤、结论都在matlab-r2014a上验证正确。具体实施步骤如下：

步骤1、初始化参数：

初始化系统参数包括：脉内子脉冲个数n＝128，迭代收敛系数ε1＝10^-5，ε2＝10^-4，采用smsp干扰为例，采样次数为l＝16，重复次数为q＝8，所以信号转移矩阵jc为

步骤2、建立优化问题数学模型：

2.1、根据波形设计准则1)降低干扰信号与雷达发射信号间积分互相关电平(integratedcross-correlationsidelobelevel,icsl)以实现抑制干扰信号，建立

其中，(·)^h表示共轭转置，为映射矩阵。

2.2、根据波形设计准则2)降低雷达发射信号的积分自相关电平以压低积分旁瓣电平(integratedauto-correlationsidelobelevel,iasl)，建立

2.3、根据2.1、2.2的准则函数建立如下问题模型：

步骤3、针对问题p1求解优化波形：

3.1、令m＝0，随机初始化恒模发射信号s⁽⁰⁾。

3.2、令m＝m+1，

3.3、令i＝0，n＝1，

3.4、令i＝i+1，

3.5、逐元计算

3.6、计算，如果|ρi-ρi-1|＜ε1，进行3.7，否则，返回3.4。

3.7、令计算λ(s^(m))，

3.8、如果则进行下一步，否则返回步骤3.2。

3.9、得到优化的发射波形s^◇＝s^(m)，

步骤4、发射优化设计的恒模编码波形序列s^◇。

步骤5、雷达接收处理，对雷达回波进行采样，并用设计的波形信号s^◇对采用信号进行匹配滤波，输出结果。

通过上面的步骤，就可以有效地抑制转移矩阵为jc的sd干扰，同时能够压低自相关旁瓣，减少旁瓣干扰。

在上述仿真中，图2和图3分别给出了针对smsp干扰的单目标单干扰、多目标多干扰情况下进行仿真，可以看出，使用未优化波形的雷达信号很容易被干扰，而使用了优化波形后的匹配滤波结果显示，虚假目标干扰被有效抑制，且旁瓣水平也降低，真实目标很容易被检测出来。

通过本发明的具体实施可以看出，本发明采用脉内子脉冲相位调制的波形设计方式抑制快/慢转发式sd型干扰。首先建立了新的目标问题函数模型，然后提出了一种最优最小化迭代搜索(mmis)优化算法进行化简求解。该方法在单目标单sd干扰、多目标多sd干扰情况下，能够很好地抑制单/多sd型干扰，并能够保持低旁瓣的雷达探测要求，当干扰转移矩阵确定后，即使出现多个干扰或不同时延(包括快慢转发)，也不用重新设计波形。