一种基于阵列虚拟扩展的阵列雷达主瓣干扰抑制方法

本发明属于雷达抗干扰，具体涉及一种基于阵列虚拟扩展的阵列雷达主瓣干扰抑制方法。

背景技术：

1、自适应波束形成技术广泛地应用于雷达、声纳、通信以及雷达通信一体化系统。该项技术利用传感器接收数据，自适应将方向图主瓣峰值指向期望信号方向，并且在干扰来向形成自适应零陷并将其抑制，以此达到算法最大的输出信干噪比。然而随着电磁设备数量的增多，电磁环境愈发复杂，当干扰落入方向图主瓣范围内时，会造成经典的自适应波束形成技术产生的方向图出现主瓣畸变，主瓣峰值偏移以及副瓣电平抬高的问题，由此导致算法的输出信干噪比和期望信号方向的增益严重下降，极大程度影响了雷达对目标的检测。

2、针对主瓣干扰存在时造成的问题，学者们提出了不同的主瓣干扰抑制算法。这些算法大致可以分为以下四类：第一类为预处理方向图保型算法，例如阻塞矩阵预处理(bmp)算法，然而这种算法需要精确已知主瓣干扰的角度，且会损失系统自由度；特征投影预处理和协方差矩阵预处理(emp-cmr)算法在回波中包含期望信号时仍然会出现主瓣峰值偏移的问题，因此此类算法虽然一定程度上改善了主瓣畸变等问题，但在输出信干噪比和期望信号增益方面没有改善。第二类为盲源分离(bss)类算法，例如独立成分分析(ica)算法，但是此类算法已经被证明和经典自适应波束形成技术等价，虽然可以正确分离得到期望信号，但同样面临主瓣干扰存在时的问题。第三类为利用了扩展后的阵列对主瓣干扰进行抑制，例如分布式雷达将主瓣干扰转化为副瓣干扰进行抑制，但是此类算法需要大的空间位置，这在实际应用中是很难实现的。最后一类为利用了多域联合方式，通过空域信息抑制副瓣干扰并通过其他域信息抑制主瓣干扰，例如空极联合方法、空时联合干扰抑制方法，但是此类算法需要利用额外的接收信息，增加了接收机设计的难度。

3、综上所述，现有主瓣干扰抑制算法主要存在主瓣峰值偏移、需要较大空间位置或需要额外接收信息等问题，导致输出信干噪比和期望信号增益不理想，或是难以设计和实现。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于阵列虚拟扩展的阵列雷达主瓣干扰抑制方法，实现了对主瓣及副瓣的干扰抑制。

2、本发明提供的一种基于阵列虚拟扩展的阵列雷达主瓣干扰抑制方法，包括以下步骤：

3、估算雷达发射信号的非圆率；基于估算得到的非圆率及雷达接收信号，采用共轭的方式对雷达接收信号及期望信号的导向矢量进行扩展，实现雷达阵列的虚拟扩展；随后利用遗传算法对扩展后的阵列阵元进行选取，利用选取后的阵元进行波束形成，得到干扰抑制后的波形。

4、进一步地，还包括：

5、假设空间中有m个信号源入射雷达阵列，m个信号源包含一个期望信号源、一个主瓣干扰信号源以及m-2个副瓣干扰信号源，其中，第m个信号源入射雷达阵列的方向与阵列的法向夹角为θm；假设信号源与雷达阵列的位置足够远满足远场条件，且假设雷达阵列最左侧的阵元为参考阵元，即坐标轴零点，则所述雷达接收信号表示为：

6、

7、其中，a(θ)＝[a(θ0),...,a(θm-1)]为阵列流型矩阵表示雷达阵列对空间信源的响应；为导向矢量，表示雷达阵列对方向为θm的信源的响应；s(t)＝[s0(t),...,sm-1(t)]t为接收信源矢量，表示第t时刻空间信源的信号复包络值，sm(t)表示第m个信源的复包络；n(t)＝[n1(t),...,nn-1(t)]t为阵列接收噪声矢量。

8、进一步地，所述采用共轭的方式对雷达接收信号及期望信号的导向矢量进行扩展的过程为：

9、当雷达接收信号的期望信号为非圆信号时，将期望信号的共轭分解为：

10、

11、其中，上标[·]*表示共轭操作，表示期望信号的正交子空间，为雷达接收期望信号的方差；因此，虚拟扩展阵列的雷达接收信号向量为：

12、

13、其中，为虚拟扩展阵列的期望信号导向矢量，in(t)表示虚拟扩展阵列的干扰加噪声向量，in'(t)表示包含了将期望信号共轭后与期望信号垂直部分的干扰加噪声矢量。

14、进一步地，所述利用遗传算法对扩展后的阵列阵元进行选取的方式为：

15、步骤4.1、以虚拟扩展阵列的期望信号导向矢量虚拟扩展阵列的搜索导向矢量虚拟扩展阵列的接收信号为输入，令遗传算法的迭代次数为t、种群数量为popsize；初始化初始种群pop0、选择率μs、交叉率μc及变异率μm；

16、步骤4.2、计算当前种群popt-1的适应度函数；

17、步骤4.3、利用轮盘赌方法得到父代种群popa和子代种群popb；

18、步骤4.4、利用单点交叉方式对父代种群popa进行交叉；

19、步骤4.5、将父代种群popa与子代种群popb进行变异，并将变异后的两种群合并为下一代种群popt；

20、步骤4.6、将当前种群popt中适应度最差的个体替换为上一代种群popt-1中适应度最好的个体；

21、步骤4.7、当迭代次数未达到t时执行步骤4.2，否则结束本流程，得到最高适应度个体popt。

22、进一步地，所述利用选取后的阵元进行波束形成的方式为：采用最小方差无失真响应方法实现自适应波束形成。

23、有益效果：

24、本发明通过对雷达发射信号进行非圆率的估算，再采用共轭方式对雷达接收信号及期望信号的导向矢量进行扩展，进而实现了阵列虚拟扩展，从虚拟扩展后的阵列中选取阵元，基于选取的阵元进行波束形成得到干扰抑制后的波形，当发射信号为非圆信号时，拥有较好的主瓣和副瓣抗干扰性能，同时无需实际扩大阵列孔径，方法的鲁棒性较强，适用于不同阵元数的不同形式的阵列雷达。

技术特征：

1.一种基于阵列虚拟扩展的阵列雷达主瓣干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的阵列雷达主瓣干扰抑制方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的阵列雷达主瓣干扰抑制方法，其特征在于，所述采用共轭的方式对雷达接收信号及期望信号的导向矢量进行扩展的过程为：

4.根据权利要求1所述的阵列雷达主瓣干扰抑制方法，其特征在于，所述利用遗传算法对扩展后的阵列阵元进行选取的方式为：

5.根据权利要求1所述的阵列雷达主瓣干扰抑制方法，其特征在于，所述利用选取后的阵元进行波束形成的方式为：采用最小方差无失真响应方法实现自适应波束形成。

技术总结
本发明公开了一种基于阵列虚拟扩展的阵列雷达主瓣干扰抑制方法，通过对雷达发射信号进行非圆率的估算，再采用共轭方式对雷达接收信号及期望信号的导向矢量进行扩展，进而实现了阵列虚拟扩展，从虚拟扩展后的阵列中选取阵元，基于选取的阵元进行波束形成得到干扰抑制后的波形，当发射信号为非圆信号时，拥有较好的主瓣和副瓣抗干扰性能，同时无需实际扩大阵列孔径，方法的鲁棒性较强，适用于不同阵元数的不同形式的阵列雷达。

技术研发人员：杨小鹏,渠晓东,孟昊宇,韩博文,张星语
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12