脉间脉内联合跳频编码的抗雷达转发式欺骗干扰方法

1.本发明属于雷达技术领域，更进一步涉及雷达信号处理技术领域中的一种脉间脉内联合跳频编码的抗雷达转发式欺骗干扰方法。本发明可用于对脉间转发式欺骗干扰和脉内间歇采样干扰的同时抑制。


背景技术：

2.雷达作为一种场景观测工具，在军事、民用等领域一直发挥着重要作用，然而，随着电子科学技术的迅猛发展，基于drfm的雷达干扰技术对雷达探测造成了极大影响。drfm干扰机截获雷达信号后，对信号进行存储、复制、调制后快速转发，形成脉间或脉内的欺骗干扰，在干扰作用下，雷达无法完成对目标的正确检测与跟踪。为实现雷达的主动抗干扰，通常对雷达发射信号进行波形调制，如脉间频率捷变、重频抖动、相位编码等方法可有效抑制多数跨脉冲转发式欺骗干扰。
3.张建中等人在其发表的论文“基于脉内lfm-costas频率步进的抗间歇采样干扰方法”(系统工程与电子技术，2019，41(10)：2170-2177.)中提出了一种脉内子脉冲costas频率编码波形分集抗干扰的方法。该方法首先通过对发射信号进行子脉冲划分，并对子脉冲进行频率编码。其次，再通过干扰信号与回波信号能量的不同，剔除干扰子脉冲，达到抗干扰的效果。该方法存在的不足之处在于，其所提脉内子脉冲分段方法，面对的跨脉冲转发干扰情况，若相邻发射脉冲的子脉冲频率范围发生重合，则无法判别干扰与目标信号回波。
4.西安电子科技大学在其申请的专利文献“基于mimo雷达的频率捷变信号转发式干扰抑制方法”(申请号：2020110307079申请公开号：cn 112214929a)中公开提出一种基于mimo雷达的频率捷变信号转发式干扰抑制方法。该方法主要解决现有技术对转发式干扰抑制效果差的问题。其实现步骤为：(1)构建mimo雷达发射阵元所在场景；(2)mimo雷达在此场景下发射脉间频率捷变ofdm-lfm信号；(3)mimo雷达同时接收目标回波信号和干扰回波信号；(4)mimo雷达信号处理系统对目标回波信号和干扰回波信号进行求和操作得到合信号；(5)mimo雷达信号处理系统对合信号进行匹配滤波操作，得到匹配滤波输出结果，完成转发式干扰抑制。该方法存在的不足之处在于，当干扰信号在当前prt内被干扰机转发，由于干扰与回波在同一脉冲重复周期内到达接收机，则其提出的脉间频率捷变方法无法判断干扰信号和目标回波。同时其单一在脉间频率调制的信号调制样式很容易被干扰机截获。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种脉间脉内联合跳频编码的抗雷达转发式欺骗干扰方法，用于解决现有技术存在的当干扰信号采用至少一个prt时间处理时的问题，以及当干扰信号在当前prt内被干扰机转发时，干扰与目标回波在同一脉冲重复周期内到达接收机，单一的脉间或脉内频率捷变无法判断干扰信号与目标回波的问题。
6.实现本发明目的的思路是，本发明由于对雷达发射信号脉冲进行子脉冲分割，并
对子脉冲频率编码，使子脉冲间在频域两两正交，互相掩护，分段脉压后能够剔除干扰数据，解决了间歇采样干扰对目标信息欺骗的问题。本发明在对子脉冲频率编码的基础上，通过对脉间信号脉冲的频率编码使每个脉冲间增加频率跳变，使跨脉冲干扰与目标回波信号间频率不同，依此可通过射频滤波滤除干扰，解决了跨脉冲转发干扰对目标检测的欺骗问题。本发明由于对发射信号进行两次频率编码使发射信号波形带宽大、频率随机跳变，一定程度解决了现有技术存在的发射信号参数易被干扰机探测，干扰回波与目标信号具有强相干性导致难以识别真实目标和虚假目标的问题。
7.为实现上述目的，本发明的具体步骤包括如下：
8.步骤1，将发射脉冲进行子脉冲分割：
9.将一个相参积累周期中的每个发射脉冲在时域均匀分割为m个子脉冲切片，得到该发射脉冲切片后信号；
10.步骤2，对子脉冲切片进行脉内频率编码：
11.利用随机跳频的编码方式，更新每个子脉冲切片的载频，将更新后的载频代入到脉冲切片后的信号，得到脉内频率编码信号；
12.步骤3，对子脉冲切片进行脉间频率编码：
13.在脉内频率编码信号的每个脉冲间根据编码频率增加频率跳变，得到脉间频率编码信号；
14.步骤4，发射脉间频率编码信号；
15.步骤5，滤除干扰：
16.采用带通滤波器，滤除雷达接收的回波信号中的有源干扰。
17.本发明与现有技术相比具有以下优点：
18.第一，本发明在对子脉冲切片进行脉内频率编码的基础上，再对脉内频率编码后的子脉冲切片进行脉间频率编码，克服了现有技术存在的当转发式干扰信号采用至少一个prt时间处理时，以及当干扰信号在当前prt内被干扰机转发时，单一的脉间或脉内频率捷变无法判断干扰信号与目标回波的问题，使得本发明具有对单一的间歇性采样干扰或跨脉冲转发干扰进行抑制，以及能同时对两种干扰进行抑制的优点。
19.第二，本发明通过对脉内频率编码后的子脉冲切片进行脉间频率编码，使发射信号波形带宽大、参数随机跳变，克服了现有技术存在的发射信号参数易被干扰机探测，干扰回波与目标信号具有强相干性导致难以识别真实目标和虚假目标的问题，使得本发明具有不易被截获接收机分选与识别的优点。
附图说明
20.图1是本发明的流程图；
21.图2是本发明实施例的随机脉内内子脉冲频率分段的频谱图；
22.图3是本发明的脉冲频率编码信号的频谱图；
23.图4是本发明回波信号频谱图；
24.图5为本发明的仿真实验1的结果图；
25.图6为本发明的仿真实验2的结果图。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。
27.参照图1，对本发明的实现步骤作进一步详细描述。
28.步骤1，将发射脉冲进行子脉冲分割。
29.将一个相参积累周期中的每个发射脉冲在时域均匀分割为m个子脉冲切片，得到该发射脉冲切片后信号。
30.本发明的实施例是以线性调频信号(linear frequency modulation,lfm)信号为基础进行子脉冲划分。将该lfm信号中一个相参积累周期的每个发射脉冲在时域均匀分割为m个子脉冲切片，得到发射脉冲切片后信号如下：
[0031][0032]
其中，s
p
(t)表示一个相参积累周期中的第p个发射脉冲切片后信号，m
p
表示对第p个发射脉冲切片后信号中子脉冲切片的总数，m表示第p个发射脉冲信号切片后中子脉冲切片的序号，rect(
·
)表示矩形函数，t表示一个相参积累周期中发射信号的时间，t
sub
表示一个相参积累周期中子脉冲的宽度，f
p
表示第p个脉冲信号切片后子脉冲切片的载频，kr表示第p个脉冲信号中子脉冲切片的调频率。
[0033]
步骤2，对子脉冲切片进行脉内频率编码。
[0034]
利用随机跳频的编码方式，更新每个子脉冲切片的载频，将更新后的载频代入到脉冲切片后信号，得到脉内频率编码信号。
[0035]
本发明的实施例是采用下述公式，对每个脉冲中的子脉冲频率编码：
[0036]fp,m
＝f0+d(m)δf
[0037]
其中，f
p,m
表示脉内频率编码后第p个脉冲中第m个子脉冲切片的载频，f0表示一个相参积累周期中发射脉冲的载频，d(m)表示δf的系数，d(m)∈{0,1,2,...,m
p-1},δf表示第p个脉冲中子脉冲切片间最小跳频间隔，δf≥2b
sub
，b
sub
表示子脉冲切片带宽。
[0038]
脉内子脉冲编码后的信号形式为：
[0039][0040]
令
[0041][0042]
t
p
表示第p个发射脉冲的时宽，b表示第p个发射脉冲的带宽，b＝(2m
p-1)b
sub
，每个脉冲合成带宽b不变。
[0043]
参照图2，对本发明实施例利用上述公式进行脉内频率编码的结果做进一步描述。
[0044]
图2为本发明实施例发射信号内子脉冲频率编码结果的频谱图，横坐标表示时间，单位s，纵坐标表示频率，单位hz，图2中每一个白点表示在此时刻子脉冲的频率值。
[0045]
步骤3，对子脉冲切片进行脉间频率编码。
[0046]
在脉内频率编码信号的每个脉冲间根据编码频率增加频率跳变，得到脉间频率编
码信号。
[0047]
本发明的实施例在脉内子脉冲频率编码的基础上，在脉冲间额外增加脉间频率跳变，且相邻脉冲间频率跳变最小间隔应大于单脉冲跳频总带宽，即满足如下条件：
[0048]up,m
＝f
p,m
+g(p)*δf[0049]
其中，u
p,m
表示脉间频率编码后的第p个脉冲的第m个子脉冲切片的载频，g(p)表示第p个脉冲的频率编码序号，g(p)∈{0,1,2,...,p
max-1}，p
max
表示一个相参积累周期中脉冲的总数，δf表示脉间最小跳频间隔,δf≥(2m
p-1)b
sub
。
[0050]
步骤4，发射脉间频率编码信号。
[0051]
经过对线性调频信号的子脉冲切片间以及脉冲之间进行频率编码后，得到脉间频率编码信号s
opt
(t)形式为：
[0052][0053]
·
exp(j2πu
p,m
t)
[0054]
·
exp(jπkr(t-mt
sub-ptr)2)
[0055]
其中，s
opt
(t)表示一个相参积累周期内的第个p发射脉冲,tr表示一个相参积累周期中的脉冲重复周期.
[0056]
参照图3，对本发明实施例脉间频率编码的结果做进一步描述。
[0057]
图3为本发明实施例脉间频率编码信号结果的频谱图，横坐标表示时间，单位s，纵坐标表示频率，单位hz，图3中每一个白点表示在此时刻子脉冲的频率。
[0058]
步骤5，滤除干扰。
[0059]
采用带通滤波器，滤除雷达接收的回波信号中的有源干扰。
[0060]
干扰包括间歇采样干扰和跨脉冲转发式欺骗干扰，在某一时刻，进入干扰设备的雷达信号为s
opt
(t)，重复转发干扰采样信号为p(t)，则间歇采样重复转发干扰可表示为：
[0061][0062]
其中，q表示切片被转发的次数，q表示干扰切片最大转发次数，d＝0,1,2,...,d
c-1表示切片序号，dc表示干扰切片个数，τ表示干扰延时，td表示切片的干扰起始点，tj为切片宽度。
[0063]
以距离拖引干扰为例，为方便描述，本发明不对回波信号中窗函数的变化作具体分析，则第p个prt内的跨脉冲转发式欺骗干扰可表示为：
[0064][0065]
其中，w(t)表示窗函数，f
p-1,m
表示发射信号的第p-1个脉冲中第m个子脉冲脉内初始频率，g(p-1)表示第p-1个脉冲的脉间频率编码序号，η表示干扰时延。
[0066]
雷达接收机收到的总回波信号为目标回波信号与干扰回波信号之和：
[0067]
s(t)＝s(t-τh)+s
jx
(t)+sk(t)
[0068]
其中，τh表示目标回波时延。
[0069]
本发明的实施例利用带通滤波器组在频率域对回波信号s(t)进行分段。
[0070]
参照图4对雷达接收机收到的总回波信号做进一步描述。
[0071]
图4为雷达接收机收到的总回波信号的频谱图，横坐标表示频率，单位hz，纵坐标表示幅度，图4中每一个点表示信号在频率的幅值。
[0072]
由于子脉冲信号分选的过程是利用当前脉冲重复周期内的先验载频信息对相应子脉冲进行带通滤波，此操作只能分选出位于当前周期的回波信号，而跨脉冲转发干扰由于发射脉冲脉间频率跳变，其子脉冲频率范围与当前时刻回波信号频率范围不重合，因此，在信号分选时跨脉冲干扰便被滤除。而对于间歇采样转发干扰，由于干扰机不连续采样，脉内子脉冲之间相互掩护，分段脉压后干扰能量远大于目标能量，由此可剔除掉干扰段子脉冲。
[0073]
采用带通滤波器，滤除雷达接收的回波信号中的有源干扰的具体步骤如下：
[0074]
(5.1)构造子脉冲带通滤波器组：
[0075][0076]
其中，f
p,m
表示第p个脉冲中第m个子脉频率，b
brf
表示带通滤波器组的带宽，满足b
sub
＜b
bpf
＜δf。
[0077]
利用带通滤波器组h
p,m
(f)在频域对回波信号s(t)进行分段，首先对s(t)作fft得到s(t)的频谱s(f)，之后将s(f)与h
p,m
(f)相乘得到分选后的子脉冲回波信号段：
[0078]
sk(f)＝s(f)hg(f)
[0079]
(5.2)对sk(f)作ifft后得到时域子脉冲回波信号sk(t)，令sk(t)通过相应子脉冲匹配滤波器得到各子段脉压输出信号s
out_k
(t)：
[0080][0081]
(5.3)计算各子段脉压方差并取方差均值作为干扰抑制基础门限e，对各子段方差进行检验，将方差超过门限的子段判断为干扰段剔除，不超过门限的子段判断为目标段留存。
[0082]
所述基础门限计算方法及干扰检验方法公式如下：
[0083][0084][0085]
其中，var(
·
)表示方差操作，mean(
·
)表示取均值操作，μ表示比例缩放因子，其值根据实际工程对干扰抑制基础门限的要求选取。
[0086]
本发明的效果可以通过下述仿真实验得到进一步的说明：
[0087]
1、仿真条件：
[0088]
本发明的仿真实验使用的运行系统为intel(r)core(tm)i5-6500 cpu@3.20ghz，64位windows操作系统，仿真软件采用matlab(r 2016a)。
[0089]
本发明的仿真实验参数设置如下，为具有一般性，仿真实验中的间歇采样干扰采
用重复转发干扰，跨脉冲转发干扰为距离拖引干扰。间歇采样干扰仿真参数如下:采样时宽tj＝2μs，采样周期tu＝6μs，信干比为-30db。跨脉冲转发式欺骗干扰仿真参数如下：假目标位于真实目标位置后100m，信干比为-20db。脉冲频率编码波形仿真参数如下：子脉冲带宽b
sub
＝5mhz，子脉冲脉宽t
sub
＝2μs，子脉冲频带最小跳频间隔δf＝2b
sub
＝10mhz，子脉冲数m＝8，脉间最小跳频间隔δf＝80mhz。目标距离176.2m,速度30m/s。作为对比，选取常规lfm信号进行抗干扰仿真，常规lfm信号仿真参数如下：信号脉宽tm＝16μs，带宽b＝80mhz。
[0090]
2、仿真实验内容及结果分析：
[0091]
本发明的仿真实验有两个。
[0092]
仿真1，在本发明仿真实验的条件下，用本发明的方法对lfm信号进行脉内及脉间频率编码，并利用该信号作为雷达发射信号，进行抗干扰仿真实验，其结果如图5所示。
[0093]
仿真2，在本发明仿真实验的条件下，利用lfm信号作为雷达发射信号，进行抗干扰仿真实验，其结果如图6所示。
[0094]
图5为本发明所提脉间脉内联合跳频编码信号抗干扰后的脉压输出结果仿真图，横坐标表示目标到发射机的距离，单位为m，纵坐标表示信号的归一化幅度，曲线上存在的峰值个数表示检测到的目标的个数。
[0095]
图6为用常规lfm信号作为雷达发射信号的脉压输出结果仿真图。横坐标表示目标到发射机的距离，单位为m，纵坐标表示信号的归一化幅度，曲线上存在的峰值个数表示检测到的目标的个数。
[0096]
对比图5和图6可知，当发射信号为常规的lfm信号，其回波中的间歇采样干扰和跨脉冲欺骗干扰都能完成脉冲压缩，且干扰能量远大于目标能量，无法对真实目标进行正确的识别检测。而用本发明频率编码信号进行抗干扰后的回波脉压结果中只存在一个真实目标，能够成功抑制间歇采样转发干扰和跨脉冲转发欺骗干扰。对比图5、图6可知，本发明所提波形能够有效对抗脉间及脉内欺骗干扰。