基于FRFT的线性调频雷达干扰快速抑制方法与流程

本发明属于雷达信号处理
技术领域：
，特别涉及一种基于FRFT的线性调频雷达干扰快速抑制方法，即基于分数阶傅里叶变换(FRFT)的线性调频雷达干扰快速抑制方法，适用于频域中线性调频信号的雷达干扰抑制。
背景技术：
：雷达是信息化战场和武器系统中目标信息获取、指挥控制、精确制导和火力打击作战体系中最重要的装备，破坏了雷达的正常工作，不仅会破坏作战体系重要的信息来源，也会严重影响作战体系整体的作战效能。雷达对抗是对敌方雷达进行侦查、干扰、摧毁，以及防护敌方对我方雷达进行侦查、干扰和摧毁的电子对抗技术，雷达对抗主要包括雷达侦查，雷达干扰和摧毁、雷达防护，雷达对抗的目的是通过对敌方进行雷达侦查、干扰和摧毁，获取敌方武器装备、兵力部署、作战指挥等方面的重要情报；在重要的战斗和战役进程中，使敌方的武器系统失效、指挥控制失灵、装备损失，为消灭敌人、保存自己、取得战争胜利创造条件。随着电子战的发展，雷达通信中面临着形式各样的干扰，如调幅干扰、调频干扰、条幅-调频复合干扰和欺骗式干扰，线性调频(LFM)干扰信号与有用信号和噪声之间分别存在较强的时频耦合，经典的滤波方法难以实现信号和干扰的有效分离；随着视频分析方法及应用研究的不断深入，出现了许多基于时频分析的LFM干扰抑制算法。目前，对于线性调频(LFM)干扰信号的干扰抑制方法有三种，主要为基于Wigner-Ville分布(WVD)的干扰重构方法、基于相位和幅度估计的普通的时域对消方法和基于FRFT频域对消抑制方法，三种抑制方法均依赖于Wigner-Ville分布(WVD)计算，WVD为双线性变换，计算量较大，且采样率较高，不利于工程实现；另外，基于相位和幅度估计的普通的时域对消方法对于干扰的干噪比具有较高的要求，适用于强干扰情况；基于FRFT频域对消抑制方法虽利用线性调频信号的分数阶傅里叶变换FRFT特殊性质进行干扰抑制，具有较好的效果，但该方法在参数估计的过程中，运用变步长搜索，计算量较大。技术实现要素：针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种基于FRFT的线性调频雷达干扰快速抑制方法，该种基于FRFT的线性调频雷达干扰快速抑制方法，在参数估计的过程中采用简便算法，能够减小线性调频干扰信号抑制的运算量。本发明的基本思路是：首先从雷达的天线处接收干扰信号，并根据干扰信号的性质，进行调频斜率的粗略估计，然后进行精确搜索，从而计算得出对应干扰信号基于FRFT变换所需要的阶数，接着对干扰信号进行所述阶数的FRFT变换，并进行尖峰遮隔，从而实现干扰信号的抑制处理。为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。一种基于FRFT的线性调频雷达干扰快速抑制方法，包括以下步骤：步骤1，获取雷达回波信号，并在所述雷达回波信号中提取干扰信号；步骤2，分别对雷达回波信号进行延时处理和共轭处理，然后将延时处理后的雷达回波信号与共轭处理后的雷达回波信号进行相乘，得到延时处理后的干扰信号；步骤3，对延时处理后的干扰信号进行快速傅里叶变换FFT，得到经过快速傅里叶变换的干扰信号，并依次计算得到干扰信号的调频斜率粗略估计和干扰信号进行FRFT变换时所需的阶次粗略估计；步骤4，根据干扰信号进行FRFT变换时所需的阶次粗略估计，得到W个FRFT阶数值，根据所述W个FRFT阶数值对应得到干扰信号的二维平面，进而得到干扰信号的三维搜索图形，并确定干扰信号的三维搜索图形的精确阶次p0；W为大于0的正整数；步骤5，利用干扰信号的三维搜索图形的精确阶次p0对雷达回波信号进行p0阶FRFT变换，得到p0阶FRFT变换后的雷达回波信号；步骤6，对p0阶FRFT变换后的雷达回波信号进行干扰信号抑制处理，得到干扰信号抑制后的雷达回波信号；步骤7，对干扰信号抑制后的雷达回波信号进行FRFT逆变换，得到FRFT逆变换后的雷达回波信号，所述FRFT逆变换后的雷达回波信号为干扰信号抑制后的时域雷达回波信号。本发明与现有技术相比具有如下优点：第一，本发明在线性调频信号的对消过程中充分使用了分数阶傅里叶变换(FRFT)并利用线性调频信号特定阶数的FRFT为冲击函数的性质，使得本发明对线性调频信号干扰的抑制更为彻底，最终使雷达干扰信号对消的性能得到显著地提高。第二，本发明所采用的分数阶傅里叶变换(FRFT)的计算可借助快速傅里叶变换FFT实现，使得计算量大大减小，且因为FRFT对于线性调频信号聚焦特性的存在，使得本发明能够克服普通时域对消算法对于较大干噪比适用条件的限制，对于弱雷达干扰信号也有较好的抑制效果，增大了适用范围。第三，本发明在对分数阶傅里叶变换(FRFT)阶数估计过程中，能够充分利用线性调频信号的性质，直接得到阶数的粗估计结果，与传统的变步长方法相比，大大地减小了计算复杂度。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。图1为本发明的一种基于FRFT的线性调频雷达干扰快速抑制方法实现流程图；图2为使用FRFT进行精确搜索得到的结果示意图；图3a为干扰信号对消前后脉压对比图；图3b为干扰信号对消前后脉压局部放大对比图。具体实施方式参照图1，为本发明的一种基于FRFT的线性调频雷达干扰快速抑制方法实现流程图；所述基于FRFT的线性调频雷达干扰快速抑制方法，包括以下步骤：步骤1，从雷达的天线处接收雷达回波信号，根据所述雷达回波信号得到雷达回波信号的时频关系分布图；在雷达回波信号的时频关系分布图中，横坐标轴为时间，纵坐标轴为频率；在雷达回波信号的时频关系分布图中提取干扰信号，该干扰信号的时频分布在雷达回波信号的时频关系分布图中为一条直线，且所述干扰信号为线性调频信号；其中，确定第n个采样点处的干扰信号为x(n)，f0为雷达回波信号的载频，fs为雷达回波信号的采样频率，K为干扰信号的调频斜率，K＝B/T，B为干扰信号的带宽，T为干扰信号的时宽，n表示干扰信号中第n个采样点，n∈[0,NJ-1]，NJ＝T×fs，NJ为干扰信号的采样点数。步骤2，分别对雷达回波信号进行延时处理和共轭处理，然后将延时处理后的雷达回波信号与共轭处理后的雷达回波信号进行相乘，得到延时处理后的干扰信号具体地，所述延时处理后的干扰信号其表达式为：其中，M为对雷达回波信号进行延时处理包括的延时点数，M<n，e表示指数函数，fs为雷达回波信号的采样频率，K为干扰信号的调频斜率，f0为雷达回波信号的载频，n表示干扰信号中第n个采样点，n∈[0,NJ-1]，NJ＝T×fs，NJ为干扰信号的采样点数。步骤3，对延时处理后的干扰信号进行快速傅里叶变换FFT，得到经过快速傅里叶变换的干扰信号并依次计算得到干扰信号的调频斜率粗略估计u'和干扰信号进行FRFT变换时所需的阶次粗略估计p。具体地，对延时处理后的干扰信号进行快速傅里叶变换FFT，得到经过快速傅里叶变换的干扰信号获取经过快速傅里叶变换的干扰信号的峰值点位置，进而计算得到干扰信号的调频斜率精确估计a，f为经过快速傅里叶变换的干扰信号中峰值点对应的频率，fs为雷达回波信号的采样频率，M为对雷达回波信号进行延时处理包括的延时点数。然后确定干扰信号的FRFT变换阶次p；当干扰信号的FRFT变换为冲击函数时，计算得到干扰信号的调频斜率粗略估计u'，然后根据干扰信号的调频斜率粗略估计u'，计算得到干扰信号进行FRFT变换时所需的阶次粗略估计p，arccot为反正切操作。步骤4，根据干扰信号进行FRFT变换时所需的阶次粗略估计p，确定干扰信号进行精确FRFT变换时所需阶次的变化范围[p-△,p+△]，0<△<1；本实施例中△＝0.1。对干扰信号进行精确FRFT变换时所需阶次的变化范围[p-△,p+△]以步长δ进行均匀划分，δ＝0.001；进而得到W个FRFT阶数值，根据所述W个FRFT阶数值对应得到干扰信号的(u,h)二维平面，u为雷达回波信号进行p阶FRFT变换后对应的类频率域，简记为u域；h为u域对应的幅度值；其中，第w个FRFT阶数值对应所述干扰信号的第w'个二维平面(uw',hw')，uw'为雷达回波信号进行p阶FRFT变换后对应的第w'个类频率域，简记为第w'个uw'域；hw'为第w'个uw'域对应的幅度值，w∈{1,2,…,W}，w'∈{1,2,…,W'}，W为FRFT阶数值的总个数，W'为干扰信号的二维平面总个数；FRFT阶数值的总个数与干扰信号的二维平面总个数相等且一一对应；W为大于0的正整数。然后利用W个FRFT阶数值分别对雷达回波信号进行p阶FRFT变换，分别得到W个经过p阶FRFT变换二维平面；再将所述W个经过p阶FRFT变换的二维平面分别作为一个切片进行叠加，进而得到干扰信号的三维搜索图形(p,u,h)，并确定干扰信号的三维搜索图形的精确阶次为p0，p0表示干扰信号的三维搜索图形中u域对应的幅度最大值点对应的FRFT变换阶次，p为干扰信号进行FRFT变换时所需的阶次粗略估计。步骤5，利用干扰信号的三维搜索图形中u域对应的幅度最大值点对应的FRFT变换阶次以及FRFT对线性调频信号具有集聚性的性质，对雷达回波信号进行p0阶FRFT变换，得到p0阶FRFT变换后的雷达回波信号Xp0(u)，其表达式为：Xp0(u)＝Sp0(u)+Jp0(u)+Np0(u)其中，u为雷达回波信号进行p阶FRFT变换后对应的类频率域，简记为u域；Sp0(u)为雷达回波信号进行p阶FRFT变换后包含的有用目标信号，Np0(u)为雷达回波信号进行p阶FRFT变换后包含的噪声，Jp0(u)为雷达回波信号进行p阶FRFT变换后包含的干扰信号；若雷达回波信号进行p阶FRFT变换后包含的干扰信号Jp0(u)为有限长信号，则雷达回波信号进行p阶FRFT变换后包含的干扰信号Jp0(u)的90％以上能量集中在u域内以u0为中心的10Hz窄带内；雷达回波信号进行p阶FRFT变换后包含的有用目标信号Sp0(u)和雷达回波信号进行p阶FRFT变换后包含的噪声Np0(u)一般在u0处都不会呈现出聚集特性，u0为雷达回波信号进行p阶FRFT变换后对应的类频率域中心频率。步骤6，对p0阶FRFT变换后的雷达回波信号Xp0(u)在FRFT域进行尖峰遮隔处理，即干扰信号抑制处理，得到干扰信号抑制后的雷达回波信号X'p0(u)。具体地，利用p0阶FRFT变换后的雷达回波信号Xp0(u)的特性，选取合适的阈值对p0阶FRFT变换后的雷达回波信号Xp0(u)在域进行尖峰遮隔，其中合适的阈值为大于2dB的干信比，干信比为干扰信号与雷达回波信号的比值；从而在FRFT域抑制掉干扰信号，得到干扰信号抑制后的雷达回波信号X'p0(u)，其表达式为：X'p0(u)＝Xp0(u)M(u)＝Sp0(u)M(u)+Jp0(u)M(u)+Np0(u)M(u)。其中，M(u)为中心频率为u0、带宽为10Hz的理想带阻滤波器，u0为雷达回波信号进行p阶FRFT变换后对应的类频率域中心频率，u为雷达回波信号进行p阶FRFT变换后对应的类频率域，简记为u域；若M(u)是中心频率为u0、带宽为10Hz的理想带阻滤波器，则得到的干扰信号抑制后的雷达回波信号X'p0(u)能够抑制掉干扰信号。步骤7，对干扰信号抑制后的雷达回波信号X'p0(u)进行FRFT逆变换，得到FRFT逆变换后的雷达回波信号，所述FRFT逆变换后的雷达回波信号为干扰信号抑制后的时域雷达回波信号。具体地，利用步骤6得到的干扰信号抑制后的雷达回波信号X'p0(u)进行FRFT逆变换，从而将干扰信号抑制后的雷达回波信号X'p0(u)从FRFT域转换到时域，完成干扰信号的抑制处理，得到干扰信号抑制后的时域雷达回波信号。通过以下计算机仿真实验对本发明效果进行验证说明。(一)仿真条件：软件环境：MATLABR2011b硬件环境：CPU:InterPentiumG6302.70GHz内存:4GB(二)仿真内容：假设雷达发射信号为M序列，采样频率Fs＝400Hz/s，信噪比SNR＝5dB，每个序列码时宽为20/Fs；雷达回波信号受到线性调频信号的干扰，其干噪比JNR＝15dB，其中该干扰信号的时宽T＝8s，带宽B＝200Hz；在本仿真实验中，雷达发射信号的回波淹没在干扰信号中，且干扰信号的带宽大约为发射信号带宽的1.5倍，并且覆盖在雷达的发射信号上，运用本发明方法对该雷达回波信号进行干扰抑制。仿真内容1：运用本发明方法对该雷达回波信号进行干扰抑制。仿真内容2：运用传统方法对该雷达回波信号进行干扰抑制。传统的方法采用的是变步长的方法来计算FRFT变换的最佳阶数，即先粗搜索确定FRFT变换阶数的大致范围，然后通过精搜索确定FRFT变换的最佳阶数值，其中粗搜索和精搜索方法分别与本发明方法的步骤4相同，只不过粗搜索的步长较大，即粗搜索的步长为2/L，L>20，本仿真实验中选L＝100；精搜索与本发明方法的步骤4给定的步长δ相同。(三)仿真效果分析：首先分析本发明方法与传统方法的复杂度，因为本发明方法与传统方法的不同点主要集中在FRFT阶次的粗估计方面，因此只考虑FRFT阶次粗估计的复杂度，并假设雷达回波信号的点数为N，然后该雷达回波信号进行步长为L的粗搜索；本发明方法与传统方法的计算复杂度对比如表1所示，本发明方法与传统方法的运行时间对比如表2所示。表1方法本发明方法传统方法时间(S)55.7864.23表2从表1中可以看出，在抑制干扰性能相同的情况下，本发明方法复杂度为与传统方法比较，计算复杂度大大降低。由表2可以看出同样的环境下同时采样两种算法进行处理，运行时间上有较大的差距，很好的支持了本发明方法。通过图3a和图3b可以看出，干扰信号被很好地抑制掉，在干噪比JNR为15dB，信噪比为5dB的情况下，对雷达回波信号进行干扰抑制后，有用目标信号的脉压信噪比在15dB左右，能够被很好地检测出来，达到干扰抑制的要求。综上所述，仿真实验验证了本发明的正确性，有效性和可靠性。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围；这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。当前第1页1 2 3