一种基于三次初相和frft的drfm干扰检测和对抗方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于脉间初相三次方调制和FRFT的DRFM干扰检测和对抗方法。本发明的方法利用多通道匹配滤波和MTD处理检测是否存在干扰，若存在干扰，利用干扰和目标的先验信息设计雷达发射脉冲的初相并发射，对回波进行相应通道的匹配滤波处理，利用FRFT抑制干扰。本发明在信干比较低的情况下，实现目标的检测；能在不影响信噪比的前提下，较大地改善信干比，便于信号的后续处理；且随着信干比下降，本发明抑制干扰的性能稳定。
【专利说明】
-种基于H次初相和FRFT的DRFM干扰检测和对抗方法
技术领域
[0001] 本发明属于雷达抗干扰技术领域，具体设及一种基于脉间初相=次方调制和分数 阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)的数字射频存储器(Digital Radio Rrequency Memory，DRFM)干扰检测和对抗方法。
【背景技术】
[0002] 随着基于DRFM的现代欺骗式干扰技术的出现，雷达干扰技术步入相干干扰时代。 在电子战中，敌方侦察电子设备捕获到我方雷达的探测信号后，会产生电子欺骗干扰，从而 降低了我方雷达的探测性能。因此，为保证雷达在干扰坏境下对目标的正确检测和跟踪，增 强雷达的抗DRFM干扰能力显得尤为重要。
[0003] 由于DRFM干扰机产生干扰信号需要一定的时间，干扰信号至少滞后雷达一个或数 个脉冲重复间隔（Pulse Repetition Interval，PRI)，故脉冲分集技术是对抗有源欺骗干 扰的一个有效措施。
[0004] SOUMEKH M提出了基于相位扰动和调频率扰动两种脉冲分集波形设计方案，并通 过对干扰信号加W惩罚的方法来抑制干扰，但该方法仅能针对线性调频化inear Frequen巧Modulation,LFM)雷达，应用范围受限。AKHTAR J提出了一种在一定的PRI间发 射特定分组编码信号进行抗干扰的方法，在对接收信号按发射编码进行匹配滤波后，该方 法在特定的距离单元可W有效地对干扰信号进行对消从而达到抗干扰的目的，但无法克服 正交波形带来的距离旁瓣影响。高飞等提出基于调频连续波体制雷达的随机初相与限幅相 结合抗干扰方法，该方法抑制干扰的同时，也对目标信号产生一定的影响，处理后信噪比下 降明显。张劲东等利用多通道处理技术对干扰参数进行估计，并通过设计脉间相位编码波 形自适应的对抗速度欺骗干扰，但仅在目标谱线附近形成凹口，对干扰并未有抑制的效果。
[0005] 由上可知，目前脉冲分集的方法多数只能对抗单一的距离或者速度干扰，而不能 对抗距离一速度同步干扰，且对干扰的抑制性能有限。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种脉间初相S次方调制和FRFT处理的DRFM干扰检测和 对抗方法。
[0007] 实现本发明目的的技术解决方案为:一种基于S次初相和FRFT的DRFM干扰检测和 对抗方法，包括W下步骤：
[000引步骤1、发射脉间初相=次方调制的雷达信号，对雷达回波进行多通道匹配滤波和 动目标检测(Moving化巧et Detection，MTD)处理，之后通过恒虚警处理检测是否存在干 扰，若在第i + l(i + l声1)个通道检测到峰值，则判定存在干扰，并获取干扰的速度值VJ和干 扰初相延迟的PRI个数i，之后执行下一步，否则不存在干扰；
[0009]步骤2、根据干扰的速度值VJ和前一个相参处理间隔（Coherent Process Internal，CPI)的目标的速度值VT比较，若vj<VT，则产生S次相位的系数K大于零，反之，产 生S次相位的系数K小于零；
[0010] 步骤3、重新产生系数为K的=次初相的雷达信号并发射；
[0011] 步骤4、雷达收到回波信号，对整个CPI中每个PRI的雷达回波进行匹配滤波处理； [001 ^ 步骤5、由步骤1的多通道处理得至巧扰延迟的PRI数，得至巧扰剩余相位的调频斜 率，计算其对应的FRFT的阶数，之后对每个CPI的匹配滤波结果进行纵向FRFT处理；
[001引步骤6、在FRFT域通过遮蔽处理，抑审巧扰分量，再通过逆FRFT，恢复匹配滤波后的 信号，之后进行正常的MTDW及目标检测处理。
[0014] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1)本发明的方法在信干比较低的情况 下，实现目标的检测；（2)本发明能够对抗对距离一速度同步干扰；（3)本方法能较大地改善 信干比且不会影响信噪比，便于信号的后续处理；（4)本发明的方法抑制干扰的性能稳定。
[0015] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明基于脉间初相S次方调制和FRFT处理的DRFM干扰检测和对抗方法流 程图。
[0017] 图2是多通道处理的框图。
[0018] 图3是当发射=次相位时，包含目标和干扰的回波经过匹配滤波处理，W及经过P 阶FRFT后的结果。
[0019] 图4是包含目标和干扰的雷达回波经过匹配滤波和MlD处理后的结果，其中图4(a) 是发射固定相位的雷达信号，图4(b)是发射=次相位的雷达信号。
[0020] 图5是输入信噪比-25dB到IOdB时，经过本方法抗干扰处理W及未经过本方法处 理，MlD处理后的信噪比。
[0021] 图6是输入干信比5地到30地时，经过该方法处理，MTD后的干信比的改善情况。
【具体实施方式】
[0022] 本发明的一种基于S次初相和FRFT的DRFM干扰检测和对抗方法，包括W下步骤：
[0023] 步骤1、发射脉间初相=次方调制的雷达信号，对雷达回波进行多通道匹配滤波和 MlD处理，之后通过恒虚警处理检测是否存在干扰，若在第i+1 (i+1声1)个通道检测到峰值， 则判定存在干扰，并获取干扰的速度值VJ和干扰初相延迟的PRI个数i，之后执行下一步，否 则不存在干扰；
[0024] 所述发射的脉间初相=次方调制的雷达信号为：
[0025]
[0026]
[0027]
[002引式中，Tp为信号时宽，T为一个CPI持续时间，巧日tn分别为快时间变量和慢时间变 量，tn = nTr，/' 二 / - " 7 .n = 1，2，…，N，Tr为PRI，N为 1 个CPI 内 PRI 的个数，f 0为中屯、频率，V (t)为复调制函数，(I) (n)为第n个PRI的发射脉冲的初相，
[0029]
[0030] 其中，K为常数。
[0031] 所述雷达回波为：
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036] n(t)为高斯白噪声；
[0037] 式中，T(tn)、fd为tn时刻目标回波的时延和多普勒频率，At表示目标回波的幅度，曰 (tn)、丫 d为tn时刻干扰回波的时延和多普勒频率，Aj表示干扰回波的幅度。
[0038] 对雷达回波进行多通道匹配滤波和MTD处理具体为：
[0039] 步骤1-1、对雷达回波分别与延迟1个、2个、……M(M<N)个PRI的匹配滤波器进行匹 配滤波处理；
[0040] 步骤1-2、对匹配滤波的结果进行MTD处理。
[0041] 步骤2、根据干扰的速度值VJ和前一个相参处理间隔CPI的目标的速度值VT比较，若 VJ< VT，则产生=次相位的系数K大于零，反之，产生=次相位的系数K小于零；
[0042] 所述S次相位的系数K的公式为：
[0043]
[0044] 步骤3、重新产生系数为K的=次初相的雷达信号并发射；
[0045] 步骤4、雷达收到回波信号，对整个CPI中每个PRI的雷达回波进行匹配滤波处理；
[0046] 步骤5、由步骤1的多通道处理得到干扰延迟的PRI数i，得到干扰剩余相位的调频 斜率，计算其对应的FRFT的阶数，之后对每个CPI的匹配滤波结果进行纵向FRFT处理;具体 为：
[0047] 步骤5-1、确定干扰剩余相位，所用公式为：
[004引
[0049] 式中，n=l，2,…，N，N为1个CPI内PRI的个数，丫 d分别为干扰的多普勒频率，Tr为雷 达的PRI，其中
.为调频斜率；
[0050] 步骤5-2、计算调频斜率对应的FRFT的阶数，所用公式为：
[0化1 ]
[0052] 式中， ％调频斜率，S为尺度因子，且
T为观测时间，即T =
N- Tr，fS为采巧
[0053] 步骤5-3、对每个CPI的匹配滤波结果进行纵向FRFT处理，所用公式为：
[0化4]
[0055] 为 FRFT 域 采样间隔。
[0056] 步骤6、在FRFT域通过遮蔽处理，抑制干扰分量，再通过逆FRFT，恢复匹配滤波后的 信号，之后进行正常的MTDW及目标检测处理。具体为：
[0化7] 步骤6-1、在FRFT域进行遮蔽处理，所用公式为：
[005引 R'p化，l)=Rp化，1)-Rp化，1) ? W化，1)
[0059] 式中，W化,1)为Wmax化〇,1〇)为峰值点的二维窗函数；
[0060] 步骤6-2、通过逆FRFT，恢复匹配滤波后的信号，所用公式为：
[0061]
。
[0062] 下面进行更详细的描述：
[0063] 结合图1，本发明是基于脉间初相S次方调制和FRFT处理的DRFM干扰检测和对抗 方法，是一种脉冲多普勒(Pulse-Doppler，PD)雷达体制下利用脉间初相S次方调制和FRFT 处理的数字射频存储器DRFM干扰的检测和对抗技术。
[0064] 本发明利用多通道匹配滤波和MlD处理检测是否存在干扰，若存在干扰，利用干扰 和目标的先验信息设计雷达发射脉冲的初相并发射，对回波进行相应通道的匹配滤波处 理，利用干扰。
[0065] 本发明的基于S次初相和FRFT的DRFM干扰检测和对抗方法，具体步骤如下：
[0066] 步骤UDRFM干扰的检测
[0067] 雷达发射脉间初相=次方调制的脉冲，表示为
[0071] 其中，Tp为信号时宽，T为一个CPI持续时间，f和tn分别为快时间变量和慢时间变 量，tn=nTr J 三 / -"['n=l，2，...，N，Tr为PRI，N为l个CPI内PRI的个数，fo为中屯、频率，v(t)
[006引
[0069]
[0070] 为复调制函数，4 (n)为第n个PRI的发射脉冲的初相
[0072]
[0073] 其中，K为常数。
[0074] 取t = 0时刻，目标与雷达径向距离为Ro,目标为匀速运动，且目标相对雷达的径向 速度为VT，且记tn时刻目标回波的时延和多普勒频率分别为1(心)点，贝。
[0075]
[0076]
[0077] 其中，C为光速，A为信号波长。则雷达接收的目标回波信号为 [007引
[0079] 具甲，At巧不目称凹汲的幡巧。
[0080] DRFM干扰机需要数个PRI来获取雷达发射脉冲的信息产生假目标，记DRFM干扰机 延迟i个PRI，干扰回波的时延和多普勒频移分别为〇(tn)、丫 d，DRFM干扰机产生的干扰表示 为
[0081]
[0082] 其中，Aj表示干扰回波的幅度。
[0083] 雷达接收到的回波信号表示为
[0084] r(t) = SR(t)+jR(t)+n(t)
[0085] 其中，n(t)为高斯白噪声。
[0086] 对接收到的回波通过多通道处理，恒虚警处理检测是否存在干扰，若在第i+1 (i+1 声I)个通道检测到峰值，则判定存在干扰，并获取干扰的速度值VJ和干扰初相延迟的PRI个 数i。
[0087] 多通道处理过程如图2所示，具体如下：
[008引雷达回波分别与延迟1个、2个、……M(M<N)个PRI的匹配滤波器进行处理，再进行 MlD处理。
[0089] 对MTD的结果进行恒虚警检测，若在第i+l(i+l声1)通道检测到峰值，则判定存在 干扰，且获取干扰的速度值VjW及干扰回波相位延迟的PRI个数i，若只在第1通道检测到峰 值，则判定不存在干扰。
[0090] 步骤2、根据干扰的信息重新设计雷达第n个PRI脉冲的初相
。
[0091] K的取值由干扰速度VJ，干扰初相延迟的PRI数i，上一个CPI的目标速度VT等因素决 定，具体根据下式来设计=次项的系数K:
[0092]
[0093] 步骤3、由上个步骤得到初相，发射脉间初相=次方调制的雷达脉冲。
[0094] 步骤4、雷达收到回波信号，将整个CPI中每个PRI的回波与第1通道的匹配滤波器 进行处理。
[00M]第n个PRI雷达回波与第1通道的匹配滤波器进行处理得到匹配滤波结果rMF(n，l)， n = l，2,…，N，1 = 1，2,…，L，其中，N为一个CPI内PRI个数，L为每个PRI采样点数。
[0096] 步骤5、对整个CPI匹配滤波的结果进行P阶纵向FRFT处理
[0097] 步骤5-1、确定干扰剩余相位。
[009引匹配滤波的结果rMF(n，l)，目标和干扰分别在第It, Ij个距离单元形成峰值，则在 相应距离单元内目标和干扰的匹配滤波结果分别表示为：
[0099]
[0100]
[0101] 其中，i是干扰相位延迟的PRI个数，可W由第一步的多通道处理得到，QT，fd分别为 目标的幅度、多普勒频率，QJ，Td分别为干扰的幅度、多普勒频率。其中，
[0102]
[0103]
[0104]
[0105] 由上式可知，干扰项rj(n)可W看作调频斜率为K(-iTr) . 3,载频3
的LFM信号，因为
，所W干扰项载频由丫 d决定，而目标项n(n)则可W看作 频率为fd的单频信号。
[0106] 利用LFM信号经过FRFT后，会在FRFT域能量高度聚集，而单频信号则不具有良好的 聚集性运一特性，在FRFT域抑制干扰项。
[0107] 步骤5-2、计算调频斜率对应的FRFT的阶数。
[0108] 由第一步的多通道处理，可W得知干扰相位延迟了i个PRI，得到干扰剩余相位的 调频斜率=K(-i ? Tr) ? 3,计算其对应的FRFT的阶数
[0109]
[0110] 其中，S为尺度因子，且
，T为观测时间，即T = N* Tr,N为一个CPI中PRI的个 数，f S为采样率，即
。
[0111] 步骤5-3、对每个CPI的匹配滤波结果进行P阶纵向FRFT处理。
[0112] 信号的FRFT可W看成是将信号绕原点从时间轴逆时针旋转一个角度a,到FRFT域 上的表示。旋转角度a声nil时，记离散信号rMF(n，l)的P阶FRFT如下：
[0113]
[0114] 其中，.
，口是。1^^1'的阶数，
为FRFT域 采样间隔。将匹配滤波的结果rMF(n，l)通过纵向P阶FRFT后得到Rp化，1)。
[0115] 将信干比为-10地，信噪比为0地的LFM回波信号，通过第1通道的匹配滤波处理，经 过P阶纵向FRFT，得到的结果如图3所示，从图中可W看出，具有LFM特性的干扰项在FRFT域 高度聚集。
[0116] 步骤6、在FRFT变换域抑制干扰。
[0117] 步骤6-1、在FRFT变换域峰值检测，之后利用该峰值进行遮隔处理。
[011引记在FRFT域检测到峰值为max化0，10)，队nax化0，10)作为窗函数的峰值点，生成二 维窗函数
[0119]
[0120] 錄为
[0121]
[0122]
[0123] 0N，eL是一个可调参数，可W通过改变它们的值来调整窗函数的形状，从而达到阻 带衰减要求。Io(X)是零阶第一类修正贝塞尔函数，可用幕级数表示为
[0124]
[0125] 对Rp化，1)做二维遮隔处理，滤出了包含干扰的峰值部分，在Rp化，1)去掉包含干扰 的部分，即
[0126] R'p(k,l)=Rp(；k,l)-Rp化，1) ? w(k,l)
[0127] 步骤6-2、通过逆FRFT，恢复匹配滤波后的信号。
[01 %] P阶FRFT逆变换可W看成-P阶FRFT变换，即角度为-a的FRFT变换
[0129]
[0130] 步骤6-3、对恢复的脉压信号r/MF(n，l)进行MTDW及后续的处理。
[0131] 下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：
[0132] 实施例
[0133] 仿真条件:带宽B = 30MHz，脉宽Tp = O. 6US，脉冲重复周期Tr= 13US的LFM脉冲信号， 1个CPI内有256个PRI，每个PRI内采样点数为650，目标距离800m，速度300m/s，信噪比0地， 信干比-20地，DRFM干扰信号的距离为830m，速度为270m/s。
[0134] 在上述仿真中，采用初相固定的发射脉冲，经过匹配滤波和MTD处理，W及采用本 方法设计的初相S次方调制的发射脉冲，经过本方法进行处理，MTD后的仿真结果如图4所 示。由图4(a)可知，采用初相固定的发射脉冲，雷达回波经过MTD后，会出现目标和干扰峰 值，且干扰峰值远大于目标。由图4(b)可W看出，采用本方法设计的=次初相的发射脉冲， 雷达回波经过MlD后，只剩下一个目标峰值，干扰被抑制，雷达可正确检测目标。
[01巧]图5是当输入信干比为-20地时，信噪比由-25地到10地，利用该方法处理前后MTD 结果的信噪比的对比图，可W看出该方法对信噪比几乎没有影响。图6是当输入干信比5地 到30地时，经过该方法处理，MlD后的干信比的改善情况。
[0136]由图可知，该方法能够较好地抑制干扰，信干比可W提高30地左右，且随着信干比 的下降，干扰抑制的性能稳定。
【主权项】
1. 一种基于三次初相和FRFT的DRFM干扰检测和对抗方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、发射脉间初相三次方调制的雷达信号，对雷达回波进行多通道匹配滤波和MTD 处理，之后通过恒虚警处理检测是否存在干扰，若在第i+l(i+l辛1)个通道检测到峰值，则 判定存在干扰，并获取干扰的速度值Vj和干扰初相延迟的PRI个数i，之后执行下一步，否则 不存在干扰； 步骤2、根据干扰的速度值Vj和前一个相参处理间隔CPI的目标的速度值ντ比较，若vj< ντ，则产生三次相位的系数K大于零，反之，产生三次相位的系数K小于零； 步骤3、重新产生系数为K的三次初相的雷达信号并发射； 步骤4、雷达收到回波信号，对整个CPI中每个PRI的雷达回波进行匹配滤波处理； 步骤5、由步骤1的多通道处理得到干扰延迟的PRI数i，得到干扰剩余相位的调频斜率， 计算其对应的FRFT的阶数，之后对每个CPI的匹配滤波结果进行纵向FRFT处理； 步骤6、在FRFT域通过遮蔽处理，抑制干扰分量，再通过逆FRFT，恢复匹配滤波后的信 号，之后进行正常的MTD以及目标检测处理。2. 根据权利要求1所述的基于三次初相和FRFT的DRFM干扰检测和对抗方法，其特征在 于，步骤1中发射的脉间初相三次方调制的雷达信号为：式中，Tp为信号时宽，T为一个CPI持续时间，纟和1分别为快时间变量和慢时间变量，tn = nTr，f = ?-"Γ,.η = 1，2，···，N，Tr 为 PRI，N 为1 个 CPI 内 PRI的个数，f〇 为中心频率，v(t)为 复调制函数，Φ (η)为第η个PRI的发射脉冲的初相，其中，K为常数。3. 根据权利要求1所述的基于三次初相和FRFT的DRFM干扰检测和对抗方法，其特征在 于，步骤1中雷达回波为：为干扰回波； n(t)为高斯白噪声； 式中，τ ( tn)、fd为tn时刻目标回波的时延和多普勒频率，At表不目标回波的幅度，O ( tn)、 Yd为^时刻干扰回波的时延和多普勒频率，Aj表示干扰回波的幅度。4. 根据权利要求1所述的基于三次初相和FRFT的DRFM干扰检测和对抗方法，其特征在 于，步骤1中对雷达回波进行多通道匹配滤波和MTD处理具体为： 步骤1-1、对雷达回波分别与延迟1个、2个、……M(M〈N)个PRI的匹配滤波器进行匹配滤 波处理； 步骤1-2、对匹配滤波的结果进行MTD处理。5. 根据权利要求1所述的基于三次初相和FRFT的DRFM干扰检测和对抗方法，其特征在 于，步骤2中三次相位的系数K的公式为：6. 根据权利要求1所述的基于三次初相和FRFT的DRFM干扰检测和对抗方法，其特征在 于，步骤5中由多通道处理得到干扰延迟的PRI数，得到干扰剩余相位的调频斜率，计算其对 应的FRFT的阶数，对每个CPI的匹配滤波结果进行纵向FRFT处理，具体为： 步骤5-1、确定干扰剩余相位，所用公式为：式中，n = l，2，. . .，N，N为1个CPI内PRI的个数，Yd分别为干扰的多普勒频率，Tr为雷达 的PR：)调频斜率； 步骤5-2、计算调频斜率对应的FRFT的阶数，所用公式为：I: 为调频斜率，S为尺度因子，J为观测时间，即T = N · Tr，fA采样率，即 步骤5-3、对每个CPI的匹配滤波结果进行纵向FRFT处理，所用公式为：/(NTrcsca)为 FRFT 域采样 间隔。7. 根据权利要求1所述的基于三次初相和FRFT的DRFM干扰检测和对抗方法，其特征在 于，步骤6中在FRFT域通过遮蔽处理，抑制干扰分量，再通过逆FRFT，恢复匹配滤波后的信号 具体为： 步骤6-1、在FRFT域进行遮蔽处理，所用公式为： R7pCk,l)=Rp(k,l)-RP(k,l) ?w(k,l) 式中，w(k,l)为以max(k〇，l())为峰值点的二维窗函数； 步骤6-2、通过逆FRFT，恢复匹配滤波后的信号，所用公式为：
【文档编号】G01S7/36GK106019243SQ201610415594
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】张仁李, 奚舒靓, 盛卫星, 马晓峰, 韩玉兵
【申请人】南京理工大学