一種基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達(dá)干擾抑制【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法。該基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法包括以下步驟：S1：利用雷達(dá)的主天線和輔助天線在一個(gè)脈沖重復(fù)周期接收回波信號，得到主天線接收信號和輔助天線接收信號；S2：針對主天線接收信號和輔助天線接收信號，依次進(jìn)行第一次信號篩選和第二次信號篩選，得到有效學(xué)習(xí)樣本；S3：針對所述有效學(xué)習(xí)樣本，利用直接矩陣求逆算法進(jìn)行自適應(yīng)權(quán)值計(jì)算，得到對應(yīng)的自適應(yīng)權(quán)W；S4：利用所述自適應(yīng)權(quán)W，對步驟S1中得到的主天線接收信號和輔助天線接收信號進(jìn)行旁瓣相消處理，得出自適應(yīng)旁瓣相消結(jié)果。
【專利說明】一種基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)干擾抑制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法，可用于抑制通過天線旁瓣進(jìn)入的多種類有源干擾。
【背景技術(shù)】
[0002]電子對抗在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的作用日趨重要，沒有抗干擾的雷達(dá)完全失去其發(fā)現(xiàn)測定敵人目標(biāo)和控制導(dǎo)引火器的功能。因此，在某種意義上說，抗干擾措施是雷達(dá)必備的甚至是首要的正常工作條件。電子干擾類型有多種，但多以雷達(dá)天線旁瓣進(jìn)入接收機(jī)，當(dāng)雷達(dá)處于強(qiáng)干擾環(huán)境下時(shí)，其旁瓣干擾可淹沒主波束的目標(biāo)信號，因而對雷達(dá)系統(tǒng)性能影響極大。消除這一嚴(yán)重影響的方法之一是研制超低旁瓣天線，但其代價(jià)是相當(dāng)高的，而旁瓣相消系統(tǒng)則是通過附加的輔助天線處理設(shè)備，采用信號處理的手段將旁瓣干擾從主接收通道中消除掉的，從而保證雷達(dá)系統(tǒng)的正常工作。隨著自適應(yīng)技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)以及超大規(guī)模集成電路技術(shù)(VLSI)的飛速發(fā)展，自適應(yīng)天線旁瓣相消系統(tǒng)已成為現(xiàn)代雷達(dá)和其他信息系統(tǒng)消除旁瓣干擾的最經(jīng)濟(jì)、最有效的措施。
[0003]參照圖1，為自適應(yīng)旁瓣相消的原理示意圖。自適應(yīng)旁瓣相消技術(shù)采用另外增加輔助天線(輔助天線的個(gè)數(shù)取決于系統(tǒng)期望對消的干擾個(gè)數(shù)，通常Q個(gè)輔助天線最多可以對消Q個(gè)從空間不同方向入射的干擾)，在一定的性能準(zhǔn)則下，即自適應(yīng)代價(jià)函數(shù)，通過對輔助天線輸出進(jìn)行加權(quán)，然后和主天線輸出進(jìn)行相減。目的是在干擾作用下，利用其輸出調(diào)整權(quán)值，使輸出干擾功率趨于最小，其結(jié)果是使空間濾波特性在干擾方向上形成空間零點(diǎn)，從而抑制了旁瓣干擾。
[0004]參照圖2，為傳統(tǒng)自適應(yīng)旁瓣相消方法的流程示意圖；傳統(tǒng)自適應(yīng)旁瓣相消方法工作時(shí)，首先需要利用主輔天線接收信號，把一個(gè)脈沖重復(fù)周期(PRI)內(nèi)休止期處的采樣數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)樣本，計(jì)算自適應(yīng)權(quán)系數(shù)，然后在下一脈沖重復(fù)周期的工作期內(nèi)保持權(quán)系數(shù)不變，用該自適應(yīng)權(quán)來進(jìn)行干擾相消。當(dāng)干擾為連續(xù)波干擾或高占空比干擾時(shí)，休止期內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)均包含干擾信號，可以利用的學(xué)習(xí)樣本采樣數(shù)較多，能夠保證權(quán)值收斂至最佳權(quán)值，從而達(dá)到最佳對消效果。但是當(dāng)干擾為間歇式干擾或欺騙性干擾時(shí)，休止期內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)可能包含較少的干擾信號，可以利用的學(xué)習(xí)樣本采樣數(shù)較少，自適應(yīng)旁瓣相消系統(tǒng)將基本失效。另外，當(dāng)雷達(dá)為脈沖多普勒模式工作時(shí)，由于不存在休止期，不能使用自適應(yīng)旁瓣相消方法抑制干擾。這些問題均是因?yàn)閭鹘y(tǒng)自適應(yīng)旁瓣相消方法沒有進(jìn)行樣本的分析和選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于是克服傳統(tǒng)自適應(yīng)旁瓣相消方法的不足，提出了一種基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法，以得到良好的旁瓣相消和干擾抑制性能。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:首先雷達(dá)的主天線和輔助天線在一個(gè)脈沖重復(fù)間隔內(nèi)接收信號；然后對主天線和輔助天線接收的信號進(jìn)行感知分析，根據(jù)主天線和輔助天線接收的信號的幅度和相位信息，在整個(gè)脈沖重復(fù)間隔的接收信號中篩選有效學(xué)習(xí)樣本；進(jìn)行自適應(yīng)權(quán)值計(jì)算；最后利用自適應(yīng)權(quán)值對消主天線和輔助天線接收的信號。具體實(shí)現(xiàn)方法如下:
[0007]一種基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法包括以下步驟:
[0008]S1:利用雷達(dá)的主天線和輔助天線在一個(gè)脈沖重復(fù)周期接收回波信號，得到主天線接收信號和輔助天線接收信號；
[0009]S2:分別計(jì)算主天線接收信號和輔助天線接收信號的幅度，進(jìn)行第一次信號篩選，將第一設(shè)定輔助天線接收信號、與第一設(shè)定輔助天線接收信號處于同一時(shí)刻的主天線接收信號、第二設(shè)定輔助天線接收信號、以及與第二設(shè)定輔助天線接收信號處于同一時(shí)刻的主天線接收信號排除，得到剩余信號；所述第一設(shè)定輔助天線接收信號為:幅度小于設(shè)定幅度的輔助天線接收信號；所述第二設(shè)定輔助天線接收信號為:幅度小于對應(yīng)時(shí)刻主天線接收信號的輔助天線接收信號；
[0010]在所述剩余信號中，分別計(jì)算主天線接收信號的幅度比和相位差，分別計(jì)算輔助天線接收信號的幅度比和相位差；設(shè)定幅度比有效范圍和相位差有效范圍；將同時(shí)處于幅度比有效范圍和相位差有效范圍之內(nèi)的主天線接收信號、以及同時(shí)處于幅度比有效范圍和相位差有效范圍之內(nèi)的輔助天線接收信號作為有效學(xué)習(xí)樣本，完成第二次信號篩選，得到有效學(xué)習(xí)樣本；
[0011]S3:針對所述有效學(xué)習(xí)樣本，利用直接矩陣求逆算法進(jìn)行自適應(yīng)權(quán)值計(jì)算，得到對應(yīng)的自適應(yīng)權(quán)W ;
[0012]S4:利用所述自適應(yīng)權(quán)W，對步驟SI中得到的主天線接收信號和輔助天線接收信號進(jìn)行旁瓣相消處理，得出自適應(yīng)旁瓣相消結(jié)果。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:傳統(tǒng)自適應(yīng)旁瓣相消方法只能完成對連續(xù)波干擾和高占空比干擾的相消，而本發(fā)明在傳統(tǒng)的自適應(yīng)旁瓣相消方法的基礎(chǔ)上對間歇式干擾和欺騙性干擾同樣具有很好的相消性能。另外，本發(fā)明還可以將自適應(yīng)旁瓣相消方法拓展到雷達(dá)的脈沖多普勒工作模式上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為自適應(yīng)旁瓣相消的原理示意圖；
[0015]圖2為傳統(tǒng)自適應(yīng)旁瓣相消方法的流程示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明的一種基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法的流程示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明中仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖5a為仿真實(shí)驗(yàn)中主輔天線接收信號S1的數(shù)據(jù)仿真圖；
[0019]圖5b為仿真實(shí)驗(yàn)中剩余信號S2的數(shù)據(jù)仿真圖；
[0020]圖5c為仿真實(shí)驗(yàn)中有效學(xué)習(xí)樣本S3的數(shù)據(jù)仿真圖；
[0021]圖6a為本發(fā)明中自適應(yīng)旁瓣相消前后的天線方向的對比示意圖；
[0022]圖6b為圖6a的局部放大示意圖；
[0023]圖7a為傳統(tǒng)自適應(yīng)旁瓣相消前后的天線方向的對比示意圖；
[0024]圖7b為圖7a的局部放大示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0026]首先結(jié)合圖1對自適應(yīng)旁瓣相消技術(shù)作出說明，在圖1中，主天線接收信號的第η次采樣信號為d(n)，輔助接收信號的第η次采樣信號為X(n)，W為對應(yīng)時(shí)刻的自適應(yīng)權(quán)系數(shù)，y(n)為對應(yīng)時(shí)刻自適應(yīng)旁瓣相消系統(tǒng)的輸出，
[0027]y (n) =d (n) -ya (η), ya (n) =W1X (η),
[0028]其中，在主天線響應(yīng)、輔助天線響應(yīng)和綜合系統(tǒng)響應(yīng)中，為期望信號的波達(dá)方向，Q1為干擾信號的波達(dá)方向。
[0029]傳統(tǒng)自適應(yīng)旁瓣相消方法只能完成對連續(xù)波干擾和高占空比干擾的相消，而本發(fā)明在傳統(tǒng)的自適應(yīng)旁瓣相消方法的基礎(chǔ)上對間歇式干擾和欺騙性干擾同樣具有很好的相消性能。
[0030]參照圖3，為本發(fā)明的一種基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法的流程圖。該基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法包括以下步驟:
[0031]S1:在一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)采集主輔天線接收信號Sp
[0032]利用雷達(dá)的主天線和輔助天線在一個(gè)脈沖重復(fù)周期接收信號，得到主輔天線接收信號；主輔天線接收信號指:主天線接收信號和輔助天線接收信號。為了方便說明問題，我們假定S1為被脈沖雷達(dá)接收并經(jīng)過脈沖壓縮處理和相參處理之后的信號。通常情況下，S1包含四個(gè)部分，其中，第一部分表不為僅含噪聲的接收信號，第二部分表不為目標(biāo)信號和噪聲共存的接收信號，第三部分表示為干擾信號和噪聲共存的接收信號，第四部分表示為干擾信號、目標(biāo)信號和噪聲共存的接收信號。
[0033]S2:對主輔天線接收信號進(jìn)行感知分析，篩選有效學(xué)習(xí)樣本。
[0034]在步驟S2中，篩選有效學(xué)習(xí)樣本的目的就是把全部或部分“干擾信號和噪聲共存的接收信號”從主輔天線接收信號S1中挑選出來。下面對步驟S2進(jìn)行具體說明:
[0035]分別計(jì)算主天線接收信號和輔助天線接收信號的幅度，進(jìn)行第一次信號篩選，將第一設(shè)定輔助天線接收信號、與第一設(shè)定輔助天線接收信號處于同一時(shí)刻的主天線接收信號、第二設(shè)定輔助天線接收信號、以及與第二設(shè)定輔助天線接收信號處于同一時(shí)刻的主天線接收信號排除，得到剩余信號S2 ;上述第一設(shè)定輔助天線接收信號為:幅度小于設(shè)定幅度的輔助天線接收信號；上述第二設(shè)定輔助天線接收信號為:幅度小于對應(yīng)時(shí)刻主天線接收信號的輔助天線接收信號。在進(jìn)行第一次信號篩選時(shí)，排除的信號包括所有“僅含噪聲的接收信號”以及所有“目標(biāo)信號和噪聲共存的接收信號”。在進(jìn)行第一次信號篩選時(shí)，可能會(huì)丟失部分“干擾信號和噪聲共存的接收信號”。
[0036]在進(jìn)行第一次信號篩選時(shí)，輔助天線接收信號中噪聲的平均功率為σ 2，則上述設(shè)定幅度為k σ，2 < k < 5。
[0037]然后進(jìn)行第二次信號篩選，第二次信號篩選的具體過程如下:
[0038]在上述剩余信號S2中，分別計(jì)算主天線接收信號的幅度比和相位差，分別計(jì)算輔助天線接收信號的幅度比和相位差。
[0039]設(shè)定幅度比有效范圍和相位差有效范圍。需要說明的是:幅度比有效范圍和相位差有效范圍的大小是根據(jù)具體情況來確定的。當(dāng)有效范圍劃分過大時(shí)，學(xué)習(xí)樣本中可能含有目標(biāo)信號，目標(biāo)信號會(huì)被當(dāng)作干擾信號受到抑制；當(dāng)有效范圍劃分過小時(shí)，學(xué)習(xí)樣本的快拍數(shù)較少，無法滿足旁瓣相消系統(tǒng)的收斂要求，導(dǎo)致相消性能會(huì)變差甚至消失。
[0040]本發(fā)明實(shí)施例中，在設(shè)定幅度比有效范圍時(shí)，將主天線接收信號的幅度比和輔助天線接收信號的幅度比的均值作為幅度比有效范圍的中心；具體地說，上述幅度比有效范
圍為[叉-Δ”:？ +、]，其中，頁為上述剩余信號中主天線接收信號和輔助天線接收信號的
幅度比的均值，0.01 < A1 <0.05。
[0041]在設(shè)定相位差有效范圍時(shí)，將主天線接收信號和輔助天線接收信號的相位差的均值作為相位差有效范圍的中心；具體地說，上述相位差有效范圍為[P-Δ2,P +Δ，]，
其中，戶為剩余信號中主天線接收信號和輔助天線接收信號的相位差的均值，5° < A2< 10°。
[0042]然后將同時(shí)處于幅度比有效范圍和相位差有效范圍之內(nèi)的主天線接收信號、以及同時(shí)處于幅度比有效范圍和相位差有效范圍之內(nèi)的輔助天線接收信號作為有效學(xué)習(xí)樣本S3，完成第二次信號篩選。在第二次篩選信號的過程中，有效學(xué)習(xí)樣本S3為:同時(shí)處于幅度比有效范圍和相位差有效范圍之內(nèi)的“干擾信號和噪聲共存的接收信號”。
[0043]S3:自適應(yīng)權(quán)的求解:由有效學(xué)習(xí)樣本&，利用直接矩陣求逆(DMI)算法進(jìn)行自適應(yīng)權(quán)值計(jì)算，得到自適應(yīng)權(quán)W。具體說明如下:
[0044]結(jié)合圖1，對于所述有效學(xué)習(xí)樣本，主天線接收信號中第η次采樣信號表示為d (η)，輔助天線接收信號中第η次采樣信號表示為X (η)，
[0045]X (n) = [X1 (η)，...，χΜ (η) ]τ
[0046]其中，η取I至N，N為所述有效學(xué)習(xí)樣本對應(yīng)的采樣次數(shù)；Μ為輔助天線個(gè)數(shù)，Xi (η)表示第i個(gè)輔助天線接收信號中的第η次采樣信號，i取I至M。T表示矩陣的轉(zhuǎn)置。自適應(yīng)權(quán)W表示為W=[Wl，w2，...，wM]T，通常采用輸出均方誤差最小的準(zhǔn)則來確定最優(yōu)權(quán)系數(shù)W_,表示如下:
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:利用雷達(dá)的主天線和輔助天線在一個(gè)脈沖重復(fù)周期接收回波信號，得到主天線接收信號和輔助天線接收信號； S2:分別計(jì)算主天線接收信號和輔助天線接收信號的幅度，進(jìn)行第一次信號篩選，將第一設(shè)定輔助天線接收信號、與第一設(shè)定輔助天線接收信號處于同一時(shí)刻的主天線接收信號、第二設(shè)定輔助天線接收信號、以及與第二設(shè)定輔助天線接收信號處于同一時(shí)刻的主天線接收信號排除，得到剩余信號；所述第一設(shè)定輔助天線接收信號為:幅度小于設(shè)定幅度的輔助天線接收信號；所述第二設(shè)定輔助天線接收信號為:幅度小于對應(yīng)時(shí)刻主天線接收信號的輔助天線接收信號； 在所述剩余信號中，分別計(jì)算主天線接收信號的幅度比和相位差，分別計(jì)算輔助天線接收信號的幅度比和相位差；設(shè)定幅度比有效范圍和相位差有效范圍；將同時(shí)處于幅度比有效范圍和相位差有效范圍之內(nèi)的主天線接收信號、以及同時(shí)處于幅度比有效范圍和相位差有效范圍之內(nèi)的輔助天線接收信號作為有效學(xué)習(xí)樣本，完成第二次信號篩選，得到有效學(xué)習(xí)樣本； S3:針對所述有效學(xué)習(xí)樣本，利用直接矩陣求逆算法進(jìn)行自適應(yīng)權(quán)值計(jì)算，得到對應(yīng)的自適應(yīng)權(quán)W ; S4:利用所述自適應(yīng)權(quán)W，對步驟SI中得到的主天線接收信號和輔助天線接收信號進(jìn)行旁瓣相消處理，得出自適應(yīng)旁瓣相消結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法，其特征在于，在步驟S2中，所述輔助天線接收信號中噪聲的平均功率為σ 2，所述設(shè)定幅度為k σ，2 < k < 5。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法，其特征在于，在步驟S2中，所述幅度比有效范圍為[J - A1, /i + A1 ]，所述相位差有效范圍為[p-Δ2，_,p+ Δ2];其中，又為剩余信號中主天線接收信號和輔助天線接收信號的幅度比的均值，P為剩余信號中主天線接收信號和輔助天線接收信號的相位差的均值，0.01 < D1< 0.05，5o < D2 < 10°。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于認(rèn)知處理的自適應(yīng)旁瓣相消方法，其特征在于，在步驟S3中，對于所述有效學(xué)習(xí)樣本，主天線接收信號中第η次采樣信號表示為d (η)，輔助天線接收信號中第η次采樣信號表示為X (η)，
X (n) = Lx1 (η),..., χΜ (η) ]τ 其中，η取I至N，N為所述有效學(xué)習(xí)樣本的數(shù)目；Μ為輔助天線個(gè)數(shù)，Xi (η)表示第i個(gè)輔助天線接收信號中的第η次采樣信號，i取I至M ;Τ表示矩陣的轉(zhuǎn)置；則根據(jù)下式計(jì)算自適應(yīng)權(quán)W:
【文檔編號】G01S7/36GK103885041SQ201410064393
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】趙永波, 朱玉堂, 劉宏偉, 水鵬朗, 程增飛, 李慧 申請人:西安電子科技大學(xué)