机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法与系统

摘要

本发明公开了一种机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法与系统，通过干扰侦察模块和干扰滤除模块实现抗密集转发式欺骗干扰。干扰侦察首先将雷达接收数据进行PD处理；对清晰区数据进行CFAR检测；估计检测结果波达方向；结合多个波位的检测结果估计干扰波达方向。干扰滤除处理根据干扰侦察结果，形成指向干扰方向的和波束；用指向干扰方向的和波束作辅助通道，已有空域通道作为主通道，采用GSC的方法滤除干扰，其协方差矩阵用清晰区挑选的干扰样本估计。本发明解决了密集转发式欺骗干扰的抑制难题，从根本上滤除密集转发式干扰，减少由其引起的虚警，消除其对CFAR检测门限和STAP性能的不利影响，改善雷达目标探测性能，系统简单，易于实现，具有工程应用价值。

权利要求

1.一种基于广义旁瓣相消的机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法，包括有如下步骤：

步骤1干扰侦察，雷达通过天线接收和通道数据、空时数据，传送到雷达的数字处理机，干扰侦察过程包括有

1.1将和通道数据从脉冲域转换到多普勒域；

1.2将雷达接收的空时数据从脉冲域转换到多普勒域；

1.3对杂波清晰区的数据进行恒虚警率检测；

1.4对恒虚警率的检测结果进行波达方向估计；

1.5结合多个波位的检测结果估计干扰的波达方向，该干扰方向即干扰侦察信息；

步骤2干扰滤除处理，利用干扰侦察信息形成指向干扰方向的和波束，用指向干扰方向的和波束作为辅助通道，已有的空域通道作为主通道，采用广义旁瓣相消方法对消密集转发式欺骗干扰，滤除掉密集转发式欺骗干扰的数据输出用于下一步的后续处理，具体包括有如下过程：

2.1采用波束形成方法形成指向干扰方向的和波束，以某一个方向存在转发式欺骗干扰为例进行分析，干扰方向的锥角记为φJ，第k个多普勒通道第l个距离门对应的指向干扰方向的辅助通道数据记为 则式中sas(φJ)是指向干扰角度φJ的导向矢量， 为第k个多普勒通道第l个距离门对应的所有空域通道数据组成的矢量，K为总的多普勒通道数，L为总的距离门数；

2.2在杂波清晰区挑选的φJ方向的转发式欺骗干扰样本数记为M，每个干扰样本对应的多普勒通道号和距离门号构成一个1×2维的矢量，矢量的第一个元素和第二个元素分别为多普勒通道号和距离门号，将这M个矢量组成的集合记为Ω，则由第n个空域通道数据和辅助通道数据构成的干扰样本矢量集合Θn可表示为式中 表示 的第n个空域通道的数据；

2.3对于第n个空域通道，广义旁瓣相消干扰抑制的权矢量表示为

T

式中导向矢量ss＝[1，0] ， 为干扰的协方差矩阵，通过下式估计

式中训练样本gnp为Θn的第p个元素；

2.4第n个空域通道第k个多普勒通道第l个距离门的信号滤除干扰后的输出为

2.5对第n个空域通道的每个距离多普勒单元用wn进行滤波，得到第n个空域通道干扰滤除后的K×L维的输出；

2.6当多个方向存在转发式欺骗干扰时，只需要对每个干扰方向形成相应的辅助波束并挑选干扰样本，然后进行广义旁瓣相消，滤除相应方向的转发式欺骗干扰。

2.根据权利要求1所述的基于广义旁瓣相消的机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法，其特征在于：步骤1.5中所述结合多个波位的检测结果估计转发式欺骗干扰的方向，是如果多个波位的数据在同一个方向都出现多个旁瓣目标，则认为该方向存在转发式欺骗干扰，从而确定干扰方向，或者说干扰波达方向的确定是多于x个波位的数据在同一个方向都出现y个以上的旁瓣目标，则认为该方向存在转发式欺骗干扰，该方向即为估计的转发式欺骗干扰的波达方向，将该方向作为干扰侦察信息传输用于干扰滤除，否则，则认为该方向不存在转发式干扰；x、y均为大于等于2的整数。

3.一种机载雷达抗密集转发式干扰系统，包括干扰侦察模块和干扰滤除模块，干扰侦查模块为干扰滤除模块提供密集转发式干扰方向和其干扰样本信息；干扰侦察模块中设置有和通道数据模块、PD处理CFAR检测模块、波达方向估计模块、综合多个波位估计干扰方向模块，和通道数据模块接收雷达和通道当前信号并传输给PD处理CFAR检测模块，波达方向估计模块接收PD处理CFAR检测模块的检测信息和雷达系统的多普勒域的空域多通道数据估计检测结果的波达方向，估计干扰方向模块根据检测结果的波达方向估计结果和多个其它波位的检测结果估计出密集转发式干扰的方向，并将该干扰侦察信息提供给干扰滤除模块；干扰滤除模块同时接收雷达多普勒域数据和干扰侦察模块发送的信息，干扰滤除模块根据干扰侦察模块提供的干扰方向和干扰样本的信息，对每个空域通道的多普勒域数据对消干扰；其特征在于：干扰滤除模块同时接收雷达多普勒域数据和干扰侦察模块发送的信息，该模块根据干扰侦察模块提供的干扰方向和干扰样本的信息，对每个空域通道的多普勒域数据对消干扰；该模块包括有辅助通道和主通道，辅助通道接收干扰侦察模块提供的干扰侦察信息，将多个空域通道合成为指向干扰方向的和波束，主通道的数据为原始空域的多普勒域数据，干扰滤除模块以指向干扰方向的和波束作辅助通道，采用广义旁瓣相消的方法对消主通道中的密集转发式欺骗干扰，干扰的协方差矩阵是用该干扰机方向的干扰样本来估计的，由此完成干扰滤除功能。

说明书

机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法与系统

技术领域

[0001] 本发明属于雷达技术领域，涉及密集转发式欺骗干扰的抑制，具体说的是机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法与系统，用于机载相控阵雷达的转发式欺骗干扰抑制。

背景技术

[0002] 随着电子战技术和装备的发展，机载雷达面临的电磁环境日益复杂，它不仅受地面(海面)杂波的影响，而且还面临着对方转发的雷达信号形成的欺骗干扰威胁。基于数字射频存储器的干扰机可以将捕获到的雷达信号进行延时或频移，产生具有距离欺骗、速度欺骗等特性的转发式干扰。转发式干扰会引起虚警并抬高其附近距离单元的恒虚警率检测门限，使得其附近真实目标的检测概率降低，密集转发式干扰甚至会使雷达跟踪数据处理器饱和而无法工作。空时自适应处理技术能够抑制具有空时耦合特性的地(海)杂波，并能在一定程度上抑制干扰，但它需要用足够多的独立同分布的训练样本来估计杂波和干扰的协方差矩阵。如果训练样本中不含干扰信号而待检测单元中含有干扰信号，那么空时自适应处理不能抑制待检测单元中的干扰；如果训练样本中包含转发式干扰样本，由于只有部分样本包含干扰信息，在估计干扰协方差矩阵时会使估计的干扰功率低于真实值，从而导致系统无法在干扰方向形成足够深的凹口来完全抑制待检测单元中的干扰，当系统自由度不够多时，欺骗干扰还会使得空时自适应处理抑制杂波的性能变差。另一方面，为了获得稳健的杂波抑制性能，空时自适应处理往往会采用奇异值检测方法从训练样本中剔除奇异样本，该方法往往会把转发式干扰当作奇异样本剔除掉，这就使得空时自适应处理完全无法抑制转发式干扰；如果转发式干扰假目标非常密集，奇异值检测会剔除大量样本，进而可能得不到足够多的训练样本来估计协方差矩阵，而不能抑制待检测单元的杂波和干扰。综上所述，抗密集转发式干扰是当今雷达系统亟需解决的问题。

[0003] 脉冲分集技术可以抗转发式干扰，然而这种方法对机载雷达发射波形有很高的要求。另外，通过判断检测到的目标是否为真实目标而确定是否启用波束合并、跟踪等处理程序的方法可减小转发式干扰对跟踪数据处理器的压力，可在一定程度上提高雷达系统抗转发式干扰的能力。有人提出根据转发式干扰假目标与真实目标的运动学特性、回波的幅度波动和高阶累积量等的差异来区分真实目标与转发式干扰假目标，并以此来抗转发式干扰。也有人提出根据多基地雷达中转发式干扰假目标与真实目标的特性差异来抗干扰。这些利用转发式干扰假目标与真实目标的差异来区分两者的方法，这两种方法力图区分真假目标，并没有从根本上给出抑制干扰的技术方案，不能克服转发式干扰对恒虚警率检测门限和空时自适应处理性能的不利影响。旁瓣匿影技术能够区分目标来自主瓣还是旁瓣，可以在一定程度上对抗从旁瓣进来的转发式干扰，但也不能克服转发式干扰对恒虚警率检测门限和空时自适应处理性能的不利影响。目前还没有能够有效抑制密集转发式欺骗干扰的方法。

[0004] 综上所述，现有的抗密集转发式欺骗干扰方法只是根据转发式欺骗干扰的某些特性来判定检测到的结果是真实目标还是转发式欺骗干扰，并没有从根本上滤除转发式欺骗干扰，无法解决转发式欺骗干扰对恒虚警率检测门限和空时自适应处理的不利影响。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种结构简单、易于实现的对密集转发式欺骗干扰抑制效果好的方法，以克服密集转发式干扰对机载预警雷达目标检测和跟踪带来的不利影响。

[0006] 本发明首先是一种基于广义旁瓣相消的机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法，其特征在于如下步骤：

[0007] 步骤1：侦察干扰，雷达通过天线接收和通道数据、空时数据，传送到雷达的数字处理机，干扰侦察过程包括有

[0008] 1.1将和通道数据从脉冲域转换到多普勒域；

[0009] 1.2将雷达接收的空时数据从脉冲域转换到多普勒域；

[0010] 1.3对杂波清晰区的数据进行恒虚警率检测；

[0011] 1.4对恒虚警率的检测结果进行波达方向估计；

[0012] 1.5结合多个波位的检测结果估计干扰的波达方向，该干扰方向即干扰侦察信息。

[0013] 步骤2本步骤主要进行干扰滤除处理，首先形成指向干扰方向的和波束，然后用指向干扰方向的和波束作为辅助通道，已有的空域通道作为主通道，采用广义旁瓣相消的方法对消密集转发式欺骗干扰；干扰滤除后的后续处理是对滤除密集转发式欺骗干扰后的数据进行空时自适应处理，进一步抑制具有空间和时间耦合特性的杂波。

[0014] 针对机载雷达面临的密集转发式欺骗干扰的威胁，本发明的技术方案是，首先对雷达回波数据进行PD(Pulse Doppler，脉冲多普勒)处理并对PD处理结果进行恒虚警率检测(CFAR)；然后对检测到的样本进行波达方向估计，结合多个波位的检测结果判定干扰方向并挑选干扰样本；接着用指向干扰方向的波束作辅助波束，采用广义旁瓣相消方法来滤除干扰，其中干扰协方差矩阵是用清晰区(不含杂波的区域)检测到的转发式干扰假目标作训练样本来估计的，这样可以消除目标和杂波对干扰协方差矩阵的影响，较精确地估计转发式干扰的统计特性，从而使方向图在干扰方向形成足够深的凹口。本发明提出的基于广义旁瓣相消的机载雷达抗密集转发式干扰方法能有效抑制密集转发式欺骗干扰，减少由其引起的虚警，提高雷达目标检测性能，从根本上解决了密集转发式欺骗干扰对雷达性能不利影响的问题。

[0015] 本发明的实现还在于：步骤1.5中所述结合多个波位的检测结果估计转发式欺骗干扰的方向，是如果多个波位的数据在同一个方向都出现多个旁瓣目标，则认为该方向存在转发式欺骗干扰，从而确定干扰方向，或者说干扰波达方向的确定是多于x个波位的数据在同一个方向都出现y个以上的旁瓣目标，则认为该方向存在转发式欺骗干扰，该方向即为估计的转发式欺骗干扰的波达方向，将该方向作为干扰侦察信息传输用于干扰滤除，x、y均为大于等于2的整数，其具体值根据雷达系统要求确定。如果多个波位的数据在同一方向未出现多个旁瓣目标，则认为该方向不存在转发式干扰。

[0016] 干扰侦察的过程，就是要确定转发式欺骗干扰的方向。

[0017] 由于检测结果中既有转发式欺骗干扰也有真实目标，因此所估计的检测结果的波达方向不一定是干扰的波达方向。现代雷达大多具有低旁瓣的特性，真实目标从旁瓣进入雷达系统获得的增益非常小，使得其功率很小，由于转发式欺骗干扰的功率可以很大，通过旁瓣进入到雷达系统后仍可以保留较大的功率，所以本发明检测到的旁瓣目标大多数为干扰，当多个波位数据的检测结果在同一方向出现多个旁瓣目标时，则可以认为该方向存在转发式干扰。

[0018] 本发明的实现还在于：步骤2中所述广义旁瓣相消的方法滤除干扰的过程，按如下过程进行：

[0019] 2.1采用波束形成技术形成指向干扰方向的和波束，以某一个方向存在转发式欺骗干扰为例进行分析，干扰方向的锥角记为φJ，第k个多普勒通道第l个距离门对应的指向干扰方向的辅助通道数据记为 则

[0020]

[0021] 式中sas(φJ)是指向干扰角度φJ的导向矢量， 为第k个多普勒通道第l个距离门对应的所有空域通道数据组成的矢量，K为总的脉冲数，L为总的距离门。

[0022] 2.2在杂波清晰区挑选的φJ方向的转发式欺骗干扰样本数记为M，每个干扰样本对应的多普勒通道号和距离门号构成一个1×2维的矢量，矢量的第一个元素和第二个元素分别为多普勒通道号和距离门号，将这M个矢量组成的集合记为Ω。则由第n个空域通道数据和辅助通道数据构成的干扰样本矢量集可表示为

[0023]

[0024] 式中 表示 的第n个空域通道、第k个多普勒通道的数据。

[0025] 2.3对于第n个空域通道，广义旁瓣相消干扰抑制问题的权矢量可表示为[0026]

[0027] 式中ss＝[1，0]T， 为干扰的协方差矩阵，可通过下式估计

[0028]

[0029] 式中训练样本gnp为Θn的第p个元素。

[0030] 2.4第n个空域通道第k个多普勒通道第l个距离门的信号滤除干扰后的输出[0031]

[0032] 2.5对第n个空域通道的每个距离多普勒单元用wn做如上处理，可以得到第n个空域通道干扰滤除后的K×L维的输出。

[0033] 2.6当多个方向存在转发式欺骗干扰时，只需要对每个干扰方向形成相应的辅助波束并挑选干扰样本，然后进行广义旁瓣相消，即可滤除相应方向的转发式欺骗干扰。

[0034] 广义旁瓣相消结构中的辅助通道不能含有真实目标信号，否则会使目标信号相消，从而导致最终无法检测到目标信号。本发明采用指向干扰方向的和波束作辅助通道，使得真实目标信号很难通过辅助通道，这样辅助通道就阻塞了目标信号，使得广义旁瓣相消中不会出现目标相消问题。本发明中干扰的协方差矩阵是用清晰区(不含杂波的区域)检测到的转发式干扰假目标作训练样本来估计的，这样可以消除目标和杂波对干扰协方差矩阵的影响，较精确地估计转发式干扰的统计特性，从而使方向图在干扰方向形成足够深的凹口，在主瓣方向的增益基本不变。

[0035] 本发明还是一种机载雷达抗密集转发式干扰系统，该系统包括干扰侦察模块和干扰滤除模块，本发明的干扰侦查模块为干扰滤除模块提供密集转发式干扰方向和样本信息；干扰侦察模块中设置有和通道数据模块、PD处理CFAR检测模块、波达方向估计模块、综合多个波位估计干扰方向模块，首先，和通道数据模块接收雷达和通道信号并传输给PD处理CFAR检测模块，然后，波达方向估计模块接收PD处理CFAR检测模块的检测信息和雷达系统的多普勒域的空域多通道数据，并以此来估计检测结果的波达方向，检测结果中包含真正的目标和转发式欺骗干扰，两者的波达方向是不一样的，接着，估计干扰方向模块根据检测结果的波达方向估计结果和多个其它波位的检测结果估计出密集转发式干扰的方向，由此完成干扰侦察功能，并将该干扰侦察信息提供给干扰滤除模块；本发明的实现还在于干扰滤除模块完成空域对消干扰，干扰滤除模块同时接收雷达多普勒域数据和干扰侦察模块发送的信息，该模块根据干扰侦察模块提供的干扰方向和干扰样本的信息，对每个空域通道的多普勒域数据对消干扰。该模块包括有辅助通道和主通道，辅助通道接收干扰侦察模块提供的干扰侦察信息，将多个空域通道合成为指向干扰方向的和波束，主通道的数据为原始空域的多普勒域数据，干扰滤除模块以指向干扰方向的和波束作辅助通道，采用广义旁瓣相消的方法对消主通道中的密集转发式欺骗干扰，干扰的协方差矩阵是用该干扰机方向的干扰样本来估计的，由此完成干扰滤除功能。

[0036] 本发明的机载雷达抗密集转发式干扰系统采用模块化设计，只需在原有的雷达系统中加入干扰侦察模块和干扰滤除模块即可，解决对雷达性能威胁很大的密集转发式欺骗干扰问题，从根本上滤除密集转发式欺骗干扰，减少由其引起的虚警，提高雷达目标检测性能，另外，本发明还具有结构简单易于实现的优点。

[0037] 与现有方法相比，本发明具有以下优点：

[0038] 1)现有的机载雷达抗密集转发式干扰方法都没有从根本上消除密集转发式欺骗干扰，只是利用转发式干扰的某些特性，由这些特性区分其与真实目标，从而降低其对雷达系统的不利影响；本发明用广义旁瓣相消技术直接在空域滤除转发式欺骗干扰，这样就从根本上消除了转发式欺骗干扰对恒虚警率检测门限和空时自适应处理的不利影响；另外，本发明中广义旁瓣相消中的协方差矩阵是用清晰区的干扰样本来估计的，这就避免了杂波对干扰统计特性的影响，使方向图在干扰方向形成凹口的同时保持主瓣方向的增益不变；

[0039] 2)现有的机载雷达抗密集转发式干扰方法根据转发式欺骗干扰的特性确定检测结果是转发式干扰还是真实目标，这种处理方式需要对每个转发式干扰都进行处理，对系统要求高，系统复杂度较高；本发明只要确定了干扰方向，并在该方向确定了干扰样本即可将确定广义旁瓣相消的自适应滤除干扰的权值，从而可以将该方向的所有转发式欺骗干扰都滤出；通过雷达系统的数字波束形成网络形成辅助波束，每增加一个转发式干扰机，只需多形成一个指向该干扰机方向的辅助波束，几乎不增加系统重量，系统复杂度也不高，易于实现。附图说明：

[0040] 图1是本发明的原理方框图，也是本发明机载雷达抗密集转发式干扰系统的构成示意图；

[0041] 图2是雷达与目标的几何结构图；

[0042] 图3是本发明中加入的干扰目标和真实目标在距离多普勒平面的分布情况图；

[0043] 图4是本发明实施例4的单个子阵静态方向图和广义旁瓣相消后的方向图；

[0044] 图5是本发明实施例4中的单个子阵原始的距离一多普勒图；

[0045] 图6是本发明实施例4中的广义旁瓣相消后单个子阵的距离一多普勒图[0046] 图7是本发明实施例4中的归一化多普勒频率为0.06的多普勒通道经过空时自适应处理后的功率图。

[0047] 图8是本发明实施例4中的归一化多普勒频率为0.06的多普勒通道经过广义旁边相消后级联空时自适应处理的功率图。

具体实施方式

[0048] 下面结合附图和实施例对本发明详细说明

[0049] 实施例1

[0050] 本发明是一种基于广义旁瓣相消的机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法，参见图1，抗密集转发式欺骗干扰的过程包括如下步骤：

[0051] 步骤1：侦察干扰，雷达通过天线接收和通道数据、空时数据，传送到雷达的数字处理机，干扰侦察过程包括有

[0052] 1.1将和通道数据为B从脉冲域转换到多普勒域

[0053]

[0054] 式中F为傅里叶变换矩阵。这一过程称为脉冲多普勒(Pulse Doppler，PD)处理。

[0055] 1.2与和波束的处理方式一样，将雷达接收的空时数据X从脉冲域转换到多普勒域

[0056]

[0057] 式中Xl(l＝1，…，L)为x的第l个距离门的数据矢量。对每个距离门的数据做如上处理可以得到多普勒域的数据

[0058] 1.3将位于清晰区的所有距离-多普勒单元对应的距离门号和多普勒通道号组成的集合记为Λ，对清晰区的数据进行恒虚警率检测

[0059]

[0060] 其中ξ表示恒虚警率检测门限， 表示多普勒域的和通道数据 中第k个多普勒通道第l个距离门对应的数据。

[0061] 1.4对恒虚警率的检测结果进行波达方向估计，假设 满足Hl假设，当回波信号不存在空间模糊时，用基于匹配滤波的波束扫描法估计 的波达方向

[0062]

[0063] 式中φ为对应的角度，其在[0，π]的范围内以0.0004的步长改变角度值，搜索f(φs)的最大值， 为 中第k个多普勒通道对应的N个空域通道数据组成的数据矢量，sas(φs)为指向φs的空域导向矢量

[0064]

[0065] f(φs)的谱峰对应的φs即该信号的波达方向，对每个满足Hl假设的距离-多普勒单元进行波达方向估计。为减小运算量，实际处理中，用若干个没有空间模糊的空域通道即可估计出信号的波达方向。

[0066] 1.5结合多个波位的检测结果估计干扰的波达方向，该干扰方向即干扰侦察信息。本发明在已经估计的当前波位检测结果波达方向的基础上，结合多个波位的检测结果，估计干扰方向，使得所估计的干扰方向更加准确。结合多个波位的检测结果估计干扰的波达方向，完成干扰侦察的过程包括：如果多个波位的数据在同一个方向都出现多个旁瓣目标，则认为该方向存在转发式欺骗干扰，从而确定干扰方向，或者说干扰波达方向的确定是多于x个波位在同一个方向都出现y个以上的旁瓣目标，则认为该方向存在转发式欺骗干扰，该方向即为估计的转发式欺骗干扰的波达方向，将该方向作为干扰侦察信息传输用于干扰滤除，x、y均为大于等于2的整数，其具体值根据雷达系统要求确定。

[0067] 本例中，结合多个波位的检测结果估计转发式欺骗干扰的方向，具体是：x、y分别为3和2，即有3个波位的数据在同一个方向都出现2个以上的旁瓣目标，因此认为该方向存在转发式欺骗干扰，该方向即为估计的转发式欺骗干扰的波达方向，将该方向作为干扰侦察信息传输用于干扰滤除。

[0068] 步骤2本步骤主要进行干扰滤除处理，首先形成指向干扰方向的和波束，然后用指向干扰方向的和波束作为辅助通道，已有的空域通道作为主通道，采用广义旁瓣相消的方法对消干扰。

[0069] 广义旁瓣相消的方法滤除干扰的过程，按如下过程进行：

[0070] 2.1采用波束形成技术形成指向干扰方向的和波束，以某一个方向存在转发式欺骗干扰为例进行分析，干扰方向的锥角记为φJ，第k个多普勒通道第l个距离门对应的指向干扰方向的辅助通道数据记为 则

[0071]

[0072] 2.2由上一节方法在清晰区挑选的φJ方向的转发式欺骗干扰样本数记为M，每个干扰样本对应的多普勒通道号和距离门号构成一个1×2维的矢量，矢量的第一个元素和第二个元素分别为多普勒通道号和距离门号，将这M个矢量组成的集合记为Ω。则由第n个空域通道数据和辅助通道数据构成的干扰样本矢量集可表示为

[0073]

[0074] 式中 表示 的第n个空域通道、第k个多普勒通道的数据。

[0075] 2.3对于第n个空域通道，广义旁瓣相消干扰抑制问题的权矢量可表示为[0076]

[0077] 式中ss＝[1，0]T， 为干扰的协方差矩阵，可通过下式估计

[0078]

[0079] 式中训练样本gnp为Θn的第p个元素。本发明中广义旁瓣相消中的协方差矩阵是用清晰区的干扰样本来估计的，这就避免了杂波对干扰统计特性的影响。

[0080] 2.4第n个空域通道第k个多普勒通道第l个距离门的信号滤除干扰后的输出[0081]

[0082] 2.5对第n个空域通道的每个距离多普勒单元用wn做如上处理，可以得到第n个空域通道干扰滤除后的K×L维的输出。

[0083] 2.6当多个方向存在转发式欺骗干扰时，只需要对每个干扰方向形成相应的辅助波束并挑选干扰样本，然后进行广义旁瓣相消，即可滤除相应方向的转发式欺骗干扰。

[0084] 步骤3本步骤主要进行干扰滤除后的后续处理，干扰滤除后的后续处理是对滤除干扰后的数据进行空时自适应处理(Space Time Adaptive Processing，STAP)，进一步抑制具有空间和时间耦合特性的杂波，进而进行更准确的目标检测。

[0085] 实施例2

[0086] 本发明还是一种机载雷达抗密集转发式干扰系统，是在基于广义旁瓣相消的机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法的基础上设计的。基于广义旁瓣相消的机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法同实施例1。

[0087] 机载雷达抗密集转发式干扰系统包括干扰侦察模块和干扰滤除模块，参见图1，干扰侦查模块为干扰滤除模块提供密集转发式干扰方向和其干扰样本信息；干扰侦察模块中设置有和通道数据模块、PD处理CFAR检测模块、波达方向估计模块、综合多个波位估计干扰方向模块，首先，和通道数据模块接收雷达和通道当前信号并传输给PD处理CFAR检测模块，然后，波达方向估计模块接收PD处理CFAR检测模块的检测信息和雷达系统的多普勒域的空域多通道数据估计检测结果的波达方向，检测结果波达方向包括干扰和目标的信息，接着，估计干扰方向模块根据检测结果的波达方向估计结果和多个其它波位的检测结果估计出密集转发式干扰的方向，由此完成干扰侦察功能，并将该干扰侦察信息提供给干扰滤除模块；干扰滤除模块同时接收雷达多普勒域数据和干扰侦察模块发送的信息，干扰滤除模块根据干扰侦察模块提供的干扰方向和干扰样本的信息，对每个空域通道的多普勒域数据对消干扰。

[0088] 本发明的干扰滤除模块完成空域对消干扰，其中包括有辅助通道和主通道，辅助通道接收干扰侦察模块提供的干扰侦察信息，辅助通道数据和主通道数据通过广义旁瓣相消。主通道的数据为原始空域的多普勒域数据，辅助通道数据为根据干扰侦察模块发送的干扰侦查信息，进入干扰滤除模块后合成的指向干扰方向的和波束，干扰滤除模块以原始空域通道为主通道，以和波束为辅助通道自适应地滤除。

[0089] 在机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法中，本例中的多个波位的数据在同一个方向出现多个旁瓣目标，具体是4个波位的数据在同一个方向出现了4个旁瓣目标。

[0090] 实施例3

[0091] 基于广义旁瓣相消的机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法同实施例1，，机载雷达抗密集转发式干扰系统同实施例2。

[0092] 本发明的结构图如图1所示。为了清楚地说明本发明的具体实施方法，首先对本发明中的机载雷达回波特性进行详细介绍。以机载等间距线阵雷达为例进行分析，雷达与目标的几何关系如图2所示。载机以速度v沿X轴正方向平行于地面飞行，雷达阵面与载机速度的夹角为α，目标相对于雷达的方位角、俯仰角、锥角和直线距离分别为θ、 φ和R1。图2中第l个距离门的目标回波信号可表示为

[0093]T

[0094] 式中ρ0表示目标信号幅度，(·) 表示转置运算符， 表示直积运算符，sa0和sb0分别表示目标的空域导向矢量和时域导向矢量，可分别表示为

[0095]

[0096]

[0097] 其中N为天线的阵元数，K为一个相干处理间隔内的脉冲数， 为归一化空间频率，d为阵元间距，λ为波长， 为归一化多普勒频率，fr为脉冲重复频率。

[0098] 第l个距离门的杂波回波信号可表示为

[0099]

[0100] 式中Nc为当前距离门杂波散射块的个数，sai、sbi和ρi分别为第l个距离门第i个散射块对应的空域导向矢量、时域导向矢量和回波幅度，其中ρi与杂波块散射系数及面积、雷达发射功率、雷达发射方向图和接收方向图等因素有关。

[0101] 雷达收到的干扰机调制转发的干扰信号可表示为

[0102]

[0103] 式中ρJ表示干扰信号的幅度，saJ、sbJ分别为干扰信号的空域导向矢量、时域导向矢量，可分别表示为

[0104]

[0105]

[0106] 式中 为干扰机的归一化空间频率，θJ和 分别为干扰机相对于雷达的方位角和俯仰角，νJ为干扰信号的归一化多普勒频率。干扰机通过调整νJ就可以产生不同的速度欺骗干扰，通过调整转发时延就可以产生不同的距离欺骗干扰，如果干扰机同时调整νJ和转发时延就可以产生速度和距离联合欺骗干扰。干扰机对于雷达来讲相当于点辐射源，干扰信号的空域导向矢量saJ是由干扰机相对于雷达的空间位置决定的，所以干扰机无法产生波达方向欺骗干扰。

[0107] 根据是否含有目标信号，回波有两种假设形式

[0108] H0：Xl＝Jl+Nl+Cl(8)

[0109] Hl：Xl＝Sl+Jl+Nl+Cl

[0110] 其中Nl为由接收机和环境等引起的噪声分量。将L个距离门的回波数据Xl(l＝1，…，L)按距离门l(l＝1，…，L)排成N×K×L维的矩阵X，X中的元素可表示为[0111] X(：，：，l)＝Xl，(l＝1，…，L) (9)

[0112] 从而得到N个空域通道、K个脉冲、L个距离门的回波数据。

[0113] 参照图1，机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法主要分为干扰侦察和干扰滤除，具体过程如下：

[0114] 一干扰侦察

[0115] 干扰侦察模块主要完成干扰波达方向估计和干扰样本挑选的功能。一般的雷达都具有和通道，如果没有和通道则可以用空时数据X合成和通道。记K×L维的和通道数据为B，将B从脉冲域转换到多普勒域

[0116]

[0117] 式中F为傅里叶变换矩阵。这一过程称为脉冲多普勒(Pulse Doppler，PD)处理。与和波束的处理方式一样，将空时数据X从脉冲域转换到多普勒域，即对Xl(l＝1，…，L)做如下处理

[0118]

[0119] 对每个距离门的数据做如上处理可以得到多普勒域的数据 F的第k列元素组成的列矢量记为fk，则第k个多普勒通道输出的干扰分量的互相关矩阵可表示为[0120]

[0121]

[0122] 由上式可以看出干扰信号的统计特性仅由干扰机的空域导向矢量决定，同一干扰机产生的干扰信号在不同多普勒通道输出后的统计特性是相同的。需要注意的是：不同多普勒单元的杂波对应于不同的波达方向，波达方向不同的杂波或干扰的空域统计特性是不同的，所以在广义旁瓣相消中估计干扰统计特性时，应尽量避免杂波信号的影响，最好选取位于清晰区的波达方向一样的干扰信号作为训练样本来估计干扰的协方差矩阵。为保证GSC性能，训练样本数应该大于GSC自由度的两倍，当杂波清晰区的干扰样本不够时，杂波清晰区也简称为清晰区，选取弱杂波区的转发式干扰信号作训练样本，其中包含的杂波会影响GSC对干扰的抑制性能，训练样本中的杂波和噪声越弱，SC对干扰的抑制性能越好。假设在清晰区有足够的干扰样本来估计GSC的协方差矩阵。将位于清晰区的所有距离一多普勒单元对应的距离门号和多普勒通道号组成的集合记为Λ，对清晰区的数据进行CFAR检测

[0123]

[0124] 其中ξ表示CFAR检测门限， 表不 中第k个多普勒通道第l个距离门对应的数据。假设 满足Hl假设，当回波信号不存在空间模糊时，用基于匹配滤波的波束扫描法估计的波达方向

[0125]

[0126] 式中φs∈[0°，180°]， 为 中第k个多普勒通道对应的N个空域通道数据组成的数据矢量，sas(φs)为指向φs的空域导向矢量

[0127]

[0128] f(φs)的谱峰对应的φs即该信号的波达方向。为减小运算量，实际处理中，用若干个没有空间模糊的空域通道即可估计出信号的波达方向。对每个满足Hl假设的距离-多普勒单元进行波达方向估计，再结合多个波位的检测结果估计干扰的波达方向，如果多个波位的数据在同一个方向都出现多个旁瓣目标，则认为该方向存在转发式欺骗干扰。

[0129] 在机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法中，本例中的多个波位的数据在同一个方向出现多个旁瓣目标，具体是的5个波位的数据在同一个方向出现了6个旁瓣目标。

[0130] 下面对存在转发式欺骗干扰的雷达回波进行干扰滤除处理。

[0131] 二干扰滤除

[0132] 侦察到干扰的波达方向后，采用波束形成技术形成指向干扰方向的和波束，接着用这些和波束作为辅助通道，采用易于实现的GSC来滤除干扰。以某一个方向存在转发式欺骗干扰为例进行分析，干扰方向的锥角记为φJ，第k个多普勒通道第l个距离门对应的指向干扰方向的辅助通道数据记为 则

[0133]

[0134] 由上一节方法在清晰区挑选的φJ方向的转发式欺骗干扰样本数记为M，每个干扰样本对应的多普勒通道号和距离门号构成一个1×2维的矢量，矢量的第一个元素和第二个元素分别为多普勒通道号和距离门号，将这M个矢量组成的集合记为Ω。则由第n个空域通道数据和辅助通道数据构成的干扰样本矢量集可表示为

[0135]

[0136] 式中 表示 的第n个空域通道、第k个多普勒通道的数据。对于第n个空域通道，广义旁瓣相消干扰抑制问题可以转化为如下最优化问题：

[0137]

[0138] 式中ss＝[1，0]T， 为干扰的协方差矩阵，可通过下式估计

[0139]

[0140] 式中训练样本gnp为Θn的第p个元素。上述最优化问题的解为

[0141]

[0142] 第n个空域通道第k个多普勒通道第l个距离门的信号滤除干扰后的输出[0143]

[0144] 对第n个空域通道的每个距离多普勒单元用wn做如上处理，可以得到第n个空域通道干扰滤除后的K×L维的输出。当多个方向存在转发式欺骗干扰时，只需要对每个干扰方向形成相应的辅助波束并挑选干扰样本，然后进行GSC，即可滤除相应方向的转发式欺骗干扰。

[0145] 三干扰滤除后进一步抑制杂波

[0146] 在空域滤除干扰之后，为进一步抑制具有空时耦合特性的杂波，可以再进行STAP处理。为减小运算量和估计协方差矩阵所需训练样本数，本发明STAP采用EFA(Extended Factored Approach)方法。在最大信杂噪比准则下，第k个多普勒通道第l个距离门的最优权矢量

[0147]

[0148] 式中sst为归一化的空时导向矢量， 为杂波加噪声的协方差矩阵，可通过下式估计

[0149]

[0150] 式中NS为训练样本数，χi为在待处理单元附近挑选的第i个训练样本。GSC级联STAP得到的第k个多普勒通道第l个距离门对应单元的输出为

[0151]

[0152] 本发明的优点可以通过实验进一步说明

[0153] 实施例4

[0154] 基于广义旁瓣相消的机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法同实施例1，机载雷达抗密集转发式干扰系统同实施例2。以正侧视阵雷达为例进行说明，载机高度为5000m，载机速度为150m/s，雷达阵面结构为4行32列的等间距面阵，阵元间距为0.1m，将阵面合成为1行8列的自阵，相干处理间隔内的脉冲数为64，波长0.2m，脉冲重复频率10kHz。在偏离阵面法线6.6°加入20个转发式欺骗干扰目标，干噪比为35dB，在雷达阵面法线方向加入4个主瓣目标，信噪比为20dB，转发式欺骗干扰和主瓣目标在的距离-多普勒平面的分布情况如图3所示。

[0155] 在机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法中，本例中的多个波位的数据在同一个方向出现多个旁瓣目标，具体是的6个波位的数据在同一个方向出现了6个旁瓣目标。

[0156] 图4为单个子阵的静态方向图和本发明方法得到的方向图，从图中看出本发明方法可以在6.6°方向(即干扰方向)形成凹口，说明本方法可以滤除该方向的转发式欺骗干扰；由于凹口有一定的宽度，即使估计的干扰方向有一定的误差，本发明方法也可以在一定程度上抑制干扰；在主瓣方向，本发明方法形成的方向图和静态方向图基本重合，说明本发明方法可以保持主瓣目标的能量基本不变。

[0157] 单个子阵原始的距离-多普勒图如图5所示，从图中可以看到多个欺骗干扰目标。单个子阵经过本发明方法滤除干扰后的距离-多普勒图如图6所示，从图中看出本发明方法可以滤除欺骗干扰目标并保留真实目标。图7和图8归一化多普勒频率为0.06的多普勒通道的功率剩余图，其中图7为直接STAP的结果，图8为本发明方法滤除干扰级联STAP的处理结果。从图7和图8中的虚线可以看出两种处理方式在第85个距离门的功率都等于20dB，说明两种处理方式都可以保持真实目标的功率不变；直接STAP方法在第95个距离门的功率很大，说明STAP无法抑制该距离门的转发式欺骗干扰，该欺骗干扰有可能引起虚警，本发明方法滤除干扰级联STAP的处理方式在第95个距离门的输出功率不大，说明该方法可以抑制欺骗干扰；图7和图8中的实线为剔除第85个距离门后第50到第120个距离门的平均功率，从两条实线可以看出直接STAP方法的平均功率要比本发明方法级联STAP的平均功率高大约10dB，这是因为直接STAP无法抑制转发式干扰，转发式干扰会抬高其附近距离单元的CFAR检测门限，检测门限的抬高会降低其附近真实目标的检测概率。

[0158] 实施例5

[0159] 基于广义旁瓣相消的机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法同实施例1，机载雷达抗密集转发式干扰系统同实施例2。参与实验的正侧视阵雷达参数同实施例4，只是改变干扰的入社方向，在偏离阵面法线13°加入20个转发式欺骗干扰目标，干噪比为35dB，在雷达阵面法线方向加入4个主瓣目标，信噪比为20dB，转发式欺骗干扰和主瓣目标在的距离-多普勒平面的分布情况如图3所示。

[0160] 从实验结果看出本发明方法在13°方向(即干扰方向)形成凹口，说明本方法可以滤除该方向的转发式欺骗干扰；由于凹口有一定的宽度，即使估计的干扰方向有一定的误差，本发明方法也可以在一定程度上抑制干扰；在主瓣方向，本发明方法形成的方向图和静态方向图基本重合，说明本发明方法可以保持主瓣目标的能量基本不变。

[0161] 本例中的2波位的数据在13°方向出现20旁瓣目标。从单个子阵原始的距离-多普勒图中可以看到多个欺骗干扰目标。从单个子阵经过本发明滤除干扰后的距离-多普勒图看出本发明方法可以滤除欺骗干扰目标并保留真实目标。从实验结果可以看出本发明可以保持真实目标的功率不变并可以抑制欺骗干扰。

[0162] 实施例6

[0163] 基于广义旁瓣相消的机载雷达抗密集转发式欺骗干扰方法同实施例1，机载雷达抗密集转发式干扰系统同实施例2。参与实验的正侧视阵雷达参数同实施例4，只是改变干扰的入社方向，在偏离阵面法线-13°加入20个转发式欺骗干扰目标，干噪比为35dB，在雷达阵面法线方向加入4个主瓣目标，信噪比为20dB。

[0164] 从实验结果看出本发明方法在-13°方向(即干扰方向)形成凹口，说明本方法可以滤除该方向的转发式欺骗干扰；由于凹口有一定的宽度，即使估计的干扰方向有一定的误差，本发明方法也可以在一定程度上抑制干扰；在主瓣方向，本发明方法形成的方向图和静态方向图基本重合，说明本发明方法可以保持主瓣目标的能量基本不变。

[0165] 本例中的3波位的数据在-13°方向出现18旁瓣目标。从单个子阵原始的距离-多普勒图中可以看到多个欺骗干扰目标。从单个子阵经过本发明滤除干扰后的距离-多普勒图看出本发明方法可以滤除欺骗干扰目标并保留真实目标。从实验结果可以看出本发明可以保持真实目标的功率不变并可以抑制欺骗干扰。

[0166] 以上实验结果及分析说明本发明所提方法可以从根本上滤除转发式干扰，并且在干扰角度估计存在一定误差的情况下也能保持较好的性能。

[0167] 综上所述，本发明的机载雷达抗密集转发式欺骗干扰的方法与系统，通过干扰侦察模块和干扰滤除模块共同作用实现抗密集转发式欺骗干扰。干扰侦察首先将雷达接收的空时数据及和通道数据从脉冲域转换到多普勒域；对清晰区数据进行恒虚警率检测；估计检测结果波达方向；结合多个波位的检测结果估计干扰波达方向。干扰滤除处理根据干扰侦察提供的干扰信息，形成指向干扰方向的和波束；用指向干扰方向的和波束作为辅助通道，已有的空域通道作为主通道，采用广义旁瓣相消的方法滤除干扰。本发明解决了密集转发式欺骗干扰的抑制难题，用广义旁瓣相消技术直接在空域滤除转发式欺骗干扰，通过雷达系统的数字波束形成网络形成辅助波束，每增加一个转发式干扰机，只需多形成一个指向该干扰机方向的辅助波束，几乎不增加系统重量；广义旁瓣相消中的协方差矩阵是用清晰区的干扰样本来估计的，避免了杂波对干扰统计特性的影响，使方向图在干扰方向形成凹口的同时在其它方向的电平变化不大。相对于其它的抗转发式干扰方法，本发明具有从根本上抑制密集转发式干扰的优点。本发明可减少由转发式干扰引起的虚警，消除其对恒虚警率检测门限和空时自适应处理性能的不利影响，改善雷达目标探测性能，并且结构简单，易于实现，具有工程应用价值。