基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法与装置

1.本发明属于信号处理技术领域，更具体地，涉及一种基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法与装置。


背景技术：

2.近年来，雷达在旁瓣干扰抑制方面取得了突出的进展，然而，随着各国电子战飞机和无人机集群等技术的快速发展，雷达面临的自卫式干扰、随队干扰和“三点一线”远距离支援干扰等主瓣干扰场景也更加复杂。相对于旁瓣干扰，主瓣干扰可以获得更大的雷达主瓣增益，干扰利用率更高；在主瓣干扰情况下，采用空域旁瓣相消或自适应波束形成等技术将导致雷达波束主瓣发生畸变，目标增益降低，从而严重影响目标检测；主瓣干扰信号与目标回波在时频域也无法完全分离。因此传统抗干扰方法在主瓣干扰场景下将严重失效。
3.噪声干扰通过产生幅度和相位随机变化的信号，可对目标回波实现遮盖和压制效果。在传统相控阵雷达背景下，主瓣压制噪声干扰在空、时（多普勒）、频、能量域与目标回波信号都无法区分，因此尚无有效方法对主瓣压制噪声干扰进行抑制。当雷达采用脉内多载频信号的发射方式后，脉内多载频信号的频率分布范围较广，而噪声干扰带宽通常是有限的，干扰信号无法完全覆盖多载频信号的全部频点，必然存在某些频率的信号未受到干扰，此时就可利用未被干扰的信号进行目标探测。同时，通过载频域的相参处理对未被干扰的信号进行积累，还可避免因多载频导致的目标功率损失。
4.因此，急需发明一种基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法，以实现主瓣压制噪声干扰的抑制，提高雷达的目标探测性能。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法，用以克服现有技术中存在的问题。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法，包括如下步骤：步骤1：雷达发射脉内多载频信号，并接收雷达回波信号；其中所述脉内多载频信号由个频率不重叠的lfm信号组成；步骤2：对所述雷达回波信号进行频域滤波处理，利用个信号频率的正交性提取出不同频率的lfm信号；步骤3：对步骤2不同频率的lfm信号采用短时傅里叶变换进行频谱分析，得到其时频谱图；步骤4：对步骤3中的时频谱图进行检测，剔除时频谱图表现为噪声特性的信号，并保留时频谱为斜线的信号；步骤5：根据步骤4时频谱为斜线的信号对应的载频，构造载频域静态权矢量，并对步骤4时频谱为斜线的信号进行载频域相参积累处理；
其中，设定所述脉内多载频信号为个频率步进信号的叠加，个信号之间的频率步进量为，即，其中为初始信号载频，，为单个lfm信号的带宽，该式表示第个信号的载频在初始信号载频基础上增加。
7.进一步地，所述步骤1中雷达发射脉内多载频信号表示为(1)其中为lfm信号的基带波形，为lfm信号的脉冲宽度；对于距离为的远场点目标，接收雷达回波信号表示为(2)其中为目标回波的复幅度，为多载频信号的传播延时，为光速；由表达式看出，个频率步进信号同时到达目标，即信号回波之间的相位差与目标的角度和速度无关，即脉内多载频体制实现了距离-角度-速度三维解耦。为了便于分析，本发明以单阵元单脉冲接收的多载频信号为例进行说明。
8.进一步地，在所述步骤2中，对所述雷达回波信号进行频域滤波处理，第个理想滤波器的频响函数为(3)利用个信号频率的正交性提取出不同频率的lfm信号表示为(4)进一步地，在所述步骤3中，对步骤2不同频率的lfm信号采用短时傅里叶变换进行频谱分析，得到其时频谱图为(5)其中，为hamming窗函数。
9.进一步地，在所述步骤4中，对步骤3的时频谱图进行检测，若信号时频谱为斜线，则表示该信号未被干扰，将其保留；如果信号时频谱随机起伏，则该信号被噪声信号干扰，将其剔除，设定保留的lfm信号编号为，将这些信号重新排列为。
10.进一步地，在所述步骤5中，设定目标所在距离为，根据步骤4时频谱为斜线的信号对应的载频，构造载频域静态权矢量(6)其中为目标的载频域频率，对步骤4时频谱为斜线的信号进行载频域相参积累处理
(7)。
11.进一步地，所述步骤1中脉内多载频信号包括:脉内同时多载频，或脉内连续多载频；所述步骤1中脉内多载频信号中的单个信号型式包括：lfm信号，非线性调频信号，或相位编码信号。
12.进一步地，所述雷达平台包括地基、空基、天基。
13.按照本发明的另一方面，还提供了一种基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰装置，包括至少一个处理器和存储器，所述至少一个处理器和存储器之间通过数据总线连接，所述存储器存储能被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令在被所述处理器执行后，用于完成所述的基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过提供一种基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法，首先构造包含多个不同频率的脉内多载频雷达发射信号；其次对多载频回波信号进行频域滤波处理，提取出每个lfm信号回波；再次对每个lfm信号采用stft进行频谱分析；然后剔除噪声时频谱图对应的lfm信号；最后对剩下的多载频信号进行载频域相参处理，提取目标信息。
15.进一步地，本发明通过脉内多载频信号抗主瓣压制噪声干扰，可实现雷达接收的干扰功率最小化；进一步地，本发明通过发射脉内多载频信号，可对未被干扰回波信号进行相参积累，降低回波信号中目标的功率损失。
附图说明
16.图1（a）为脉内多载频信号的信号形式；图1（b）为脉内多载频信号的时频谱图；图2为本发明所述单个脉冲回波中每个信号的时频谱图；图3为本发明所述基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法的流程示意图。
具体实施方式
17.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
18.请参阅图1（a），本发明提供的脉内多载频信号在每个脉冲内将p个lfm信号进行叠加;本发明提供的脉内多载频信号的频谱如图1（b）所示，p个信号的频带互不重叠;本发明提供的雷达回波的时频谱图如图2所示，其中信号1-2受到噪声干扰，其时频谱图表现为噪声特性，信号3-p未受到干扰，信号时频谱图呈斜线分布；本发明提供的基于脉内多载频信号的雷达抗主瓣干扰方法如图3所示，包括如下步骤：步骤1：雷达发射脉内多载频信号，并接收雷达回波信号；其中所述脉内多载频信号由个频率不重叠的lfm信号组成；设定所述脉内多载频信号为个频率步进信号的叠加，个信号之间的频率步进
量为，即，其中为初始信号载频，，为单个lfm信号的带宽，该式表示第个信号的载频在初始信号载频基础上增加；所述步骤1中雷达发射脉内多载频信号表示为(1)其中为lfm信号的基带波形，为lfm信号的脉冲宽度；对于距离为的远场点目标，接收雷达回波信号表示为(2)其中为目标回波的复幅度，为多载频信号的传播延时，为光速；由表达式看出，个频率步进信号同时到达目标，即信号回波之间的相位差与目标的角度和速度无关，即脉内多载频体制实现了距离-角度-速度三维解耦。为了便于分析，本发明以单阵元单脉冲接收的多载频信号为例进行说明。
19.步骤2：对所述雷达回波信号进行频域滤波处理，利用个信号频率的正交性提取出不同频率的lfm信号；具体地，对所述雷达回波信号进行频域滤波处理，第个理想滤波器的频响函数为(3)利用个信号频率的正交性提取出不同频率的lfm信号表示为(4)步骤3：对步骤2不同频率的lfm信号采用短时傅里叶变换进行频谱分析，得到其时频谱图；具体地，对步骤2不同频率的lfm信号采用短时傅里叶变换进行频谱分析，得到其时频谱图为(5)其中，为hamming窗函数。
20.步骤4：对步骤3的时频谱图进行检测，剔除时频谱图表现为噪声特性的信号，并保留时频谱为斜线的信号，设定保留的lfm信号编号为，将这些信号重新排列为。
21.步骤5：根据步骤4时频谱为斜线的信号对应的载频，构造载频域静态权矢量，并对步骤4时频谱为斜线的信号进行载频域相参积累处理；具体地，设定目标所在距离为，根据步骤4时频谱为斜线的信号对应的载频，构
造载频域静态权矢量(6)其中为目标的载频域频率，对步骤4时频谱为斜线的信号进行载频域相参积累处理(7)进一步地，所述步骤1中脉内多载频信号包括且不限于脉内同时多载频、脉内连续多载频等形式；所述步骤1中脉内多载频信号中的单个信号型式包括且不限于lfm信号、非线性调频信号、相位编码信号等；本发明所适用的雷达平台包括但不限于地基、空基、天基等平台的雷达。
22.进一步地，本发明还提供了一种基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰装置，包括至少一个处理器和存储器，所述至少一个处理器和存储器之间通过数据总线连接，所述存储器存储能被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令在被所述处理器执行后，用于完成所述的基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法。
23.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：雷达发射脉内多载频信号，并接收雷达回波信号；其中所述脉内多载频信号由个频率不重叠的lfm信号组成；步骤2：对所述雷达回波信号进行频域滤波处理，利用个信号频率的正交性提取出不同频率的lfm信号；步骤3：对步骤2不同频率的lfm信号采用短时傅里叶变换进行频谱分析，得到其时频谱图；步骤4：对步骤3中的时频谱图进行检测，剔除时频谱图表现为噪声特性的信号，并保留时频谱为斜线的信号；步骤5：根据步骤4时频谱为斜线的信号对应的载频，构造载频域静态权矢量，并对步骤4时频谱为斜线的信号进行载频域相参积累处理；其中，设定所述脉内多载频信号为个频率步进信号的叠加，个信号之间的频率步进量为，即，其中为初始信号载频，，为单个lfm信号的带宽，该式表示第个信号的载频在初始信号载频基础上增加。2.根据权利要求1所述的基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法，其特征在于，所述步骤1中雷达发射脉内多载频信号表示为(1)其中为lfm信号的基带波形，为lfm信号的脉冲宽度；对于距离为的远场点目标，接收雷达回波信号表示为(2)其中为目标回波的复幅度，为多载频信号的传播延时，为光速；由表达式看出，个频率步进信号同时到达目标，即信号回波之间的相位差与目标的角度和速度无关，即脉内多载频体制实现了距离-角度-速度三维解耦。3.根据权利要求2所述的基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法，其特征在于，在所述步骤2中，对所述雷达回波信号进行频域滤波处理，第个理想滤波器的频响函数为(3)利用个信号频率的正交性提取出不同频率的lfm信号表示为(4)。4.根据权利要求3所述的基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法，其特征在于，所述步骤3中，对步骤2不同频率的lfm信号采用短时傅里叶变换进行频谱分析，得到
其时频谱图为(5)其中，为hamming窗函数。5.根据权利要求4所述的基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法，其特征在于，在所述步骤4中，对步骤3的时频谱图进行检测，剔除时频谱图表现为噪声特性的信号，并保留时频谱为斜线的信号，设定保留的lfm信号编号为，将这些信号重新排列为。6.根据权利要求5所述的基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法，其特征在于，在所述步骤5中，设定目标所在距离为，根据步骤4时频谱为斜线的信号对应的载频，构造载频域静态权矢量(6)其中为目标的载频域频率，对步骤4时频谱为斜线的信号进行载频域相参积累处理(7)。7.根据权利要求1或2所述的基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法，其特征在于，所述步骤1中脉内多载频信号包括:脉内同时多载频，或脉内连续多载频；所述步骤1中脉内多载频信号中的单个信号型式包括：lfm信号，非线性调频信号，或相位编码信号。8.根据权利要求1或2所述的基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法，其特征在于，所述雷达平台包括地基、空基、天基。9.一种基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰装置，其特征在于：包括至少一个处理器和存储器，所述至少一个处理器和存储器之间通过数据总线连接，所述存储器存储能被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令在被所述处理器执行后，用于完成权利要求1-8中任一项所述的基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法。

技术总结
本发明公开了一种基于脉内多载频信号雷达抗主瓣压制噪声干扰方法，包括，步骤1：雷达发射脉内多载频信号，并接收雷达回波信号；其中所述脉内多载频信号由个频率不重叠的LFM信号组成；步骤2：对所述雷达回波信号进行频域滤波处理，利用个信号频率的正交性提取出不同频率的LFM信号；步骤3：对步骤2不同频率的LFM信号采用短时傅里叶变换进行频谱分析，得到其时频谱图；步骤4：对步骤3中的时频谱图进行检测，剔除时频谱图表现为噪声特性的信号，并保留时频谱为斜线的信号；步骤5：根据步骤4时频谱为斜线的信号对应的载频，构造载频域静态权矢量，并对步骤4时频谱为斜线的信号进行载频域相参积累处理。进行载频域相参积累处理。进行载频域相参积累处理。


技术研发人员：陈威 谢文冲 王永良 熊元燚 柳成荫
受保护的技术使用者：中国人民解放军空军预警学院
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/7/22