本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于子陣方向圖的柵瓣干擾抑制方法，其實(shí)現(xiàn)步驟是：生成包括柵瓣角度干擾信號和噪聲的平面陣列信號；計(jì)算平面陣列均勻劃分后每個子陣的權(quán)值；設(shè)計(jì)每個子陣的方向圖；抑制柵瓣干擾。本發(fā)明專利技術(shù)能夠使子陣方向圖在子陣級方向圖所對應(yīng)的柵瓣角度產(chǎn)生寬零陷，進(jìn)而抑制柵瓣干擾，具有既能抑制已知角度的柵瓣干擾，又能抑制未知角度的柵瓣干擾，應(yīng)用普適性高，提高存在柵瓣干擾時子陣級自適應(yīng)波束形成的輸出信噪比的優(yōu)點(diǎn)，解決了雷達(dá)子陣級自適應(yīng)波束形成當(dāng)存在柵瓣干擾時需要已知柵瓣干擾的角度信息導(dǎo)致不能抑制其他柵瓣角度干擾和損失有用信號導(dǎo)致輸出信噪比降低的問題。問題。問題。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于子陣方向圖的柵瓣干擾抑制方法
[0001]本專利技術(shù)屬于雷達(dá)
，更進(jìn)一步涉及雷達(dá)干擾抑制
中的一種基于子陣方向圖的柵瓣干擾抑制方法。本專利技術(shù)可用于抑制雷達(dá)子陣級自適應(yīng)波束形成對抗的柵瓣干擾。
技術(shù)介紹
[0002]在雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用中，當(dāng)雷達(dá)處于有源強(qiáng)干擾環(huán)境時，由于天線方向圖旁瓣覆蓋的角度范圍較寬，干擾信號易從天線的旁瓣進(jìn)入接收機(jī)，導(dǎo)致期望信號湮沒其中，難以進(jìn)行目標(biāo)檢測和后續(xù)的信號處理。自適應(yīng)數(shù)字波束形成技術(shù)可以使相控陣?yán)走_(dá)根據(jù)環(huán)境信息自適應(yīng)的抑制干擾信號并保留期望信號，可以大大提高雷達(dá)系統(tǒng)的抗干擾能力。但一般自適應(yīng)陣列天線的傳感器單元較多，若采用全陣元數(shù)字化接收，通道數(shù)多，自適應(yīng)算法計(jì)算量大，難以產(chǎn)生較快的自適應(yīng)響應(yīng)，同時需要相等數(shù)量的A/D變換和加權(quán)處理，系統(tǒng)的硬件成本也大幅增加。因此，在實(shí)際的工程實(shí)現(xiàn)中往往采用子陣合成的方案，將若干陣列天線單元合成為一個通道以減少信號處理器的維數(shù)，最后進(jìn)行子陣級的數(shù)字波束形成。最簡單的子陣劃分方法是均勻劃分法，但該方法存在明顯缺陷，就是各子陣的等效相位中心間距通常超過半波長，子陣間會產(chǎn)生柵瓣，當(dāng)存在從柵瓣角度進(jìn)入的干擾時，子陣級自適應(yīng)波束形成會導(dǎo)致有用信號損失的問題，使系統(tǒng)的抗干擾性能變差。
[0003]中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所在其申請的專利文獻(xiàn)“一種解決柵瓣干擾問題的數(shù)字波束形成方法”(申請?zhí)?01611244720.8，申請日2016.12.29，申請公布號CN 106842147 A)中公開了一種在雷達(dá)數(shù)字波束形成中解決柵瓣干擾的方法。該方法實(shí)現(xiàn)的步驟為：第一步，通過單元級移相器結(jié)合功分網(wǎng)絡(luò)將信號處理成子陣級的通道信號；第二步，將子陣級的通道信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字正交解調(diào)成為基帶信號；第三步，利用柵瓣干擾的角度信息構(gòu)造阻塞矩陣，在數(shù)字波束形成處理板上的DSP中完成對柵瓣干擾信號的阻塞處理，并利用阻塞后的信號完成權(quán)重矢量的計(jì)算；第四步，數(shù)字波束形成處理板上的FPGA進(jìn)行加權(quán)處理形成最終的接收波束。該方法雖然能夠在雷達(dá)數(shù)字波束形成中抑制柵瓣干擾，但是，該方法仍然存在的不足之處是，在構(gòu)造阻塞矩陣時需要已知柵瓣干擾信號的角度信息，利用該阻塞矩陣只能阻塞掉已知角度的柵瓣干擾信號，不能抑制其他柵瓣角度的干擾信號。
[0004]哈爾濱工程大學(xué)在其申請的專利文獻(xiàn)“一種稀疏陣列寬帶波束形成的柵瓣抑制方法”(申請?zhí)?01510616319.1，申請日2015.09.24，申請公布號CN 105334508 A)中公布了一種在稀疏陣列寬帶波束形成中抑制柵瓣的方法。該方法實(shí)現(xiàn)的步驟為：第一步，對稀疏陣列多個陣元接收到的陣列信號做頻域?qū)拵Рㄊ纬商幚恚坏诙?，利用第一步得到的?qiáng)干擾目標(biāo)信號的方位θ
k
進(jìn)行柵瓣角預(yù)測；第三步，根據(jù)第二步得到的柵瓣角和各頻點(diǎn)主瓣寬度進(jìn)行各頻點(diǎn)柵瓣起止范圍解算；第四步，根據(jù)第三步得到的柵瓣范圍計(jì)算柵瓣抑制權(quán)系數(shù)矩陣W
k
；第五步，利用第四步得到的柵瓣抑制權(quán)系數(shù)矩陣W
k
與第一步得到的各頻點(diǎn)的空間譜輸出矩陣P對柵瓣進(jìn)行抑制；第六步，利用加法將第五步中柵瓣抑制后的空間譜輸出矩陣P
out
相加進(jìn)行寬帶空間譜合成。該方法雖然解決了一般等間距稀疏陣列所引起的寬帶波束
形成柵瓣影響問題，但是，該方法仍然存在的不足之處是，其柵瓣抑制權(quán)系數(shù)矩陣是作用在波束形成后的空間譜輸出矩陣上，當(dāng)存在柵瓣干擾時，子陣級自適應(yīng)波束形成過程中會損失有用信號，降低子陣級自適應(yīng)波束形成的輸出信噪比。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0005]本專利技術(shù)的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于子陣方向圖的柵瓣干擾抑制方法，用于解決抑制柵瓣干擾時需要已知柵瓣干擾的角度信息導(dǎo)致不能抑制其他柵瓣角度干擾的問題，以及雷達(dá)子陣級自適應(yīng)波束形成當(dāng)存在柵瓣干擾時損失有用信號導(dǎo)致子陣級自適應(yīng)波束形成的輸出信噪比降低的問題。
[0006]實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)目的的思路是：本專利技術(shù)生成了包括柵瓣角度干擾信號和噪聲的平面陣列信號，利用平面陣列信號中子陣內(nèi)陣元對應(yīng)的子陣列信號根據(jù)最小方差無失真響應(yīng)MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)方法計(jì)算每個子陣的權(quán)值，利用該權(quán)值設(shè)計(jì)子陣方向圖，使子陣方向圖在子陣級方向圖所對應(yīng)的柵瓣角度區(qū)域產(chǎn)生寬零陷，從而使柵瓣角度區(qū)域內(nèi)的柵瓣干擾均能得到有效抑制，由此解決了抑制柵瓣干擾時需要已知柵瓣干擾的角度信息導(dǎo)致不能抑制其他柵瓣角度干擾的問題。本專利技術(shù)設(shè)計(jì)子陣方向圖后，利用在子陣方向圖柵瓣角度產(chǎn)生了寬零陷的子陣接收來波信號，抑制了來波信號中的柵瓣干擾，提高了存在柵瓣干擾時子陣級自適應(yīng)波束形成的輸出信噪比，據(jù)此解決了雷達(dá)子陣級自適應(yīng)波束形成當(dāng)存在柵瓣干擾時損失有用信號導(dǎo)致子陣級自適應(yīng)波束形成的輸出信噪比降低的問題。
[0007]實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)目的的技術(shù)方案包括如下步驟：
[0008]步驟1，生成包括柵瓣角度干擾信號和噪聲的平面陣列信號；
[0009]步驟2，計(jì)算平面陣列均勻劃分后每個子陣的權(quán)值：
[0010]步驟2.1，計(jì)算每個子陣列信號的自相關(guān)矩陣；
[0011]步驟2.2，計(jì)算每個子陣內(nèi)陣元接收的期望信號對應(yīng)不同方位角和俯仰角的導(dǎo)向矢量；
[0012]步驟2.3，計(jì)算每個子陣的權(quán)值；
[0013]步驟3，設(shè)計(jì)每個子陣的方向圖：
[0014]步驟3.1，按照下式，計(jì)算每個子陣在觀測角度范圍內(nèi)對于每個方位角和俯仰角的響應(yīng)幅值：
[0015][0016]其中，表示第m個子陣對應(yīng)于方位角為θ'和俯仰角為的響應(yīng)幅值，w
m
表示第m個子陣的權(quán)值，上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置操作，表示第m個子陣內(nèi)陣元接收的信號對應(yīng)方位角為θ'和俯仰角為的導(dǎo)向矢量；
[0017]步驟3.2，將每個子陣對于每個方位角和俯仰角的響應(yīng)幅值，在方位角和俯仰角均為[
?
90
°
,90
°
]的觀測角度范圍內(nèi)依次連線得到該子陣的方向圖；
[0018]步驟4，抑制柵瓣干擾：
[0019]步驟4.1，建立降維變換矩陣，該矩陣的行數(shù)等于平面陣列中陣元的個數(shù)，該矩陣
的列數(shù)等于平面陣列劃分的子陣個數(shù)；
[0020]步驟4.2，按照子陣合成公式，將每個子陣權(quán)值中的元素與平面陣列接收的來波信號中對應(yīng)子陣內(nèi)陣元接收的來波信號相乘累加得到子陣級接收信號，抑制來波信號中的柵瓣干擾。
[0021]本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0022]第一，本專利技術(shù)生成了包括柵瓣角度干擾信號和噪聲的平面陣列信號，利用平面陣列信號中子陣內(nèi)陣元對應(yīng)的子陣列信號根據(jù)MVDR方法計(jì)算權(quán)值，利用該權(quán)值設(shè)計(jì)子陣方向圖，使子陣方向圖在子陣級方向圖所對應(yīng)的柵瓣角度區(qū)域產(chǎn)生寬零陷，從而使柵瓣角度區(qū)域內(nèi)的柵瓣干擾均能得到有效抑制，克服了現(xiàn)有技術(shù)中抑制柵瓣干擾時需要已知柵瓣干擾的角度信息導(dǎo)致不能抑制其他柵瓣角度干擾的不足，使得本專利技術(shù)不僅能夠在已知柵瓣干擾的角度信息時抑制柵瓣干擾，還能夠在柵本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于子陣方向圖的柵瓣干擾抑制方法，其特征在于，利用包含柵瓣角度干擾信號和噪聲的平面陣列信號根據(jù)最小方差無失真響應(yīng)方法計(jì)算每個子陣的權(quán)值，再利用該權(quán)值設(shè)計(jì)子陣方向圖，使子陣方向圖在子陣級方向圖所對應(yīng)的柵瓣角度處產(chǎn)生寬零陷，從而抑制柵瓣干擾；該方法的步驟包括如下：步驟1，生成包括柵瓣角度干擾信號和噪聲的平面陣列信號；步驟2，計(jì)算平面陣列均勻劃分后每個子陣的權(quán)值：步驟2.1，計(jì)算每個子陣列信號的自相關(guān)矩陣；步驟2.2，計(jì)算每個子陣內(nèi)陣元接收的期望信號對應(yīng)不同方位角和俯仰角的導(dǎo)向矢量；步驟2.3，計(jì)算每個子陣的權(quán)值；步驟3，設(shè)計(jì)每個子陣的方向圖：步驟3.1，按照下式，計(jì)算每個子陣在觀測角度范圍內(nèi)對于每個方位角和俯仰角的響應(yīng)幅值：其中，表示第m個子陣對應(yīng)于方位角為θ'和俯仰角為的響應(yīng)幅值，w
m
表示第m個子陣的權(quán)值，上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置操作，表示第m個子陣內(nèi)陣元接收的信號對應(yīng)方位角為θ'和俯仰角為的導(dǎo)向矢量；步驟3.2，將每個子陣對于每個方位角和俯仰角的響應(yīng)幅值，在方位角和俯仰角均為[
?
90
°
,90
°
]的觀測角度范圍內(nèi)依次連線得到該子陣的方向圖；步驟4，抑制柵瓣干擾：步驟4.1，建立降維變換矩陣，該矩陣的行數(shù)等于平面陣列中陣元的個數(shù)，該矩陣的列數(shù)等于平面陣列劃分的子陣個數(shù)；步驟4.2，按照子陣合成公式，將每個子陣權(quán)值中的元素與平面陣列接收的來波信號中對應(yīng)子陣內(nèi)陣元接收的來波信號相乘累加得到子陣級接收信號，抑制來波信號中的柵瓣干擾。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于子陣方向圖的柵瓣干擾抑制方法，其特征在于，步驟1中所述的平面陣列信號是由下式得到的：X＝AS+NX＝AS+NX＝AS+N其中，X表示平面陣列信號，A表示信號導(dǎo)向矩陣，該矩陣的列代表不同柵瓣角度干擾信號的導(dǎo)向矢量，S表示信號復(fù)包絡(luò)矩陣，該矩陣的行代表不同柵瓣角度干擾信號的復(fù)包絡(luò)矢量，每個矢量均為通過仿真軟件MATLAB R2020b生成的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的隨機(jī)矢量，N表示白噪聲信號，表示第i個柵瓣干擾信號中方位角為θ
i
和俯仰角為的導(dǎo)向...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許京偉，蘭嵐，苗媛媛，宋明，王曉飛，高衛(wèi)峰，
申請(專利權(quán))人：西安電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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