一种基于JBSS的雷达组网抗主瓣干扰方法及系统
本发明涉及了雷达组网系统抗主瓣压制式干扰，具体涉及了一种基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法及系统。
背景技术：
1、近年来抗主瓣干扰方法研究成为了雷达抗干扰技术中的难点热点问题。大功率压制式干扰和频谱弥散(smeared spectrum,简称为smsp)、切片(chopping&interleaving,简称为c&i)等密集假目标干扰由天线方向图主瓣进入雷达接收机会产生压制效果，从而严重影响雷达进行目标检测。单雷达传统的压制干扰抑制方法如：旁瓣相消、旁瓣匿隐等均会失效。目前单站雷达的大部分主瓣压制干扰抑制方法能够对抗的干扰类型固定，对于干扰参数变化或类型变化后的干扰其抗干扰性能恶化甚至可能失效。而多站雷达系统的抗主瓣压制干扰方法需要已知干扰角度、干扰类型等先验信息或要求干扰功率需远大于目标回波功率等。
2、盲源分离(blind signal separation,简称为bss)方法近几年也被用于雷达系统的抗干扰处理中，其优点是无需提前已知干扰角度和类型等先验信息。目前基于bss的抗主瓣压制干扰方法多基于特征矩阵近似联合对角化(joint approximationdiagonalization of eigen matrices,简称为jade)，该方法需提前获得信号源个数等先验信息，并且还需要计算高阶统计量，对运行设备的算力要求比较高。当前，xiaofei han,huafeng he, qi zhang, lihao yang, yaomin he and zhen li.等人在期刊《ieeesensors journal, 2022, 22(23): 22972-22984》发表了文章main-lobe jammingsuppression method for phased array netted radar based on msnr-bss[j]，该文章中指出组网系统中每部雷达均单独完成对其接收信号的bss处理、脉压、目标检测，然后才对每部雷达获得的目标径向距离进行多站融合确定目标位置，该文章的方法本质上属于对雷达信号处理后目标径向距离的数据级融合处理。数据级融合没有对雷达组网系统中的各站雷达接收信号直接进行处理，其信息损失量较大，抗干扰能力有限。此外，该文章中的msnr-bss方法在信号源个数大于观测信号通道个数时存在信号分离效果差甚至失效的问题。
技术实现思路
1、本发明提供了一种基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法及系统，目的在于解决了传统的bss方法在信号源个数大于信号通道数引起抗主瓣干扰效果变差甚至失效的问题。
2、本发明的目的是由以下技术方案实现的：
3、一种基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法，包括：
4、将各雷达接收站接收到的回波信号传输至信息融合中心，分别以每部雷达站的接收信号为基准，对其余各接收站的雷达接收信号进行延时估计和补偿，完成时域对齐；
5、基于jbss算法的处理方式对时域对齐后的信号进行目标信号与干扰信号的分离，得到分离信号，所述分离信号包括目标信号；
6、分离信号经过脉冲压缩、通道积累、恒虚警检测后，获得以每部雷达站为基准、经过目标信号主瓣干扰抑制后的目标径向距离测量信息。
7、作为本发明的进一步改进，各接收站的雷达述接收信号的计算表达式为：
8、
9、其中，表示转置操作，为第k部雷达中第l个阵元的接收信号，t为时间变量，阵元接收信号的计算表达式为：
10、
11、式中，为目标回波信号的幅度；exp{}为指数函数；表示雷达发射信号；、分别表示第一部雷达站和第 k部雷达站至第 m目标的距离；表示第 p个干扰源至第 k部雷达的距离；表示电磁波传播速度；为波长；为阵元间距离； l表示当前阵元；为第k部雷达到目标的到达角方向；为第 k部雷达到干扰信号的到达角方向；为均值为0、方差为的复高斯白噪声， j为虚部，m为目标的总数量，为干扰信号的幅度，p为干扰信号的总数量，表示干扰信号， tm为目标信号周期， jp为干扰信号周期，为各雷达发射信号打到回波信号上，回波信号返回到第k部雷达的接收信号之和，为目标回波信号经过正交解调得到的相位，为目标回波信号发到第k部雷达不同阵元造成的相位，为干扰信号返回第k部雷达后，接收到的干扰信号之和，为干扰信号经过正交解调得到的相位，为干扰信号发射到第k部雷达不同阵元造成的相位。
12、作为本发明的进一步改进，时域对齐后的信号计算表达式为：
13、
14、其中，为延时补偿后的目标回波信号矢量，为干扰信号矢量，为噪声矢量，所述目标回波信号矢量为：
15、
16、所述干扰信号矢量为：
17、
18、式中，为目标回波信号的幅度，表示雷达发射信号，、分别表示第一部雷达站和第 k部雷达站至第 m目标的距离，为波长，为阵元间距离，-为第1部雷达至第 k部雷达分别到目标的到达角方向，为干扰信号的幅度，、分别表示第一部雷达站和第 k部雷达站至第 p干扰源的距离，-为第1部雷达至第k部雷达分别到干扰信号的到达角方向，m为目标的总数量，c为电磁波传播速度， l为当前阵元，p为干扰信号的总数量， tm为目标信号周期， jp为干扰信号周期，-分别为由第一雷达站发射至雷达站2至雷达站 k接收的信号延时差，t为时间变量，k为雷达站的总数量，k≥2，为各雷达发射信号打到回波信号上，回波信号返回到第k部雷达的接收信号之和，为目标回波信号经过正交解调得到的相位，为目标回波信号发到第k部雷达不同阵元造成的相位，为干扰信号返回第k部雷达后，接收到的干扰信号之和，为干扰信号经过正交解调得到的相位，为干扰信号发射到第k部雷达不同阵元造成的相位，为延时补偿后的干扰信号返回第k部雷达后，接收到的干扰信号之和，为延时补偿后的目标回波信号返回到第k部雷达的接收信号之和。
19、作为本发明的进一步改进，延时补偿后的信号计算表达式为：
20、
21、其中，表示转置操作，为以第i部雷达站对应的延时补偿后的信号，维数为，为快拍数，k为雷达站总数，l为阵元总数，为由第 i部雷达站发射至第 k部雷达站接收的信号延时差，所述信号延时差满足：
22、
23、式中，为求信号延时差最大的函数，为克罗内克积，为第k部雷达站对应的延时补偿后的信号的伴随矩阵，t为时间变量。
24、作为本发明的进一步改进，所述完成时域对齐之后，还包括对所述时域对齐后的信号进行预处理的步骤，所述预处理包括零均值化处理和白化处理，所述零均值化处理用于除去该信号中的直流分量，白化处理用于对该信号进行去相关处理，白化后的信号计算表达式为：
25、
26、其中，为白化后的信号，为白化矩阵，为第k部雷达站对应的延时补偿后的信号，所述白化矩阵为：
27、
28、式中，为共轭转置，为由特征值构成的对角矩阵，为特征矩阵，为特征矩阵的共轭转置，特征矩阵b满足关系：其中b满足：
29、
30、式中，为第k部雷达站对应的延时补偿后的信号的共轭转置，e为单位矩阵。
31、作为本发明的进一步改进，基于jbss算法对时域对齐后的信号进行目标信号与干扰信号的分离，包括：
32、构建信噪比函数，根据信噪比函数计算得到分离矩阵，基于分离矩阵得到分离信号，所述信噪比函数的计算表达式为：
33、
34、其中，
35、为分离信号，该分离信号定义为，为滑动平均后的信号，该信号定义为， w为分离矩阵，为经过预处理后的接收信号，为基于所述接收信号滑动平均后的信号，为分离矩阵的转置，为滑动平均后的信号转置，为预处理后的接收信号的转置，分离矩阵满足：
36、
37、其中，分离信号计算表达式为：
38、
39、式中，c为第一矩阵，；第二矩阵，；v为第三矩阵，；u为第四矩阵，。
40、作为本发明的进一步改进，分离信号的脉冲压缩的计算表达式为：
41、
42、式中，为压缩后的信号，为第 k部第 l个通道的脉冲压缩后的信号，为雷达线性调频信号，t为时间变量，t为信号周期，为积分计算符号。
43、作为本发明的进一步改进，所述恒虚警检测方式为：对经过脉冲压缩的每一通道的分离信号进行检测，将检测到存在目标信号的通道进行积累，对积累后的目标信号再次进行恒定虚警概率检测，得到目标径向距离测量值。
44、作为本发明的进一步改进，所述获得以每部雷达站为基准、经过目标信号主瓣干扰抑制后的目标径向距离测量信息后，还包括利用得到的目标径向距离进行多站联合定位的方法，利用多站的目标径向距离值采用三球定位原理进行联合定位，确定出目标的空间信息。
45、本方法还提供了一种基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰系统，包括：
46、数据采集模块，所述数据采集模块用于获取各雷达接收站对应的接收信号；
47、数据处理模块，所述数据处理模块用于根据各雷达接收站对应的接收信号进行处理，以实现如上述的基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法。
48、本发明的有益效果在于：本发明的一种基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法，通过对组网系统中所有雷达站的接收信号在同一融合中心进行信号级融合处理，以每个雷达站的接收信号为基准，对其余各雷达接收站的雷达接收信号进行延时估计和补偿，完成时域对齐，再通过联合盲源分离jbss算法处理的方式对时域对齐后的信号进行目标信号与干扰信号的分离，得到分离信号，分离信号经过脉冲压缩、通道积累、恒虚警检测，实现了对信号主瓣压制干扰的抑制。该方法解决了现有抗主瓣干扰方法需要提前已知干扰类型、干扰角度、信号源个数等先验信息的问题，扩展了观测信号通道数，避免了信号源个数大于观测信号通道数导致bss方法信号分离效果不佳的问题，提高了组网系统的抗干扰性能和目标定位精度。本发明同样适用于噪声调幅干扰、噪声调频干扰、噪声调相干扰、频谱弥散干扰、切片干扰等多种与雷达目标回波相独立的主瓣压制式干扰抑制。
技术特征：
1.一种基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法，其特征在于，各接收站的雷达接收信号的计算表达式为：
3.根据权利要求2所述的基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法，其特征在于，时域对齐后的信号计算表达式为：
4.根据权利要求3所述的基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法，其特征在于，延时补偿后的信号计算表达式为：
5.根据权利要求1或3所述的基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法，其特征在于，所述完成时域对齐之后，还包括对所述时域对齐后的信号进行预处理的步骤，所述预处理包括零均值化处理和白化处理，所述零均值化处理用于除去该信号中的直流分量，白化处理用于对该信号进行去相关处理，白化后的信号计算表达式为：
6.根据权利要求1所述的基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法，其特征在于，所述基于jbss算法对时域对齐后的信号进行目标信号与干扰信号的分离，包括：
7.根据权利要求1所述的基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法，其特征在于，分离信号的脉冲压缩的计算表达式为：
8.根据权利要求1所述的基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法，其特征在于，所述恒虚警检测方式为：对经过脉冲压缩的每一通道的分离信号进行检测，将检测到存在目标信号的通道进行积累，对积累后的目标信号再次进行恒定虚警概率检测，得到目标径向距离测量值。
9.根据权利要求1所述的基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰方法，其特征在于，所述获得以每部雷达站为基准、经过目标信号主瓣干扰抑制后的目标径向距离测量信息后，还包括利用得到的目标径向距离进行多站联合定位的方法，利用多站的目标径向距离值采用三球定位原理进行联合定位，确定出目标的空间信息。
10.一种基于jbss的雷达组网抗主瓣干扰系统，其特征在于，包括：
技术总结
本发明涉及了雷达组网系统抗主瓣压制式干扰技术领域，具体涉及了一种基于JBSS的雷达组网抗主瓣干扰方法及系统，将各雷达接收站接收到的回波信号传输至信息融合中心，分别以每部雷达站的接收信号为基准，对其余各站雷达接收信号进行延时估计和补偿，完成时域对齐，基于JBSS算法处理方式对时域对齐后的信号进行目标信号与干扰信号的分离，得到分离信号，分离信号经过脉冲压缩、目标通道积累、恒虚警检测后，获得以每部雷达站为基准、经过目标信号主瓣干扰抑制后的目标径向距离测量信息。最终，通过多站联合定位确定真实目标空间位置。本方法抗主瓣压制干扰效果强，目标定位精度高。
技术研发人员：韩晓斐,何华锋,周涛,王栗沅,李震,张琪,张鑫,李红增,杨立浩
受保护的技术使用者：中国人民解放军火箭军工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23