阅读说明：本技术 基于mimo雷达的频率捷变信号转发式干扰抑制方法 (Frequency agile signal forwarding type interference suppression method based on MIMO radar ) 是由 全英汇 张瑞 朱圣棋 邢孟道 于 2020-06-05 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种基于MIMO雷达的频率捷变信号转发式干扰抑制方法,主要解决现有技术对转发式干扰抑制效果差的问题。其实现方案是：首先构建MIMO雷达发射阵元所在场景；MIMO雷达在此场景下发射频率捷变OFDM-LFM信号；MIMO雷达同时接收目标回波信号和干扰回波信号；MIMO雷达信号处理系统对目标回波信号和干扰回波信号进行求和操作得到合信号；MIMO雷达信号处理系统对合信号进行匹配滤波操作,得到匹配滤波输出结果,完成转发式干扰抑制。本发明对不同雷达体制的适应性强,降低了雷达系统发射信号转换要求,有利于提升转发式干扰抑制效果,提高了抗干扰能力,可应用于MIMO雷达目标探测与识别。(The invention provides a frequency agile signal forwarding type interference suppression method based on an MIMO radar, and mainly solves the problem that the forwarding type interference suppression effect in the prior art is poor. The implementation scheme is as follows: firstly, constructing a scene where an MIMO radar transmitting array element is located; the MIMO radar transmits frequency-agile OFDM-LFM signals in the scene; the MIMO radar receives a target echo signal and an interference echo signal simultaneously; the MIMO radar signal processing system carries out summation operation on the target echo signal and the interference echo signal to obtain a combined signal; and the MIMO radar signal processing system performs matched filtering operation on the synthetic signal to obtain a matched filtering output result and complete forwarding type interference suppression. The method has strong adaptability to different radar systems, reduces the conversion requirement of the transmitted signals of the radar system, is favorable for improving the forwarding interference suppression effect, improves the anti-interference capability, and can be applied to the target detection and identification of the MIMO radar.)

基于MIMO雷达的频率捷变信号转发式干扰抑制方法

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，特别涉及一种频率捷变信号转发式干扰抑制方法，可应用于MIMO雷达目标探测与识别。

背景技术

MIMO雷达是通过发射端天线发射正交信号，接收端天线接收各路回波信号并进行联合处理的新体制雷达系统。MIMO雷达采用数字方法控制每个发射单元的发射信号，使每个发射单元的发射信号彼此之间相互正交，因此各个发射信号在空间中不能相干叠加形成高增益的窄发射波束，而是非相干叠加形成低增益的宽发射波束，在转发式干扰抑制方面具有巨大潜力。

频率捷变是指单个发射信号的载频随着时间以随机或者预定的方式在较宽的频带内作较大范围的捷变，具有抗干扰、低截获的能力。频率捷变信号被广泛应用于MIMO雷达，其类似于步进频率信号，不同之处在于MIMO雷达的频率捷变信号为并行发射。在MIMO雷达中，频率捷变信号的每个子载波通过不同通道发射，每个信号占用不同的频带。在每个接收通道，采用匹配滤波器从合成信号中分离出由不同发射信号引起的回波，为后续雷达信号处理提供便利。针对MIMO雷达的频率捷变转发式干扰抑制方法，目前已有的研究主要有：

林厚宏于2016年发表的《基于波形捷变的雷达抗干扰技术研究》基于OFDM-LFM信号，提出了一种基于单脉冲雷达的转发式干扰抑制方法，但该方法仅适用于单脉冲雷达，对于不同的雷达体制的适应性不强。

Li Wei等人于2017年发表的《DRFM range false target cancellation methodbased on slope-varying LFM chirp signal》利用脉间调频率随机跳变的线性调频信号，提出一种根据假目标参数重构干扰信号的方法实现转发式干扰抑制，但是当雷达系统不能在脉间转换发射波形时，该方法失效。

周慧敏于2018年发表的《弹载MIMO雷达低截获与抗干扰研究》基于OFDM-LFM发射信号的正交波形模型，提出了一种利用OFDM-LFM信号间的正交性进行转发式干扰抑制，但该方法在发射信号间正交性较差时，干扰抑制能力较低。

上述研究中有的方法对雷达系统发射波形转换功能提出极其苛刻的要求；有的方法对于不同的雷达体制的适应性不强；有的方法干扰抑制能力较低。总之，现有技术中尚未有一个理想的频率捷变信号转发式干扰抑制方法。

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于MIMO雷达的频率捷变信号转发式干扰抑制方法，以提高MIMO雷达对转发式干扰的抑制能力。

为实现上述目的，本发明技术方案的包括如下步骤：

(1)针对存在一个目标和一个有源欺骗干扰的MIMO雷达探测场景，设该MIMO雷达发射端有N个发射阵元，满足远场窄带条件，各个阵元依次线性排列，相邻发射阵元间距为

且以第一个阵元为参考阵元，其中，N≥2，λ表示波长；

(2)MIMO雷达发射端的N个发射阵元分别发射频率捷变的OFDM-LFM信号，N个发射信号间相互正交，每个发射信号的载频在脉冲间进行随机捷变；

(3)N个发射信号经目标反射后，通过电磁波空间传播，被雷达接收端的接收阵元接收，得到目标的回波信号

(4)干扰机截获MIMO雷达的N个发射信号，依次经过时间延迟和功率放大后发射出去被MIMO雷达接收机接收，得到干扰的回波信号J^q-1(t)；

(5)在时刻t，对目标回波信号和干扰回波信号J^q-1(t)进行求和操作，得到这两个回波信号的合信号s_r(t)，MIMO雷达接收端的信号处理系统对该合信号s_r(t)进行匹配滤波操作，得到合信号s_r(t)的匹配滤波输出结果s_rMF(t)，完成频率捷变信号的转发式干扰抑制。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

第一，降低了对雷达系统的发射信号转换要求。现有技术中，基于单脉冲雷达的转发式干扰抑制方法研究较为成熟，当雷达系统不能在脉间转换发射信号时，该类方法失效，而基于MIMO雷达的频率捷变信号转发式干扰抑制方法，其发射信号可以根据雷达系统自适应调整，降低了对雷达系统的发射信号转换要求，有利于实现转发式干扰抑制。

第二，提高了对转发式干扰的抑制能力。现有技术主要利用发射信号间的正交性进行转发式干扰抑制，但该方法在发射信号间正交性较差时，干扰抑制能力低。本发明通过发射信号的载频在脉冲间进行随机捷变，同时结合发射信号间的正交特性，提高对转发式干扰的抑制能力。

第三，适应性强。现有技术主要基于单一体制雷达平台进行转发式干扰抑制，但该方法对不同雷达体制的适应性不强，本发明可通过灵活的波形转换操作，实现对不同体制雷达的适用。

附图说明

图1是本发明的转发式干扰抑制实现流程图；

图2是用本发明对距离欺骗干扰抑制的仿真结果图。

具体实施方案

以下结合附图对本发明的实施例和效果进行详细描述。

参照图1，本发明的实现步骤如下：

步骤1：构建MIMO雷达发射阵元所在场景。

针对存在一个目标和一个有源欺骗干扰的MIMO雷达探测场景，设该MIMO雷达发射端有N个发射阵元，满足远场窄带条件，各个阵元依次线性排列，相邻发射阵元间距为

且以第一个阵元为参考阵元，其中，N≥2，λ表示波长。

步骤2：发射频率捷变OFDM-LFM信号。

MIMO雷达发射端的N个发射阵元分别发射频率捷变的OFDM-LFM信号，N个发射信号间相互正交，每个发射信号的载频在脉冲间进行随机捷变。

MIMO雷达的N个发射信号，其表达式分别为：

其中，u(t)表示矩形包络，f_c表示起始载频，Δf表示跳频间隔，μ表示调频率，f_Δ表示频率增量，q表示脉冲序号，q∈{1,2,…,Q}，Q表示脉冲总数，α表示频率调制码，α(q)值的选取使用randperm函数进行确定，即α(q)＝randperm(Q,q)。

步骤3：接收目标回波信号

N个发射信号经目标反射后，通过电磁波空间传播，被雷达接收端的接收阵元接收，得到目标的回波信号表示为：

其中，u(t)表示矩形包络，f_c表示起始载频，Δf表示跳频间隔，μ表示调频率，n∈{1,2,…,N}，f_Δ表示频率增量，τ_tar表示在第q次脉冲内目标到参考阵元的时延，q表示脉冲序号，q∈{1,2,…,Q}，Q表示脉冲总数，α表示频率调制码，α(q)值的选取使用randperm函数进行确定，即α(q)＝randperm(Q,q)。

步骤4：接收干扰回波信号J^q-1(t)。

干扰机截获MIMO雷达的N个发射信号，依次经过时间延迟和功率放大后发射出去被MIMO雷达接收机接收，得到干扰的回波信号J^q-1(t)，表示为：

其中，u(t)表示矩形包络，f_c表示起始载频，Δf表示跳频间隔，μ表示调频率，n∈{1,2,…,N}，f_Δ表示频率增量，τ_j表示转发式干扰回波信号相对发射脉冲的时间延迟；q表示脉冲序号，q∈{1,2,…,Q}，Q表示脉冲总数，α表示频率调制码，α(q)值的选取使用randperm函数进行确定，即α(q)＝randperm(Q,q)。

步骤5：对目标回波信号

和干扰回波信号J^q-1(t)进行求和。

在时刻t，对目标回波信号和干扰回波信号J^q-1(t)进行求和操作，得到这两个回波信号的合信号s_r(t)，表达式为：

步骤6：对合信号s_r(t)进行匹配滤波，得到匹配滤波结果s_rMF(t)。

6.1)MIMO雷达接收端的信号处理系统通过下式对合信号s_r(t)进行匹配滤波操作：

其中，T_p表示脉冲重复周期，*表示转置操作符号；

6.2)对上式进行积分、化简，得到合信号s_r(t)的匹配滤波输出结果s_rMF(t)，表达式为：

其中，μ表示调频率，T_p表示脉冲重复周期，τ_tar表示目标到参考阵元的时间延迟，τ_j表示转发式干扰回波信号相对目标的时间延迟，n(t)代表雷达系统噪声。

下面通过仿真实验对本发明的效果进一步说明。

一.仿真参数

仿真参数如表1所示：

表1本发明的仿真参数

二.仿真内容

在上述仿真参数下，采用本发明基于MIMO雷达的频率捷变信号干扰抑制方法，对距离欺骗干扰的抑制进行仿真，实际应用中使用上述具体参数，可使目标被正确探测与识别，距离欺骗干扰被成功抑制，结果如图2所示。图2中的x坐标表示距离取值，y坐标表示幅度取值。

从图2中可见，目标在距离4000m处出现匹配滤波峰值，幅度为0dB，目标距离仿真结果与真实目标距离R₀一致。由于干扰与匹配滤波器失配，使得干扰不能正确地匹配滤波输出，干扰被抑制，目标被正确地检测。

以上仿真实验验证了本发明的正确性、有效性和可靠性。

综上所述，本发明提出的基于MIMO雷达的频率捷变信号转发式干扰抑制方法。解决了MIMO雷达的目标信号容易被干扰的技术问题。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理之后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。