本發(fā)明涉及抗多跳雜波干擾波形設計方法。

背景技術：

多普勒處理是高頻天波超視距雷達實現(xiàn)目標檢測的關鍵步驟。然而，由于天波雷達傳輸過程中存在距離多跳現(xiàn)象，雷達威力覆蓋范圍以外的多跳雜波通過電離層與地球表面的多次反射進入到接收機中形成多普勒擴展雜波。通常目標信號回波能量遠小于多跳雜波能量，因此，當目標多普勒頻率與多跳雜波所處的多普勒頻率相鄰近時，強多跳雜波會在多普勒譜上淹沒目標信號。因此，為保證天波雷達在多跳雜波干擾下對目標正常檢測與跟蹤，解決多跳雜波影響具有重要的理論價值和實際意義。

波形設計是對抗多跳雜波干擾的一個有效措施。20世紀末，johnt.clancy提出了一種抗折疊多跳雜波的波形設計方法，其設計了一種脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間相位編碼信號，可以使不同折疊次數(shù)回波的多普勒頻率在信號處理之后產(chǎn)生不同的頻移，通過參數(shù)設計使多普勒多跳雜波搬移到無目標的多普勒區(qū)間，從而實現(xiàn)其余區(qū)間對目標的正常檢測。見[mitigationofrangefoldedclutterbyanonrecurrentwaveform.clancyjt,bascomhf,hartnettmp.proc1999ieeeradarconference.1999]。該方法實現(xiàn)了多跳雜波與一定范圍內(nèi)目標的分離，但同時犧牲了部分多普勒檢測區(qū)間，區(qū)間大小取決于多跳雜波擴展寬度，這將影響目標的正常檢測。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有方法實現(xiàn)了多跳雜波與一定范圍內(nèi)目標分離的同時犧牲了部分多普勒檢測區(qū)間，由于區(qū)間大小取決于多跳雜波擴展寬度，從而影響目標的正常檢測的缺點，而提出一種基于認知雷達抗多跳雜波干擾波形設計方法。

一種基于認知雷達抗多跳雜波干擾波形設計方法具體過程為：

步驟一：雷達向外發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號，接收機接收到回波信號，雷達對回波信號進行距離多普勒二維處理，得到回波信號中多跳雜波在多普勒譜上的寬度l以及多跳雜波在多普勒譜上所處位置floction；

步驟二：在步驟一的線性調(diào)頻連續(xù)波基礎上進行相位調(diào)制，得到脈間三次相位調(diào)制后的線性調(diào)頻連續(xù)波信號波形ut(t)；根據(jù)步驟一中得到的多跳雜波的寬度求得三次相位編碼系數(shù)，實現(xiàn)多跳雜波的壓縮；

步驟三：對步驟二得到的脈間三次相位調(diào)制后的線性調(diào)頻連續(xù)波信號波形ut(t)進行二次相位編碼，使多跳雜波在多普勒譜上具有可控的搬移。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明設計一種脈內(nèi)調(diào)頻脈間調(diào)相信號對多跳雜波在多普勒譜進行壓縮。該方法首先通過認知雷達獲取多跳雜波相關參數(shù)的先驗知識。根據(jù)得到的參數(shù)設計脈間調(diào)相因子，將多跳雜波在多普勒譜上進行壓縮，從而使多普勒譜上受多跳雜波污染區(qū)域大大減小。與此同時，本發(fā)明還保留了背景技術中對多跳雜波進行搬移的功能，因此可以控制多跳雜波在多普勒譜所處區(qū)域，極大提高了雷達對目標的檢測性能。通過本發(fā)明的波形設計方法，可以同時滿足多跳雜波壓縮和在多普勒譜上進行可控搬移，實現(xiàn)雷達對目標的正確檢測。解決現(xiàn)有方法實現(xiàn)了多跳雜波與一定范圍內(nèi)目標分離的同時犧牲了部分多普勒檢測區(qū)間，由于區(qū)間大小取決于多跳雜波擴展寬度，從而影響目標的正常檢測的缺點。

根據(jù)圖3b可得出在175hz到339hz之間都不能檢測出目標，多跳雜波將目標覆蓋，采用本發(fā)明的圖3a將多跳雜波移走并壓縮到-390hz到-406hz，污染區(qū)域減小了，實現(xiàn)雷達對目標的正確檢測。

根據(jù)圖4b可得出將多跳雜波移走，但頻率寬度在-423hz到-259hz之間都不能檢測出目標，污染區(qū)域大，采用本發(fā)明的圖4a將多跳雜波多跳雜波移走的同時多跳雜波寬度壓縮到-390hz到-406hz，污染區(qū)域減小了，實現(xiàn)雷達對目標的正確檢測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所設計信號示意圖，ψ1為三次相位編碼系數(shù)c1在第一個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，ψ2為三次相位編碼系數(shù)c1在第二個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，ψn為三次相位編碼系數(shù)c1在第n個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，ψn+1為三次相位編碼系數(shù)c1在第n+1個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，φ1為二次相位編碼系數(shù)c2在第一個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，φ2為二次相位編碼系數(shù)c2在第二個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，φn為二次相位編碼系數(shù)c2在第n個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，φn+1為二次相位編碼系數(shù)c2在第n+1個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，f為頻率；

圖2為本發(fā)明所設計信號發(fā)射波與回波示意圖，ψn+m-1為三次相位編碼系數(shù)c1在第n+m-1個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，φn+m-1為二次相位編碼系數(shù)c2在第n+m-1個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，ψn+m為三次相位編碼系數(shù)c1在第n+m個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，φn+m為二次相位編碼系數(shù)c2在第n+m個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，ψn+m+1為三次相位編碼系數(shù)c1在第n+m+1個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，φn+m+1為二次相位編碼系數(shù)c2在第n+m+1個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，ψn-1為三次相位編碼系數(shù)c1在第n-1個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，φn-1為二次相位編碼系數(shù)c2在第n-1個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相；n、m取值為正整數(shù)；

圖3a為本發(fā)明所設計信號回波多普勒頻譜仿真圖，frequency為頻率，amplitude為幅度；

圖3b為線性調(diào)頻連續(xù)波回波多普勒頻譜仿真圖；

圖4a為本發(fā)明所設計信號回波多普勒頻譜仿真圖；

圖4b為脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間二次相位編碼信號回波多普勒頻譜仿真圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1、圖2說明本實施方式，本實施方式的一種基于認知雷達抗多跳雜波干擾波形設計方法具體過程為：

步驟一：雷達向外發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號，接收機接收到回波信號，雷達對回波信號進行距離多普勒二維處理，得到回波信號中多跳雜波在多普勒譜上的寬度l以及多跳雜波在多普勒譜上所處位置floction；

步驟二：在步驟一的線性調(diào)頻連續(xù)波基礎上進行相位調(diào)制，得到脈間三次相位調(diào)制后的線性調(diào)頻連續(xù)波信號波形ut(t)；根據(jù)步驟一中得到的多跳雜波的寬度求得三次相位編碼系數(shù)，實現(xiàn)多跳雜波的壓縮；

步驟三：對步驟二得到的脈間三次相位調(diào)制后的線性調(diào)頻連續(xù)波信號波形ut(t)進行二次相位編碼，使多跳雜波在多普勒譜上具有可控的搬移。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述步驟一中雷達向外發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號，接收機接收到回波信號，雷達對回波信號進行距離多普勒二維處理，得到回波信號中多跳雜波的寬度l以及多跳雜波所處位置floction；具體過程為：

雷達向外發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號，接收機對回波進行距離多普勒二維處理，獲得目標距離速度信息；多跳雜波通過電離層多次反射進入接收機，由于多跳雜波在脈間是非線性變化，所以進行脈間多普勒處理時多跳雜波在多普勒譜上會產(chǎn)生搬移與展寬。

記電離層慢相徑相位調(diào)制函數(shù)為m(t)，電離層慢相徑相位調(diào)制函數(shù)采用正弦模型，即對其進行泰勒展開得到無限項冪級數(shù)的和，其中常數(shù)項對結果無影響，一次項會導致多跳雜波在多普勒譜上搬移，二次項及高次項會導致多跳雜波擴展，但擴展程度主要由二次項決定，所以三次項及更高次項可忽略，不進行考慮。

雷達向外發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號，信號波形為：

式中：ut(t)為線性調(diào)頻連續(xù)波信號波形，n為ut(t)相干積累周期內(nèi)調(diào)頻脈沖序號，1≤n≤n；n為ut(t)相干積累周期數(shù)，取值為正整數(shù)；k為ut(t)調(diào)頻斜率；t為ut(t)調(diào)頻周期；f0為ut(t)載頻；t為時間，e^jπ取值為-1；

設ur(t)為接收機收到的雷達向外發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號照射到目標后的回波信號，則

式中：τ為回波延時，m(t)為電離層慢相徑相位調(diào)制函數(shù)，m(t)為周期的慢變化調(diào)制，m(t)采用正弦模型，表示為其中α為m(t)的頻率系數(shù)，β為m(t)的幅度系數(shù)，為m(t)的初相，m(t)經(jīng)過泰勒展開得：

di為第i次項的系數(shù)，i取值為正整數(shù)，第i次項為(2παnτ)ⁱ；

由于2παντ＜1，三次項及三次項以上相對較小，此處不加考慮。因此主要考慮i取值范圍為0～2的情況，i＝0時2παnτ為常數(shù)項，不考慮；

i＝1時(2παnτ)¹為一次項，導致多跳雜波在多普勒譜上搬移，即fshift1為一次項產(chǎn)生的搬移量；α為m(t)的頻率系數(shù)；d1為第1次項的系數(shù)；

i＝2時(2παnτ)²為二次項，導致多跳雜波展寬；得出多跳雜波展寬寬度由電離層慢相徑相位調(diào)制函數(shù)m(t)的二次項決定，即多跳雜波展寬寬度l＝d24πα²nt，多跳雜波展寬寬度l由雷達發(fā)射的線性調(diào)頻連續(xù)波信號ut(t)及其回波ur(t)測得，多跳雜波展寬寬度測出后得到系數(shù)d2為第2次項的系數(shù)；

多跳雜波所處位置floction由雷達發(fā)射的線性調(diào)頻連續(xù)波信號ut(t)及其回波ur(t)測得。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：所述步驟二中在步驟一的線性調(diào)頻連續(xù)波基礎上進行相位調(diào)制，得到脈間三次相位調(diào)制后的線性調(diào)頻連續(xù)波信號波形ut(t)；根據(jù)步驟一中得到的多跳雜波的寬度求得三次相位編碼系數(shù)，實現(xiàn)多跳雜波的壓縮；具體過程為：

已經(jīng)知道多跳雜波展寬主要是由電離層慢相徑相位調(diào)制函數(shù)泰勒展開后的二次項產(chǎn)生；為了將二次項補償?shù)?，在原有的線性調(diào)頻連續(xù)波基礎上進行脈間三次相位編碼，經(jīng)脈壓處理后，脈間會產(chǎn)生線性變化量和二次非線性變化量，線性項會導致多跳雜波在多普勒譜上進行搬移，此處暫時不考慮其影響，二次項則可對電離層慢相徑相位調(diào)制函數(shù)泰勒展開后的二次項進行補償；則通過步驟一中測得的多跳雜波寬度可得到三次相位編碼系數(shù)，從而使設計的波形實現(xiàn)多跳雜波壓縮的功能；

將二次項(2παnτ)²補償?shù)簦?/p>

在原有的線性調(diào)頻連續(xù)波ut(t)基礎上進行相位調(diào)制，其波形如下所示：

式中，ut(t)為脈間三次相位調(diào)制后的線性調(diào)頻連續(xù)波信號波形；c1為三次相位編碼系數(shù)；

設已知回波距離折疊次數(shù)為m，經(jīng)過距離處理后，由三次相位編碼系數(shù)c1產(chǎn)生的相位偏差如下式所示：

式中，ψn+m為三次相位編碼系數(shù)c1在第n+m個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，ψn為三次相位編碼系數(shù)c1在第n個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相；

當m為已知常數(shù)時，式(5)第三項c1m³為常數(shù)項，對距離多普勒處理結果無影響；第二項3c1m²n為一次項，三次相位編碼系數(shù)產(chǎn)生的搬移，搬移量為fshift2＝3c1m²/2t；

第一項3c1mn²為二次項，為了用它來補償慢相徑相位調(diào)制函數(shù)泰勒展開后的二次項，根據(jù)步驟一中得到的系數(shù)d2，求得c1＝lt/3mn，則雷達發(fā)射脈間三次相位調(diào)制后的線性調(diào)頻連續(xù)波信號波形ut(t)實現(xiàn)多跳雜波的壓縮。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：所述步驟三中對步驟二得到的脈間三次相位調(diào)制后的線性調(diào)頻連續(xù)波信號波形ut(t)進行二次相位編碼，使多跳雜波在多普勒譜上具有可控的搬移；具體過程為：

由于電離層慢相徑相位調(diào)制函數(shù)泰勒展開后產(chǎn)生的一次項導致多跳雜波在多普勒譜上有一個搬移量fshift1，同時，在步驟2中,為了補償慢相徑相位調(diào)制函數(shù)泰勒展開后的二次項，脈間進行三次相位編碼，經(jīng)處理后，在多普勒譜上會產(chǎn)生一個搬移量fshift2。為了能夠控制多跳雜波在多普勒譜上所處位置，在脈間三次相位編碼基礎上，在脈間再進行二次相位編碼，處理后可使多跳雜波在多普勒譜上具有一個可控的搬移。這樣則可同時實現(xiàn)多跳雜波的壓縮與可控搬移。

步驟二中c1值已確定，當m為已知常數(shù)時，則步驟二得到三次相位編碼系數(shù)產(chǎn)生的搬移量fshift2＝3c1m²/2t也為常數(shù)；m為回波距離折疊次數(shù)；

根據(jù)步驟一得到多跳雜波在多普勒譜上的位置floction和步驟二得到三次相位編碼系數(shù)產(chǎn)生的搬移量fshift2＝3c1m²/2t，多跳雜波在多普勒譜上最終位置表示為floction′＝lm/2n+floction；為了能夠控制多跳雜波在多普勒譜上所處位置，對步驟二得到的脈間三次相位調(diào)制后的線性調(diào)頻連續(xù)波信號波形ut(t)進行二次相位編碼，其波形如下所示：

式中，ut(t)′為對步驟二得到的三次相位編碼后的信號ut(t)脈間進行二次相位編碼后的波形；c2為二次相位編碼系數(shù)；

設已知回波距離折疊次數(shù)m，經(jīng)過距離處理后，由二次相位編碼系數(shù)c2產(chǎn)生的相位偏差如下式所示：

式中，φn+m為二次相位編碼系數(shù)c2在第n+m個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相，φn為二次相位編碼系數(shù)c2在第n個調(diào)頻周期t類內(nèi)賦予的初相；

當m為已知常數(shù)時，式(7)第二項c2m²為常數(shù)項，對距離多普勒處理結果無影響；第一項2c2mn為一次項，在多普勒譜上產(chǎn)生搬移量fshift-change＝c2m/t，搬移量fshift-change的大小通過二次相位編碼系數(shù)c2進行調(diào)整，最終使多跳雜波在多普勒譜上搬移到無目標位置fend；

fend＝flocation′+fshift-change(8)

根據(jù)式(8)求出fshift-change，進而求得c2，使多跳雜波在多普勒譜上具有可控的搬移。

通過本發(fā)明的具體實施可以看出，在多跳雜波干擾場景中，通過本發(fā)明的波形設計方法，可以同時滿足多跳雜波壓縮與在多普勒譜上進行可控搬移，實現(xiàn)雷達對目標的正確檢測。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至三之一相同。

采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果：

實施例一：

本實施例一種基于認知雷達抗多跳雜波干擾波形設計方法具體是按照以下步驟制備的：

通過設置合適的波形參數(shù)及電離層慢相徑相位調(diào)制函數(shù)m(t)，在仿真工具matlab上進行仿真驗證。

波形參數(shù)設計：

如圖3a、3b所示，線性調(diào)頻連續(xù)波回波在多普勒頻譜上多跳雜波淹沒目標信號，造成目標不能被有效檢測到，本發(fā)明所設計信號在多普勒頻譜上多跳雜波被壓縮且被搬移到不關心的多普勒區(qū)間。

如圖4a、4b所示，脈內(nèi)線性調(diào)頻脈間二次相位編碼信號在多普勒頻譜上多跳雜波被搬移開，低速目標能被有效檢測到，但高速目標檢測受到影響，本發(fā)明所設計信號在多普勒頻譜上多跳雜波被壓縮且被搬移開，利于雷達對目標的檢測。

本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，本領域技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。