本發(fā)明涉及抗多跳雜波干擾波形設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

多普勒處理是高頻天波超視距雷達(dá)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)的關(guān)鍵步驟。然而，由于天波雷達(dá)傳輸過(guò)程中存在距離多跳現(xiàn)象，雷達(dá)威力覆蓋范圍以外的多跳雜波通過(guò)電離層與地球表面的多次反射進(jìn)入到接收機(jī)中形成多普勒擴(kuò)展雜波。通常目標(biāo)信號(hào)回波能量遠(yuǎn)小于多跳雜波能量，因此，當(dāng)目標(biāo)多普勒頻率與多跳雜波所處的多普勒頻率相鄰近時(shí)，強(qiáng)多跳雜波會(huì)在多普勒譜上淹沒(méi)目標(biāo)信號(hào)。因此，為保證天波雷達(dá)在多跳雜波干擾下對(duì)目標(biāo)正常檢測(cè)與跟蹤，解決多跳雜波影響具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。

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

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有方法實(shí)現(xiàn)了多跳雜波與一定范圍內(nèi)目標(biāo)分離的同時(shí)犧牲了部分多普勒檢測(cè)區(qū)間，由于區(qū)間大小取決于多跳雜波擴(kuò)展寬度，從而影響目標(biāo)的正常檢測(cè)的缺點(diǎn)，而提出一種基于認(rèn)知雷達(dá)抗多跳雜波干擾波形設(shè)計(jì)方法。

一種基于認(rèn)知雷達(dá)抗多跳雜波干擾波形設(shè)計(jì)方法具體過(guò)程為：

步驟一：雷達(dá)向外發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，接收機(jī)接收到回波信號(hào)，雷達(dá)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行距離多普勒二維處理，得到回波信號(hào)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(chǔ)上進(jìn)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(hào)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(shí)現(xiàn)多跳雜波的壓縮；

步驟三：對(duì)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(hào)波形ut(t)進(jìn)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(shè)計(jì)一種脈內(nèi)調(diào)頻脈間調(diào)相信號(hào)對(duì)多跳雜波在多普勒譜進(jìn)行壓縮。該方法首先通過(guò)認(rèn)知雷達(dá)獲取多跳雜波相關(guān)參數(shù)的先驗(yàn)知識(shí)。根據(jù)得到的參數(shù)設(shè)計(jì)脈間調(diào)相因子，將多跳雜波在多普勒譜上進(jìn)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(shí)，本發(fā)明還保留了背景技術(shù)中對(duì)多跳雜波進(jìn)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(dá)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)性能。通過(guò)本發(fā)明的波形設(shè)計(jì)方法，可以同時(shí)滿足多跳雜波壓縮和在多普勒譜上進(jìn)行可控搬移，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的正確檢測(cè)。解決現(xiàn)有方法實(shí)現(xiàn)了多跳雜波與一定范圍內(nèi)目標(biāo)分離的同時(shí)犧牲了部分多普勒檢測(cè)區(qū)間，由于區(qū)間大小取決于多跳雜波擴(kuò)展寬度，從而影響目標(biāo)的正常檢測(cè)的缺點(diǎn)。

根據(jù)圖3b可得出在175hz到339hz之間都不能檢測(cè)出目標(biāo)，多跳雜波將目標(biāo)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(shí)現(xiàn)雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的正確檢測(cè)。

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(cè)出目標(biāo)，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(shí)多跳雜波寬度壓縮到-390hz到-406hz，污染區(qū)域減小了，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的正確檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所設(shè)計(jì)信號(hào)示意圖，ψ1為三次相位編碼系數(shù)c1在第一個(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)內(nèi)賦予的初相，ψ2為三次相位編碼系數(shù)c1在第二個(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)內(nèi)賦予的初相，ψn為三次相位編碼系數(shù)c1在第n個(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)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(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)內(nèi)賦予的初相，φ1為二次相位編碼系數(shù)c2在第一個(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)內(nèi)賦予的初相，φ2為二次相位編碼系數(shù)c2在第二個(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)內(nèi)賦予的初相，φn為二次相位編碼系數(shù)c2在第n個(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)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(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)內(nèi)賦予的初相，f為頻率；

圖2為本發(fā)明所設(shè)計(jì)信號(hào)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(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)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(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)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(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)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(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)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(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)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(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)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(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)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(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)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(shè)計(jì)信號(hào)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(shè)計(jì)信號(hào)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(hào)回波多普勒頻譜仿真圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1、圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種基于認(rèn)知雷達(dá)抗多跳雜波干擾波形設(shè)計(jì)方法具體過(guò)程為：

步驟一：雷達(dá)向外發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，接收機(jī)接收到回波信號(hào)，雷達(dá)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行距離多普勒二維處理，得到回波信號(hào)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(chǔ)上進(jìn)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(hào)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(shí)現(xiàn)多跳雜波的壓縮；

步驟三：對(duì)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(hào)波形ut(t)進(jìn)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(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：所述步驟一中雷達(dá)向外發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，接收機(jī)接收到回波信號(hào)，雷達(dá)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行距離多普勒二維處理，得到回波信號(hào)中多跳雜波的寬度l以及多跳雜波所處位置floction；具體過(guò)程為：

雷達(dá)向外發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，接收機(jī)對(duì)回波進(jìn)行距離多普勒二維處理，獲得目標(biāo)距離速度信息；多跳雜波通過(guò)電離層多次反射進(jìn)入接收機(jī)，由于多跳雜波在脈間是非線性變化，所以進(jìn)行脈間多普勒處理時(shí)多跳雜波在多普勒譜上會(huì)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(duì)其進(jìn)行泰勒展開(kāi)得到無(wú)限項(xiàng)冪級(jí)數(shù)的和，其中常數(shù)項(xiàng)對(duì)結(jié)果無(wú)影響，一次項(xiàng)會(huì)導(dǎo)致多跳雜波在多普勒譜上搬移，二次項(xiàng)及高次項(xiàng)會(huì)導(dǎo)致多跳雜波擴(kuò)展，但擴(kuò)展程度主要由二次項(xiàng)決定，所以三次項(xiàng)及更高次項(xiàng)可忽略，不進(jìn)行考慮。

雷達(dá)向外發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，信號(hào)波形為：

式中：ut(t)為線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)波形，n為ut(t)相干積累周期內(nèi)調(diào)頻脈沖序號(hào)，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(shí)間，e^jπ取值為-1；

設(shè)ur(t)為接收機(jī)收到的雷達(dá)向外發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)照射到目標(biāo)后的回波信號(hào)，則

式中：τ為回波延時(shí)，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(guò)泰勒展開(kāi)得：

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

由于2παντ＜1，三次項(xiàng)及三次項(xiàng)以上相對(duì)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(shí)2παnτ為常數(shù)項(xiàng)，不考慮；

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

i＝2時(shí)(2παnτ)²為二次項(xiàng)，導(dǎo)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(xiàng)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(dá)發(fā)射的線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)ut(t)及其回波ur(t)測(cè)得，多跳雜波展寬寬度測(cè)出后得到系數(shù)d2為第2次項(xiàng)的系數(shù)；

多跳雜波所處位置floction由雷達(dá)發(fā)射的線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)ut(t)及其回波ur(t)測(cè)得。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)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(chǔ)上進(jìn)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(hào)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(shí)現(xiàn)多跳雜波的壓縮；具體過(guò)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(kāi)后的二次項(xiàng)產(chǎn)生；為了將二次項(xiàng)補(bǔ)償?shù)?，在原有的線性調(diào)頻連續(xù)波基礎(chǔ)上進(jìn)行脈間三次相位編碼，經(jīng)脈壓處理后，脈間會(huì)產(chǎn)生線性變化量和二次非線性變化量，線性項(xiàng)會(huì)導(dǎo)致多跳雜波在多普勒譜上進(jìn)行搬移，此處暫時(shí)不考慮其影響，二次項(xiàng)則可對(duì)電離層慢相徑相位調(diào)制函數(shù)泰勒展開(kāi)后的二次項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償；則通過(guò)步驟一中測(cè)得的多跳雜波寬度可得到三次相位編碼系數(shù)，從而使設(shè)計(jì)的波形實(shí)現(xiàn)多跳雜波壓縮的功能；

將二次項(xiàng)(2παnτ)²補(bǔ)償?shù)簦?/p>

在原有的線性調(diào)頻連續(xù)波ut(t)基礎(chǔ)上進(jìn)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(hào)波形；c1為三次相位編碼系數(shù)；

設(shè)已知回波距離折疊次數(shù)為m，經(jīng)過(guò)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(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)內(nèi)賦予的初相，ψn為三次相位編碼系數(shù)c1在第n個(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)內(nèi)賦予的初相；

當(dāng)m為已知常數(shù)時(shí)，式(5)第三項(xiàng)c1m³為常數(shù)項(xiàng)，對(duì)距離多普勒處理結(jié)果無(wú)影響；第二項(xiàng)3c1m²n為一次項(xiàng)，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(xiàng)3c1mn²為二次項(xiàng)，為了用它來(lái)補(bǔ)償慢相徑相位調(diào)制函數(shù)泰勒展開(kāi)后的二次項(xiàng)，根據(jù)步驟一中得到的系數(shù)d2，求得c1＝lt/3mn，則雷達(dá)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(hào)波形ut(t)實(shí)現(xiàn)多跳雜波的壓縮。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：所述步驟三中對(duì)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(hào)波形ut(t)進(jìn)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(guò)程為：

由于電離層慢相徑相位調(diào)制函數(shù)泰勒展開(kāi)后產(chǎn)生的一次項(xiàng)導(dǎo)致多跳雜波在多普勒譜上有一個(gè)搬移量fshift1，同時(shí)，在步驟2中,為了補(bǔ)償慢相徑相位調(diào)制函數(shù)泰勒展開(kāi)后的二次項(xiàng)，脈間進(jìn)行三次相位編碼，經(jīng)處理后，在多普勒譜上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(chǔ)上，在脈間再進(jìn)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(gè)可控的搬移。這樣則可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多跳雜波的壓縮與可控搬移。

步驟二中c1值已確定，當(dāng)m為已知常數(shù)時(shí)，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(duì)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(hào)波形ut(t)進(jìn)行二次相位編碼，其波形如下所示：

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

設(shè)已知回波距離折疊次數(shù)m，經(jīng)過(guò)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(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)內(nèi)賦予的初相，φn為二次相位編碼系數(shù)c2在第n個(gè)調(diào)頻周期t類(lèi)內(nèi)賦予的初相；

當(dāng)m為已知常數(shù)時(shí)，式(7)第二項(xiàng)c2m²為常數(shù)項(xiàng)，對(duì)距離多普勒處理結(jié)果無(wú)影響；第一項(xiàng)2c2mn為一次項(xiàng)，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(guò)二次相位編碼系數(shù)c2進(jìn)行調(diào)整，最終使多跳雜波在多普勒譜上搬移到無(wú)目標(biāo)位置fend；

fend＝flocation′+fshift-change(8)

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

通過(guò)本發(fā)明的具體實(shí)施可以看出，在多跳雜波干擾場(chǎng)景中，通過(guò)本發(fā)明的波形設(shè)計(jì)方法，可以同時(shí)滿足多跳雜波壓縮與在多普勒譜上進(jìn)行可控搬移，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的正確檢測(cè)。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果：

實(shí)施例一：

本實(shí)施例一種基于認(rèn)知雷達(dá)抗多跳雜波干擾波形設(shè)計(jì)方法具體是按照以下步驟制備的：

通過(guò)設(shè)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(jìn)行仿真驗(yàn)證。

波形參數(shù)設(shè)計(jì)：

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(méi)目標(biāo)信號(hào)，造成目標(biāo)不能被有效檢測(cè)到，本發(fā)明所設(shè)計(jì)信號(hào)在多普勒頻譜上多跳雜波被壓縮且被搬移到不關(guān)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(hào)在多普勒頻譜上多跳雜波被搬移開(kāi)，低速目標(biāo)能被有效檢測(cè)到，但高速目標(biāo)檢測(cè)受到影響，本發(fā)明所設(shè)計(jì)信號(hào)在多普勒頻譜上多跳雜波被壓縮且被搬移開(kāi)，利于雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)。

本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。