本發(fā)明涉及一種無源雷達(dá)信號處理方法，尤其涉及一種基于信號重構(gòu)的BDS直達(dá)波干擾抑制方法。

背景技術(shù)：

基于外輻射源的無源雷達(dá)是指一種自身不發(fā)射電磁波而依靠接收目標(biāo)反射第三方非合作信號的電磁波以達(dá)到對目標(biāo)檢測的雷達(dá)，這類無源雷達(dá)與有源雷達(dá)相比具有以下優(yōu)勢：(1)由于外輻射源大多數(shù)為空中已存在的民用信號，分布普遍，故敵方難以分析判斷加以摧毀，具有很強(qiáng)的戰(zhàn)場生存能力；另一方面，民用信號種類繁多，且大多工作于低頻段，具有全天時、全天候的特點(diǎn)，故無源雷達(dá)系統(tǒng)可以根據(jù)不同情況選用不同的外輻射源，極大的減小了被干擾的可能性；(2)由于目前隱身武器所使用的隱身材料一般是針對某些特定的軍用雷達(dá)頻率才有效，而大多數(shù)外輻射源的信號頻率較低，屬于民用頻段，用它來進(jìn)行目標(biāo)探測還有利于發(fā)現(xiàn)隱身飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈之類的目標(biāo)；(3)基于外輻射源的無源雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)是屬于雙/多基地雷達(dá)系統(tǒng)，一般是利用目標(biāo)的前向散射信息，能獲得更大的目標(biāo)雷達(dá)橫截面積(RCS)；(4)由于利用外輻射源，對于完全保持無線電寂靜的目標(biāo)也能進(jìn)行探測。

基于上述優(yōu)點(diǎn)，自上世紀(jì)七十年代以來，基于外輻射源的無源雷達(dá)技術(shù)得到迅速發(fā)展，并且在國外已有成熟系統(tǒng)投入軍事應(yīng)用中。例如捷克臺斯拉公司在1979年推出的“RAMOHA KATR-81 Soft ball”系統(tǒng)，1987年推出的改進(jìn)版“TAMARA KATR-86 Transh bin”系統(tǒng)，上世紀(jì)九十年代以色列埃爾塔公司研發(fā)出的EL/L-8300低級防空預(yù)警電子情報(bào)系統(tǒng)，改進(jìn)的EL/L-8388系統(tǒng)，以及美國洛克希德·馬丁公司于1998年推出的目前最為典型的代表“沉默哨兵”，經(jīng)過數(shù)次升級后，目前第三代產(chǎn)品已存儲全球5.5萬個商用電臺、電視臺的位置與頻率信息，對于RCS為10平方米的目標(biāo)跟蹤距離可達(dá)220千米，能同時跟蹤200個以上目標(biāo)，并能區(qū)分出間隔15米的兩個目標(biāo)。進(jìn)入二十一世紀(jì)后，國內(nèi)外對基于外輻射源的無源雷達(dá)研究進(jìn)入爆炸式發(fā)展階段。目前基本大部分地面地基民用信號均曾被用作外輻射源進(jìn)行過研究，相對而言，衛(wèi)星信號被選作外輻射源的研究較少，而全球?qū)Ш蕉ㄎ恍l(wèi)星就是其中一種。目前，我國自主研發(fā)的中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)正處于大力發(fā)展的階段，至今已有23顆北斗衛(wèi)星成功發(fā)射并在軌正常運(yùn)行，預(yù)計(jì)在2020年BDS實(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш焦δ堋DS信號全球覆蓋，具有全天時全天候的特點(diǎn)，因此研究基于BDS的無源雷達(dá)對于我國而言具有很重要的軍事意義。

基于外輻射源的無源雷達(dá)接收系統(tǒng)一般采用雙接收通道：一路用于接收直達(dá)波信號，稱為直達(dá)波信號通道；另一路用于接收目標(biāo)信號，稱為目標(biāo)信號通道。將直達(dá)波信號作為參考信號分析目標(biāo)信號的能量，估計(jì)出目標(biāo)信號的到達(dá)方向、到達(dá)時間和多普勒頻移等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的探測和跟蹤。由于目標(biāo)信號十分微弱，到達(dá)接收機(jī)的直達(dá)波信號強(qiáng)度遠(yuǎn)大于目標(biāo)信號，因此在目標(biāo)信號通道中存在嚴(yán)重的直達(dá)波干擾。為了能成功的將目標(biāo)檢測出，必須對目標(biāo)信號通道內(nèi)的直達(dá)波干擾進(jìn)行消除抑制。

自適應(yīng)濾波是一種在時域上較為簡單又有效的雜波干擾抑制方法，遞歸最小二乘法(RLS)即是其中一種。RLS算法具有收斂速度快且不受輸入相關(guān)矩陣的特征值影響的特點(diǎn)，被大家廣泛應(yīng)用。但在基于外輻射源的無源雷達(dá)系統(tǒng)中，由于目標(biāo)信號接收通道內(nèi)的信干比低至負(fù)數(shù)十分貝，因此使用RLS算法進(jìn)行直達(dá)波干擾抑制時，要求參考信號的信噪比要高達(dá)十幾分貝才有效。在基于BDS的無源雷達(dá)系統(tǒng)中直達(dá)波接收通道內(nèi)的直達(dá)波信噪比一般僅有0dB左右，遠(yuǎn)不能達(dá)到作為參考信號的要求，因此急需尋求一種能解決在直達(dá)波信號信噪比較差的情況下依然能將目標(biāo)信號接收通道內(nèi)的直達(dá)波干擾信號成功抑制的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于信號重構(gòu)的BDS直達(dá)波干擾抑制方法，在直達(dá)波信號信噪比較差的情況下依然能將目標(biāo)信號接收通道內(nèi)的直達(dá)波干擾信號成功抑制。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種基于信號重構(gòu)的BDS直達(dá)波干擾抑制方法，包括以下步驟：

步驟1，在直達(dá)波接收通道中采用BDS接收機(jī)接收并解調(diào)得到直達(dá)波基帶信號，目標(biāo)信號接收通道接收并解調(diào)得到目標(biāo)基帶信號；

步驟2，利用本地碼發(fā)生器通過基于FFT的雙通道并行法捕獲直達(dá)波基帶信號的時延和多普勒頻移；

步驟3，利用該時延和多普勒頻移調(diào)制本地碼以構(gòu)造出無噪聲的直達(dá)波信號；

步驟4，利用重構(gòu)出的直達(dá)波信號作為參考信號通過RLS算法對目標(biāo)信號接收通道內(nèi)的目標(biāo)基帶信號進(jìn)行直達(dá)波干擾抑制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)為：

基于BDS的無源雷達(dá)系統(tǒng)中，在直達(dá)波信號通道內(nèi)的直達(dá)波信噪比較差的情況下，利用本發(fā)明的方法處理后依然可以將目標(biāo)信號通道內(nèi)的直達(dá)波干擾信號成功抑制。

附圖說明

圖1是基于BDS的無源雷達(dá)系統(tǒng)探測模型圖。

圖2是基于BDS的無源雷達(dá)中目標(biāo)信號信干比為-50dB時進(jìn)行相關(guān)檢測的結(jié)果圖。

圖3是基于BDS的無源雷達(dá)接收機(jī)系統(tǒng)信號處理流程圖。

圖4是基于FFT的雙通道并行法捕獲直達(dá)波信號參數(shù)流程圖。

圖5是基于BDS的無源雷達(dá)中使用本發(fā)明提供的直達(dá)波干擾抑制方法對直達(dá)波干擾進(jìn)行抑制后的效果圖。

圖6是基于BDS的無源雷達(dá)中直接采用RLS算法對直達(dá)波干擾進(jìn)行抑制后的效果圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖3，本發(fā)明的一種基于信號重構(gòu)的BDS直達(dá)波干擾抑制方法，包括以下步驟：

步驟1，在直達(dá)波接收通道中采用BDS接收機(jī)接收并解調(diào)得到直達(dá)波基帶信號，目標(biāo)信號接收通道接收并解調(diào)得到目標(biāo)基帶信號；

步驟2，利用本地碼發(fā)生器通過基于FFT的雙通道并行法捕獲直達(dá)波基帶信號的時延和多普勒頻移；

步驟3，利用該時延和多普勒頻移調(diào)制本地碼以構(gòu)造出無噪聲的直達(dá)波信號；

步驟4，利用重構(gòu)出的直達(dá)波信號作為參考信號通過RLS算法對目標(biāo)信號接收通道內(nèi)的目標(biāo)基帶信號進(jìn)行直達(dá)波干擾抑制。

進(jìn)一步的，步驟2中利用本地碼發(fā)生器通過基于FFT的雙通道并行法捕獲直達(dá)波信號的具體過程為：

步驟2-1，使用具有頻率步進(jìn)控制功能的本地振蕩器鎖定初始頻率f₀，產(chǎn)生兩路同頻的正交信號分別與長度為N的待檢測信號S_ref混頻得到I、Q兩路信號，分別表示為R[x(t)]、I[x(t)]，并將R[x(t)]、I[x(t)]作為實(shí)部和虛部進(jìn)行FFT運(yùn)算，得到頻譜序列X[k]；

步驟2-2，利用本地碼發(fā)生器產(chǎn)生兩路分別與調(diào)制同相和正交相支路上的碼信號相對應(yīng)的兩路本地碼c_c(n)、c_p(n)，經(jīng)過FFT運(yùn)算再取共軛得到頻譜序列k＝0,1,...,N-1；

步驟2-3，將X[k]分別與相乘，得到頻譜積Z_c[k]、Z_p[k]后，再相加得到合成譜序列Z[k]；

步驟2-4，將Z[k]進(jìn)行IFFT運(yùn)算，再取模平方，最后輸出結(jié)果，結(jié)果為一長度為N的一維數(shù)組F_judge(n)；

步驟2-5，對結(jié)果F_judge(n)進(jìn)行判定：求取F_judge(n)最大值若超過預(yù)設(shè)門限則代表直達(dá)波信號捕獲成功，此時本地振蕩器頻率即為直達(dá)波多普勒頻移f′_d，最大值點(diǎn)在數(shù)組中對應(yīng)的位置n₀經(jīng)過換算即為直達(dá)波信號時延τ'_d＝n₀×T_s，T_s為采樣間隔時間，若低于預(yù)設(shè)門限則代表直達(dá)波信號捕獲失敗，將信息反饋給本地振蕩器，控制本振頻率步進(jìn)一步，重復(fù)上述所有步驟，直至成功捕獲為止。

下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

實(shí)施例

如圖1所示，基于BDS的彈載無源雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)是屬于雙基地雷達(dá)系統(tǒng)，BDS衛(wèi)星網(wǎng)構(gòu)成外輻射源，無源雷達(dá)通過接收目標(biāo)反射的BDS信號來對目標(biāo)進(jìn)行探測定位。無源雷達(dá)接收機(jī)由兩個支路組成：一路用于接收BDS衛(wèi)星的直達(dá)波信號，稱為直達(dá)波接收通道；另一路用于接收經(jīng)由目標(biāo)反射的BDS信號，稱為目標(biāo)信號接收通道；通過對兩路信號進(jìn)行信號處理，獲得目標(biāo)的波到達(dá)方向、到達(dá)時間、到達(dá)時間差和多普勒頻移等參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的探測。

由于BDS信號具有全向性，因此無源雷達(dá)接收機(jī)的目標(biāo)信號接收通道內(nèi)也存在很強(qiáng)的直達(dá)波信號，該通道內(nèi)的信干比一般為負(fù)幾十分貝，當(dāng)對兩路信號進(jìn)行互模糊相關(guān)時，直達(dá)波干擾嚴(yán)重影響了目標(biāo)信號的檢測，如圖2所示為目標(biāo)信號信干比為-50dB時的檢測結(jié)果。為了將該直達(dá)波干擾進(jìn)行抑制，結(jié)合圖3說明，本發(fā)明提供的一種基于信號重構(gòu)的BDS直達(dá)波干擾抑制方法步驟如下：

步驟1，在直達(dá)波信號通道中采用BDS接收機(jī)接收并解調(diào)得到直達(dá)波基帶信號S_ref，目標(biāo)信號接收通道接收并解調(diào)得到目標(biāo)基帶信號S_main；

步驟2，利用本地碼發(fā)生器通過基于FFT的雙通道并行法捕獲直達(dá)波基帶信號S_ref的時延τ'和多普勒頻移f_d'；

步驟3，利用該時延τ'和多普勒頻移f_d'調(diào)制本地碼以構(gòu)造出純凈直達(dá)波信號S'_ref；

步驟4，利用重構(gòu)出的直達(dá)波信號S'_ref作為參考信號通過RLS算法對目標(biāo)信號接收通道內(nèi)的信號S_main進(jìn)行直達(dá)波干擾抑制得到最終結(jié)果y(t)。

結(jié)合圖4，對本發(fā)明的具體實(shí)施方法進(jìn)行進(jìn)一步闡述：

第一步，在直達(dá)波信號通道中采用標(biāo)準(zhǔn)BDS接收機(jī)接收并解調(diào)得到直達(dá)波基帶信號S_ref(t)，S_ref(t)為一長度為N的一維數(shù)組序列；目標(biāo)信號接收通道接收并解調(diào)得到目標(biāo)基帶信號S_main(t)，S_main(t)為一長度為N的一維數(shù)組序列。

第二步，利用本地碼發(fā)生器通過基于FFT的雙通道并行法捕獲直達(dá)波信號S_ref的時延τ'和多普勒頻移f_d'。其具體實(shí)施方式為：

(1)設(shè)定本地振蕩器初始頻率為f₀，產(chǎn)生兩路同頻的正交信號分別與長度為N的待檢測信號S_ref(t)混頻得到I、Q兩路信號，分別表示為R[x(t)]、I[x(t)]，將R[x(t)]、I[x(t)]分別作為實(shí)部和虛部合成信號x(t)，如式(1)所示，再將x(t)進(jìn)行FFT運(yùn)算，得到X[k]，如式(2)所示，

x(t)＝S_ref(t)·exp(j·2πf₀t) (1)

式中x(n)是x(t)的離散化結(jié)果；

(2)利用本地碼發(fā)生器產(chǎn)生兩路分別與調(diào)制同相和正交相支路上的碼信號想對應(yīng)的兩路本地碼c_c(n)、c_p(n)，經(jīng)過FFT運(yùn)算再取共軛得到如式(3)所示；

(3)將X[k]分別與相乘，得到z_c[k]、z_p[k]后，再相加得到z[k]，如式(4)、式(5)所示；

Z[k]＝Z_c[k]+Z_p[k] (5)

(4)將Z[k]進(jìn)行IFFT運(yùn)算，如式(6)所示，再取模平方，如式(7)所示，最后輸出結(jié)果，結(jié)果為一長度為N的一維數(shù)組F_judge(n)；

式中z(n)是Z(k)進(jìn)行IFFT的結(jié)果，I_conv(n)、Q_conv(n)分別為z(n)的實(shí)部和虛部；

(5)對結(jié)果進(jìn)行判定：求取F_judge(n)最大值若超過預(yù)設(shè)門限則代表直達(dá)波信號捕獲成功，此時本地振蕩器頻率即為直達(dá)波多普勒頻移f′_d，F(xiàn)_judge(n)最大值點(diǎn)在數(shù)組中對應(yīng)的位置經(jīng)過換算即為直達(dá)波信號時延τ'_d；若低于預(yù)設(shè)門限則代表直達(dá)波信號捕獲失敗，將信息反饋給本地振蕩器，控制本振頻率步進(jìn)一步，重復(fù)上述所有步驟，直至成功捕獲為止。

第三步，利用捕獲的時延τ'和多普勒頻移f_d'調(diào)制本地碼c(t)以構(gòu)造出無噪聲的直達(dá)波信號S'_ref(t)，即

S'_ref(t)＝c(t-τ')·exp(j·2πf′_dt) (8)

第四步，最后利用重構(gòu)出的直達(dá)波信號S'_ref(t)作為參考信號通過RLS算法對目標(biāo)信號接收通道內(nèi)的信號S_main(t)進(jìn)行直達(dá)波干擾抑制獲得最終信號y(t)。

依圖3中所示，將經(jīng)過本發(fā)明提供的直達(dá)波干擾抑制方法所得的最終結(jié)果y(t)與直達(dá)波接收通道內(nèi)的信號S_ref(t)進(jìn)行互相關(guān)處理即可。如圖5、圖6是在直達(dá)波信號S_ref(t)信噪比為0dB、目標(biāo)信號S_main(t)信干比為-50dB條件下，分別利用本發(fā)明提供的基于信號重構(gòu)的BDS直達(dá)波干擾抑制方法進(jìn)行直達(dá)波干擾抑制和僅通過RLS算法對直達(dá)波干擾進(jìn)行抑制所得的結(jié)果。將圖2、圖5、圖6進(jìn)行對比可知，經(jīng)過本發(fā)明提供的一種基于信號重構(gòu)的BDS直達(dá)波干擾抑制方法在直達(dá)波接收通道內(nèi)的信號信噪比很低的情況下依然能將目標(biāo)信號接收通道內(nèi)的直達(dá)波干擾成功抑制。