本發(fā)明屬于雷達(dá)信號處理，特別涉及一種新型超電磁表面周期相位調(diào)制干擾抑制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著雷達(dá)干擾技術(shù)逐漸成熟化和多樣化，給雷達(dá)探測帶來了巨大的挑戰(zhàn)。按干擾能量來源劃分，典型雷達(dá)干擾可分為有源干擾和無源干擾兩種。無源干擾技術(shù)通常利用箔條等物體反射雷達(dá)信號后產(chǎn)生虛假回波、高功率干擾、噪聲回波或削弱目標(biāo)反射回波信號以達(dá)到破壞雷達(dá)對目標(biāo)偵察的目的，具有快速產(chǎn)生干擾信號、暴露幾率小等優(yōu)點，但是產(chǎn)生無源干擾的物體一旦成型，其干擾特點隨之固定，容易被解析從而失效。有源干擾按照產(chǎn)生的干擾效果可分為欺騙式干擾和壓制式干擾。壓制式干擾通過電子干擾產(chǎn)生大帶寬、大功率信號使敵方的電子設(shè)備收到的有用信號變得模糊或完全被掩蓋，從而無法正常工作；欺騙式干擾是指有意的發(fā)射或轉(zhuǎn)發(fā)以幅度、相位、頻率進(jìn)行調(diào)制的間斷或連續(xù)信號，擾亂或迷惑敵方雷達(dá)，使之得到虛假信息，做出錯誤判斷，其中轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾的基本原理是通過截獲雷達(dá)入射波，在對其參數(shù)進(jìn)行估計后產(chǎn)生與雷達(dá)入射信號相近的虛假反射信號，使得接收方根據(jù)虛假的反射信號做出錯誤判斷從而達(dá)到干擾的目的。

2、隨著干擾技術(shù)手段逐漸靈活可控，人工電磁表面是目前電磁干擾領(lǐng)域的研究熱點。從調(diào)控電磁波特性的角度來看，其主要包括幅度調(diào)控、相位調(diào)控、極化調(diào)控、波束指向、綜合調(diào)控。其中實現(xiàn)相位調(diào)控的人工電磁表面又稱相位調(diào)制表面(phase-switchedscreen，pss)，利用有源阻抗層通斷對雷達(dá)入射波進(jìn)行間歇相位調(diào)制，使入射信號相位偏離值隨調(diào)制信號成比例變化、已調(diào)反射信號在頻域產(chǎn)生頻譜搬移的效果，從而產(chǎn)生欺騙式干擾。pss不主動輻射干擾電磁波，故可視為一種無源干擾器件，同時其運用電控的方式改變有源阻抗層的反射特性，從而改變干擾特點，不易被解析。因此，pss兼具了有源轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾能夠達(dá)到的效果和無源干擾反應(yīng)時間快的優(yōu)勢，同時克服了有源干擾暴露風(fēng)險大、干擾信號形成難度大等諸多弊端和無源干擾對戰(zhàn)場環(huán)境的適應(yīng)能力差的問題，分散真實目標(biāo)處的能量，并且在多個頻點上產(chǎn)生假目標(biāo)，以其“強時變性”、“強耦合性”、“強相似性”等特點使得雷達(dá)系統(tǒng)的探測功能面臨巨大威脅。

3、面對欺騙式干擾，現(xiàn)有的主流抗干擾方式可分為欺騙信號檢測和欺騙信號消除。欺騙信號檢測一般是通過干擾信號與真實回波之間的差異從而檢測出信號存在干擾。目前主要從干擾與回波之間的時域、頻域或極化域特征差異借助模式識別的手段進(jìn)行干擾檢測。但是目前的研究中直接對原始信號及其頻譜進(jìn)行操作，適用于高信噪比下的單載波雷達(dá)信號，當(dāng)應(yīng)對低信噪比時，相應(yīng)方法的計算復(fù)雜度增高。轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾使得雷達(dá)接收端脈壓后產(chǎn)生多個假目標(biāo)峰，在目標(biāo)恒虛警率(constant?false?alarm?rate，cfar)檢測失效，尤其當(dāng)干擾從波束主瓣進(jìn)入時會嚴(yán)重干擾雷達(dá)的探測效果。目前，雷達(dá)抗主瓣欺騙干擾的方法從本質(zhì)上分為兩種：一是優(yōu)化發(fā)射波形，降低干擾與回波的相似度；二是在干擾進(jìn)入接收機時，從信號處理角度出發(fā)進(jìn)行干擾抑制，保證雷達(dá)能夠提取真實目標(biāo)信息。

4、然而，抑制時域電磁超表面這類新型欺騙干擾的方法所存文獻(xiàn)較少，相較于有源欺騙式干擾，時域電磁超表面調(diào)制干擾具有調(diào)制更多變、與入射波更相似、接收端難以檢測與區(qū)分的特點，使得干擾抑制方式愈加復(fù)雜。因此，開展時域電磁超表面干擾抑制技術(shù)的研究尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對目前抗轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾方法運用在抗時域電磁超表面干擾的缺乏和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種時域周期相位調(diào)制的電磁干擾抑制方法，在不改變雷達(dá)現(xiàn)有體制和硬件條件下實現(xiàn)新型干擾的有效抑制。

2、為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種時域周期相位調(diào)制的電磁干擾抑制方法，包括：

4、構(gòu)造雷達(dá)發(fā)射信號經(jīng)目標(biāo)的相位調(diào)制表面調(diào)制后受干擾的雷達(dá)回波信號的數(shù)學(xué)模型；

5、構(gòu)造參考信號，利用參考信號對受干擾的雷達(dá)回波信號進(jìn)行解線性調(diào)頻處理；

6、利用解線性調(diào)頻處理后的雷達(dá)回波信號，對調(diào)制信號的頻譜進(jìn)行頻率和占空比估計，根據(jù)估計結(jié)果重構(gòu)調(diào)制信號；

7、利用將重構(gòu)的調(diào)制信號進(jìn)行時延處理后的結(jié)果以及雷達(dá)回波信號得到去調(diào)制信號；

8、對去調(diào)制信號進(jìn)行去載波處理后，通過匹配濾波器進(jìn)行脈壓處理；

9、對重構(gòu)的調(diào)制信號在時域上進(jìn)行滑窗操作，利用脈壓處理的最大值與時延的關(guān)系，確定調(diào)制開始時間，從而恢復(fù)真實的雷達(dá)回波信號。

10、進(jìn)一步地，所述受干擾的雷達(dá)回波信號的數(shù)學(xué)模型表示為：

11、

12、上式中，t為時間變量，st(t)為沿相位調(diào)制表面的法相入射的雷達(dá)發(fā)射信號，l(t)為相位調(diào)制表面的調(diào)制信號，rect[·]為矩形窗函數(shù)，e為自然常數(shù)，j為虛數(shù)單位，tr為脈沖雷達(dá)發(fā)射信號的脈寬，k為線性調(diào)頻信號的線性調(diào)頻率，fc為中心頻率，r代表目標(biāo)與雷達(dá)的徑向距離，c為光速，t0表示當(dāng)雷達(dá)發(fā)射信號入射到相位調(diào)制表面時的調(diào)制時刻。

13、進(jìn)一步地，所述構(gòu)造參考信號，利用參考信號對受干擾的雷達(dá)回波信號進(jìn)行解線性調(diào)頻處理，包括：

14、參考信號表示為：

15、

16、其中，tref＝rref/c，rref是參考距離，且rref＝r+δr，δr為距離分辨率，tref是接收窗；

17、解線性調(diào)頻的過程就是將回波信號與參考信號的共軛進(jìn)行混頻：

18、sdechip(t)＝sr(t)·s*ref(t)

19、其中上標(biāo)*表示共軛。

20、進(jìn)一步地，對調(diào)制信號的頻譜進(jìn)行頻率估計的過程為：

21、對解線性調(diào)頻處理后的雷達(dá)回波信號sdechip(t)進(jìn)行n點fft運算，經(jīng)過采樣后，sdechip(t)序列可表示為：

22、

23、式中，sdechip(n)為sdechip(t)采樣后的表示形式，n為采樣點數(shù)，n代表第n個采樣點，dx表示sdechip(t)的第x個諧波分量的幅度，t(n)表示采樣時刻，t(n)＝n/fs，fx＝(kx+δ)·δf為第x各諧波所對應(yīng)的頻率分量，δf＝fs/n為頻率分辨率，δ為數(shù)字頻率偏差，fs為采樣頻率，kx為數(shù)字頻率；

24、對sdechip(n)進(jìn)行n點離散傅里葉變換可得到回波信號序列的頻譜表達(dá)式：

25、

26、式中，sx(k)表示第x個諧波經(jīng)過傅里葉變換后的第k階傅里葉系數(shù)，δx為第x個諧波的數(shù)字頻率偏差；

27、尋找幅度譜的前兩個最大值對應(yīng)的數(shù)字頻率ka、kb，令k＝ka±0.5和k＝kb±0.5代入sx(k)的表達(dá)式得出|sx(ka±0.5)|、|sx(kb±0.5)|處的譜值；

28、再將計算出的四個譜值代入以下兩個式子中：

29、

30、計算得到δa和δb，再將這兩個值以及ka和kb代入下面兩個表達(dá)式中：

31、

32、計算得到fa、fb，通過fp＝(fb-fa)/2計算出調(diào)制信號的調(diào)制頻率fp。

33、進(jìn)一步地，對調(diào)制信號的頻譜進(jìn)行占空比估計的過程為：

34、選取調(diào)制信號在時域上傅里葉展開的第k次諧波分量的傅里葉系數(shù)ck中最大的兩個頻率分量，其幅度之比為：

35、

36、其中，max1是ck最大值，max2是ck第二大值；c1代表一次諧波幅度，c-1代表一次諧波幅度，c0代表基波幅度，β表示調(diào)制信號頻譜的占空比；

37、令ratio2＝c0/max1，進(jìn)一步細(xì)分[26.36％，50％]區(qū)間內(nèi)的占空比判斷；

38、通過多次蒙特卡洛試驗，計算ratio1和ratio2，分析其所落在的數(shù)值區(qū)間，根據(jù)分析結(jié)果確定占空比β。

39、進(jìn)一步地，當(dāng)調(diào)制信號的調(diào)制頻率fp和占空比β到準(zhǔn)確估計后，開始重構(gòu)調(diào)制信號，表達(dá)式為：

40、

41、其中，tp＝1/fp，m表示重構(gòu)調(diào)制信號的矩形脈沖總數(shù)，m表示第m個矩形脈沖；mtp為重構(gòu)調(diào)制信號的長度，要求重構(gòu)信號長度大于雷達(dá)發(fā)射信號的時寬tr。

42、進(jìn)一步地，所述對去調(diào)制信號進(jìn)行去載波處理后，通過匹配濾波器進(jìn)行脈壓處理，包括：

43、根據(jù)雷達(dá)發(fā)射信號構(gòu)造的匹配濾波器的傳輸函數(shù)為：

44、

45、其中代表發(fā)射信號st(t)的反褶和共軛后的結(jié)果；

46、脈壓結(jié)果為：

47、

48、其中，c0為生成諧波分量幅度系數(shù)，k為第k次諧波，n＝±1，±2，……，±n為離散峰的階數(shù)，cn為生成諧波分量幅度系數(shù)，fp'是調(diào)制干擾的調(diào)制頻率，tr＝2r/c，r代表目標(biāo)與雷達(dá)的徑向距離，c為光速，tr為脈沖雷達(dá)發(fā)射信號的脈寬，tp為調(diào)制周期，k為線性調(diào)頻信號的線性調(diào)頻率。

49、進(jìn)一步地，所述對重構(gòu)的調(diào)制信號在時域上進(jìn)行滑窗操作，利用脈壓處理的最大值與時延的關(guān)系，確定調(diào)制開始時間，從而恢復(fù)真實的雷達(dá)回波信號，包括：

50、改變時延t0i的值，對重構(gòu)的調(diào)制信號在時域上進(jìn)行滑窗操作，遍歷整個調(diào)制周期，記錄各滑窗對應(yīng)的脈壓處理后的最大值，得到時延t0i與其對應(yīng)的脈壓最大值之間的對應(yīng)關(guān)系；然后，在所有脈壓最大值中，再次選取最大值，該最大值對應(yīng)的t0i即為調(diào)制開始時間；

51、將調(diào)制開始時間帶入到重構(gòu)調(diào)制信號的表達(dá)式中，使其與雷達(dá)回波信號相乘，實現(xiàn)雷達(dá)回波信號中的調(diào)制分量與重構(gòu)調(diào)制信號相乘為常數(shù)，從而抵消相位調(diào)制干擾，恢復(fù)真實雷達(dá)回波信號。

52、一種終端設(shè)備，包括處理器、存儲器以及存儲在所述存儲器中的計算機程序；處理器被計算機執(zhí)行時，實現(xiàn)所述時域周期相位調(diào)制的電磁干擾抑制方法。

53、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述介質(zhì)中存儲有計算機程序；計算機程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)所述時域周期相位調(diào)制的電磁干擾抑制方法。

54、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點：

55、本發(fā)明提出了一種時域周期相位調(diào)制超表面電磁干擾抑制方法。首先，構(gòu)造了經(jīng)相位調(diào)制表面反射的雷達(dá)回波信號表達(dá)式；然后，對解線性調(diào)頻后的信號在頻域上進(jìn)行調(diào)制頻率和占空比這兩個調(diào)控參數(shù)的估計，還原重構(gòu)出調(diào)制信號；將重構(gòu)的調(diào)制信號時延，重復(fù)乘以回波信號、匹配濾波、記錄匹配濾波后脈壓峰值的處理流程，直至?xí)r延取值遍歷整個調(diào)制周期，建立時延大小與脈壓峰值的對應(yīng)關(guān)系；確定脈壓峰值的最大值所對應(yīng)的時延，執(zhí)行重構(gòu)信號時延、乘以回波信號、匹配濾波的處理流程，獲得干擾抑制后的脈壓結(jié)果。此方法利用相位周期調(diào)制信號的特點，以重構(gòu)信號相乘的方式將此類乘性干擾加以抑制，得到真實回波信號，抵消調(diào)制信號對真實目標(biāo)信號頻譜的搬移作用、能量的分散作用。最終真實目標(biāo)信號能量重新聚集、假目標(biāo)消失，提升了雷達(dá)面對此類超表面干擾的場景下的探測能力。