PRI间恒定极化有源假目标鉴别方法.pdf

本发明提供一种PRI间恒定极化有源假目标鉴别方法。技术方案是对雷达H通道、V通道接收到的两路复信号数据序列数据首先要进行匹配滤波，再进行非相参积累和检测，然后，对检测结果中的每个采样位置提取其极化特征，进而利用该极化特征对该位置的真、假目标属性进行鉴别。本发明采用相位分集分时发射变极化体制，仅需在PRI间改变两个正交极化通道发射信号的相对相位，相比于同时发射多极化体制，其发射波形、信号处理均更为简单，且可以以满功率进行发射，提高了雷达发射功率的利用效率。依据本发明进行设计、改造的工程代价较小，实现难度较低。

1.一种PRI间恒定极化有源假目标鉴别方法，PRI是指脉冲重复周期，已知：雷达采用正
交双极化天线，设为H极化、V极化，雷达的H极化通道、V极化通道同时发射、同时接收信号；H
极化通道、V极化通道发射信号分别为s(t)和为两个通道发射信号的相对
相位，m为PRI序号，M为PRI数目；
设雷达接收到的H极化通道和V极化通道的复信号数据序列分别为xH,m(n)、xV,m(n)，n＝
1,…,N，N为一个PRI内的采样点数；
其特征在于，对xH,m(n)、xV,m(n)按下述步骤进行处理：
第一步，匹配滤波：
依据下式计算H极化通道、V极化通道第m个PRI的匹配滤波输出信号yH,m(n)、yV,m(n)：

yV,m(n)＝IFFT[FFT[xV,m(n)]·U(ω)]
上式中，FFT[]表示信号的傅里叶变换，IFFT[]表示信号的傅里叶反变换；U(ω)为雷达
匹配滤波参考波形的频谱；
第二步，非相参积累与目标检测：
利用下式计算合成包络信号z(n)：
$z\left(n\right)=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\left\{\right|y_{H,m}\left(n\right)|+|y_{V,m}\left(n\right)\left|\right\}$
对z(n)中所有点进行目标检测处理，设共得到K个目标，第k个目标对应的位置为Tk，k＝
1,…,K；
第三步，极化特征提取：
利用下式计算第k个目标的第m个PRI的极化比ρm(Tk)：
${\mathrm{\ρ}}_m\left(T_k\right)=\frac{y_{V,m}\left(T_k\right)}{y_{H,m}\left(T_k\right)},R_m\left(T_k\right)=real\[{\mathrm{\ρ}}_m\left(T_k\right)\],I_m\left(T_k\right)=imag\[{\mathrm{\ρ}}_m\left(T_k\right)\]$
其中，real[·]为取实部，imag[·]为取虚部；
对第k个目标，计算均值
${\stackrel{\‾}{R}}_k=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{R}_m\left(T_k\right),{\stackrel{\‾}{I}}_k=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{I}_m\left(T_k\right)$
利用下式计算第k个目标对应的第m个PRI的鉴别特征量和
$d_k^R\left(m\right)=|R_m\left(T_k\right)-{\stackrel{\‾}{R}}_k|,d_k^I\left(m\right)=|I_m\left(T_k\right)-{\stackrel{\‾}{I}}_k|$
第四步，极化特征鉴别：
利用下式计算鉴别门限D：
$D=\mathrm{\η}\·\sqrt{\frac{{{\mathrm{M\σ}}_V}^2}{\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}|y_{H,m}\left(T_k\right){|}^2}}$
其中，σV2为V通道接收噪声功率，η根据实际情况确定；
根据鉴别门限D对第k个目标进行鉴别：
当鉴别特征量集合和的每一个元素均小于门限D时，判定第k个目标为
有源假目标；当鉴别特征量集合或中存在任意一个元素大于门限D时，则判
定第k个目标为真实雷达目标。

PRI间恒定极化有源假目标鉴别方法

技术领域

本发明属于雷达抗干扰技术领域，主要解决雷达对有源假目标干扰的鉴别问题。

背景技术

有源假目标干扰是一种重要的雷达欺骗干扰，通过模拟目标特征并发射假目标信
号，使雷达出现虚假目标以扰乱情报雷达对空情态势的掌握，或破坏雷达目标跟踪以扰乱
跟踪制导雷达对目标的跟踪。

先进的有源假目标干扰能够做到与目标回波信号在波形调制、重复周期、多普勒
频率、航迹以及RCS(雷达散射截面积)起伏特性等方面几乎完全一致，雷达难以利用时域、
频域、空域、调制域的特征差异来鉴别并剔除有源假目标干扰。然而，有源假目标与雷达目
标在极化域普遍存在着物理差异，基于极化域特征差异鉴别有源假目标干扰已成为一条重
要的技术途径。

现有大多数有源假目标干扰的极化状态在PRI(Pulse Repeated Interval，脉冲
重复周期)间是保持恒定的，称之为PRI间恒定极化假目标干扰。对于这类干扰，可通过在
PRI间进行发射极化捷变，进而利用目标回波极化在PRI间的多样性与假目标信号在PRI间
的极化单一性进行鉴别。即对于PRI间恒定极化假目标干扰的极化鉴别，一般需依赖于发射
变极化体制。

发明内容

本发明针对PRI间恒定极化假目标干扰，提出了一种基于相位分集分时变极化体
制的假目标鉴别方法：通过在PRI间改变极化通道之间的相对相位实现发射极化捷变，进而
提取接收信号在PRI间极化状态变化特征进行假目标鉴别。该体制仅需对发射波形的初始
相位进行调制而无需对其幅度进行调制，使得雷达可以以饱和功率进行发射，从而可以更
为有效地利用发射功率进行探测。基于该体制的有源假目标鉴别方法，还未见有文献报道。

本发明的技术方案是，一种PRI间恒定极化有源假目标鉴别方法，已知：雷达采用正
交双极化天线，不失一般性，设为H(Horizontal，水平)极化、V(Vertical，垂直)极化，雷达
的H极化通道、V极化通道同时发射、同时接收信号；H极化通道、V极化通道发射信号分别为s
(t)和为两个通道发射信号的相对相位，m
为PRI序号，M为PRI数目，亦是相位分集数，一般大于2；

设雷达接收到的H极化通道和V极化通道的复信号数据序列分别为xH,m(n)、xV,m
(n)，n＝1,…,N，N为一个PRI内的采样点数；其特征在于，对xH,m(n)、xV,m(n)按下述步骤进行
处理：

第一步，匹配滤波。

依据下式计算H极化通道、V极化通道第m个PRI的匹配滤波输出信号yH,m(n)、yV,m
(n)：

上式中，FFT[]表示信号的傅里叶变换，IFFT[]表示信号的傅里叶反变换；U(ω)为
雷达匹配滤波参考波形的频谱。

第二步，非相参积累与目标检测。

本步骤中对M个脉冲周期H、V通道的匹配滤波输出信号进行非相参积累，然后进行
目标检测。

其中，非相参积累得到合成包络信号z(n)的过程如下：

$z\left(n\right)=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\left\{\right|y_{H,m}\left(n\right)|+|y_{V,m}\left(n\right)\left|\right\},n=1,...,N$

目标检测由CFAR(Constant false alarm rate，恒虚警检测)完成，特别地，优先
采用CA-CFAR(Cell averaging-Constant false alarm rate，简称单元平均恒虚警检测)。

设对z(n)中所有点进行CFAR处理后，共得到K个目标，第k个目标对应的位置为Tk，
k＝1,…,K。

第三步，极化特征提取。

利用下式计算第k个目标的第m个PRI的极化比ρm(Tk)：

${\mathrm{\ρ}}_m\left(T_k\right)=\frac{y_{V,m}\left(T_k\right)}{y_{H,m}\left(T_k\right)},R_m\left(T_k\right)=real\[{\mathrm{\ρ}}_m\left(T_k\right)\],I_m\left(T_k\right)=imag\[{\mathrm{\ρ}}_m\left(T_k\right)\],m=1,...,M---\left(1\right)$

其中，real[·]为取实部，imag[·]为取虚部。

对第k个目标，计算均值

${\stackrel{\‾}{R}}_k=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{R}_m\left(T_k\right),{\stackrel{\‾}{I}}_k=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{I}_m\left(T_k\right),k=1,...,K$

利用下式计算第k个目标对应的第m个PRI的鉴别特征量和

$d_k^R\left(m\right)=|R_m\left(T_k\right)-{\stackrel{\‾}{R}}_k|,d_k^I\left(m\right)=|I_m\left(T_k\right)-{\stackrel{\‾}{I}}_k|,m=1,\mathrm{...},M$

第四步，极化特征鉴别。

首先确定鉴别门限。鉴别门限D根据下式确定：

$D=\mathrm{\η}\·\sqrt{\frac{{{\mathrm{M\σ}}_V}^2}{\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{\left|y_{H,m}\left(T_k\right)\right|}^2}}$

其中，可看作是假目标干扰情况下集合{Rm(Tk)}、{Im(Tk)}的正态分布
方差，σV2为V通道接收噪声功率，通过对匹配滤波后纯噪声数据的方差估计得到；η根据实际
情况确定，一般取3，此时有源假目标正确鉴别概率不小于99.7％(由统计学上关于正态分
布的“3σ准则”给出)。

其次，根据鉴别门限D对第k个目标进行鉴别：

1).当鉴别特征量集合和的每一个元素均小于门限D时，判定第k个
目标为有源假目标；

2).当鉴别特征量集合或中存在任意一个元素大于门限D时，则判
定第k个目标为真实雷达目标。

本发明的技术效果：

一、应用前景广。本发明针对的是PRI间恒定极化假目标干扰，适用对象主要是单
极化天线干扰机产生的假目标干扰，干扰形式包括假目标干扰、距离波门拖引干扰等，这些
干扰是当前雷达面临的主要的欺骗干扰威胁，因此，本发明对于提高雷达在欺骗干扰威胁
中的探测能力具有重要意义。

二、工程代价小、实现难度低。本发明采用相位分集分时发射变极化体制，仅需在
PRI间改变两个正交极化通道发射信号的相对相位，相比于同时发射多极化体制，其发射波
形、信号处理均更为简单，且可以以满功率进行发射，提高了雷达发射功率的利用效率。依
据本发明进行设计、改造的工程代价较小，实现难度较低。

附图说明

图1为本发明所提方法的信号处理流程示意图；

图2为利用本发明所提方法对PRI间恒定极化假目标进行鉴别处理的效果；

图3为利用本发明所提方法对真实雷达目标进行鉴别处理的效果。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

图1为本发明所提方法的信号处理流程示意图。如图所示，雷达H通道、V通道接收
到的两路复信号数据序列数据首先要进行匹配滤波，再进行非相参积累和检测，然后，对检
测结果中的每个采样位置提取其极化特征，进而利用该极化特征对该位置的真、假目标属
性进行鉴别。

图2为利用本发明所提方法对PRI间恒定极化假目标进行鉴别处理的效果。已知：
雷达采用相位分集分时变极化体制，相位分集数M＝4，相对相位分别取值为0、π、
雷达发射信号脉冲宽度为100us，带宽为1MHz；有源假目标的数量为1，其极化状态的Jones
矢量为图2的横坐标表示鉴别特征量的序号，纵轴为鉴别特征量数值，“*”表示鉴别
特征量，“o”表示鉴别门限。如图所示，鉴别特征量共有8个点，表示M＝4情况下对应的8个鉴
别特征量。由于8个鉴别特征量均低于鉴别门限，因此该信号被判为假目标目标，鉴别正确。

图3为利用本发明所提方法对真实雷达目标进行鉴别处理的效果。本试验中雷达参
数设置与图2所示的试验相同。雷达目标的极化散射矩阵设置为
与图2类似，横坐标表示鉴别特征量的序号，纵轴为鉴别特征量数值，“*”表示鉴别特征量，“o”表
示鉴别门限。图中，鉴别特征量共有8个点，表示M＝4情况下对应的8个鉴别特征量。如图所示，8
个鉴别特征量中，共有6个值超过了鉴别门限，根据鉴别准则，该信号被判为目标，鉴别正确。