一种Link16信号外辐射源雷达的副峰抑制方法

摘要

本发明公开了一种Link16信号外辐射源雷达的副峰抑制方法，应用于Link16外辐射源雷达，包括：通过所述参考天线接收Link16辐射源发送的参考信号，以及通过所述接收天线接收目标反射的回波信号；对所述参考信号和所述回波信号进行预处理，以得到数字参考信号和数字回波信号；基于所述数字参考信号，求解得到目标邻域失配滤波因子；根据Link16信号的时隙结构，将所述参考信号对应的目标邻域失配滤波因子中的抖动部分和传输保护部分进行剔除处理，以及将数字回波信号的抖动部分与传输保护部分进行剔除处理；对剔除处理后的目标邻域失配滤波因子与数字回波信号进行二维相参处理，以得到目标模糊函数。本发明能够有效抑制模糊函数中的时延维与多普勒维副峰。

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种Link16信号外辐射源雷达的副峰抑制方法。

背景技术

外辐射源雷达是收发分置的双/多基地雷达，所述雷达通过接收目标反射非合作辐射源的电磁信号进行被动探测，具有隐蔽性强、成本低、无电磁污染等优势。现有技术通常基于调频广播、模拟电视、数字电视、移动通信等照射源，在城市等环境中实现探测，但是在远离人口稠密地区的海洋、戈壁等环境中，没有上述照射源。因此，在远离人口稠密地区的海洋、戈壁等环境中，可以基于军用辐射源进行探测。通常军用辐射源包括战术数据链(Tactical Data Link，TDL)等，其中，战术数据链中包括Link16数据链信号，又称Link16信号。

Link16数据链信号由J系列消息标准、JTIDS波形和时分多址(Time DivisionMultipleAccess，TDMA)协议组成。其中，J系列消息是Link16数据链传输的基带信息；JTIDS波形为JTIDS端机根据J系列消息产生的适合传输、抗干扰性强的传输波形；TDMA协议用来控制用户的接入。具体的，J系列消息在JTIDS端机中经过循环冗余校验(CyclicRedundancy Check，CRC)编码、RS编码、符号交织、循环码移位键控(Cyclic Code ShiftKeying，CCSK)编码扩频、码字加密、最小频移键控(Minimum Shift Keying，MSK)调制、跳频，并加入同步传输符号与报头后产生适合传输的抗干扰性强的JTIDS波形，并按标准双脉冲(Standard Double Pulse，STDP)结构对其进行封装。如图1所示，STDP封装结构规定1个时隙由抖动、粗同步、精同步、报头、数据和传输保护部分组成，其中抖动和传输保护部分为信号空隙，其余部分为成对出现的MSK调制的脉冲信号，即同一组32个码元用两个脉冲进行传输。

然而，Link16信号脉冲式的时隙结构与STDP封装特有的双脉冲信息传输结构会引起周期性，所述周期性会导致其模糊函数的时延维与多普勒维产生一系列模糊副峰，导致模糊函数不是理想的图钉状。

进一步地，如图2所示，外辐射源雷达使用两副接收天线对目标进行探测，一副用于接收非合作辐射源发射的的直达波作为参考信号以获取发射信号样本，另一副用于接收目标反射的回波信号，然后将参考信号与回波信号进行距离-多普勒二维相参处理，通过搜索参考信号与回波信号互模糊函数的时延-多普勒二维平面上的峰值，可以获得目标的距离和多普勒信息。然而，因为周期性导致模糊函数产生了一系列模糊副峰，因此，Link16信号模糊函数的时延维与多普勒维副峰在目标检测时将产生虚警和漏警，会严重影响探测性能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种Link16信号外辐射源雷达的副峰抑制方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种Link16信号外辐射源雷达的副峰抑制方法，应用于Link16外辐射源雷达，所述外辐射源雷达中部署有天线，所述天线包括参考天线和接收天线，所述方法包括：步骤1：通过所述参考天线接收Link16辐射源发送的参考信号，以及通过所述接收天线接收目标反射的回波信号；步骤2：对所述参考信号和所述回波信号进行预处理，以得到数字参考信号和数字回波信号；步骤3：基于所述数字参考信号，求解得到目标邻域失配滤波因子；步骤4：根据Link16信号的时隙结构，将所述参考信号对应的目标邻域失配滤波因子中的抖动部分和传输保护部分进行剔除处理，以及将数字回波信号的抖动部分与传输保护部分进行剔除处理；步骤5：对剔除处理后的目标邻域失配滤波因子与数字回波信号进行二维相参处理，以得到目标模糊函数。

在本发明的一个实施例中，所述步骤1包括：步骤1-1：通过所述参考天线接收Link16辐射源发送的参考信号，表示为：设Link16信号的最小频移键控脉冲重复周期为T

其中，t

其中，

步骤1-2：通过所述接收天线接收目标反射的回波信号，表示为：

其中，s

在本发明的一个实施例中，对所述参考信号进行预处理，包括：步骤2-11：对所述参考信号进行放大处理；步骤2-12：对所述参考信号中的载波频率和载频的偏移量，进行正交下变频处理，以消除所述载波频率和载频的偏移量；步骤2-13：对消除所述载波频率和载频的偏移量后的参考信号进行A/D采样，以得到数字参考信号，表示为：

其中，s[l]表示数字参考信号，l表示第l个采样点，

本发明的有益效果：

本发明能够根据接收到的参考信号计算目标邻域失配滤波因子，以抑制时延维副峰，然后剔除目标邻域失配滤波因子所有时隙对应的对应的抖动与传输保护部分，以及剔除数字回波信号所有时隙对应的抖动与传输保护部分，以抑制多普勒维副峰。从而，本发明能够避免Link16信号模糊函数的时延维与多普勒维副峰，在数字参考信号与回波信号进行距离-多普勒二维相参处理后，基于模糊函数检测时产生虚警和漏警的问题。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明提供的标准双脉冲封装结构中的一个时隙结构示意图；

图2是本发明提供的一种基于外辐射源雷达进行目标探测的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种Link16信号外辐射源雷达的副峰抑制方法流程示意图；

图4(a)、图4(b)和图4(c)是本发明实施例提供的Link16信号外辐射源雷达的副峰抑制方法仿真实验中未进行副峰抑制时的模糊函数示意图；

图5(a)、图5(b)为本发明实施例提供的Link16信号外辐射源雷达的副峰抑制方法仿真实验中使用常规失配滤波算法和邻域失配滤波算法对时延维副峰进行抑制后的时延维模糊函数示意图；

图6为本发明实施例提供的Link16信号外辐射源雷达的副峰抑制方法仿真实验中剔除时隙的抖动与传输保护部分以抑制多普勒维副峰的模糊函数示意图；

图7为本发明实施例提供的Link16信号外辐射源雷达的副峰抑制方法仿真实验中经过副峰抑制处理后的目标模糊函数示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种Link16信号外辐射源雷达的副峰抑制方法流程示意图。

由于Link16信号STDP(标准双脉冲)封装前后两个相邻的MSK(最小频移键控)脉冲之间具有强相关性，导致参考信号与回波信号进行距离-多普勒二维相参处理时的时延维在滑动时间等于脉冲重复周期的位置出现副峰；同时由于Link16信号具有脉冲式的时隙结构，导致参考信号与回波信号进行距离-多普勒二维相参处理时的多普勒维在时隙长度倒数的整数倍频率处出现副峰，时延-多普勒二维平面上的副峰会严重影响目标检测性能。

本发明能够根据参考信号求出邻域失配滤波因子，对邻域失配滤波因子与原信号之间的相关性减弱，得以抑制时延维副峰；然后剔除邻域失配滤波因子与回波信号对应的抖动与传输保护部分，从而破坏Link16信号时隙的脉冲式结构，以抑制多普勒维副峰，进一步能够提高目标检测性能。

本发明应用于Link16外辐射源雷达，所述外辐射源雷达中部署有天线，所述天线包括参考天线和接收天线，所述方法包括：

步骤1：通过所述参考天线接收Link16辐射源发送的参考信号，以及通过所述接收天线接收目标反射的回波信号。

其中，参考天线指向Link16辐射源，所述接收天线指向观测区。

可选的，所述步骤1包括：

步骤1-1：通过所述参考天线接收Link16辐射源发送的参考信号，表示为：

设Link16信号的最小频移键控脉冲重复周期为T

其中，t

所述m

其中，

由于STDP封装结构中的脉冲成对出现，即同一组32个码元用载频不一样的两个脉冲进行传输，所以有m

步骤1-2：通过所述接收天线接收目标反射的回波信号，表示为：

其中，s

步骤2：对所述参考信号和所述回波信号进行预处理，以得到数字参考信号和数字回波信号。

可选的，对所述参考信号进行预处理，包括：

步骤2-11：对所述参考信号进行放大处理；

步骤2-12：对所述参考信号中的载波频率和载频的偏移量，进行正交下变频处理，以消除所述载波频率和载频的偏移量；

步骤2-13：对消除所述载波频率和载频的偏移量后的参考信号进行A/D采样，以得到数字参考信号，表示为：

其中，s[l]表示数字参考信号，l表示第l个采样点，

可选的，对所述回波信号进行预处理，包括

步骤2-21：对所述回波信号进行放大处理；

所述Link16外辐射源雷达部署有接收机和信号处理机，所述接收机中部署有前置放大器，本发明能够通过所述前置放大器对参考信号和回波信号进行放大处理。

步骤2-22：对所述回波信号中的载波频率和载频的偏移量，进行正交下变频处理，以消除所述载波频率和载频的偏移量；

步骤2-23：对消除所述载波频率和载频的偏移量后的回波信号进行A/D采样，以得到数字回波信号，表示为：

其中，s

步骤3：基于所述数字参考信号，求解得到目标邻域失配滤波因子。

通常Link16信号模糊函数时延维的副峰由于脉冲的周期结构导致的强相关性引起，因此，通过邻域失配滤波算法能够去除时延维的副峰。

构建代价函数J对邻域失配的信噪比损失和副峰能量和进行约束：

其中，

该代价函数J的Hessian矩阵为：

其中，I

则邻域失配滤波因子的最优解为：

为了降低运算量，本发明对邻域失配滤波因子进行分段处理。

可选的，所述步骤3包括：

步骤3-1：将所述数字参考信号进行分段处理，表示为：s

步骤3-2：基于邻域失配滤波最优解表达式对每一段数字参考信号求解，以得到每一段数字参考信号对应的邻域失配滤波因子，所述邻域失配滤波最优解表达式，表示为：

其中，

具体的，w

步骤3-3：将所有段邻域失配滤波因子进行拼接，以得到目标邻域失配滤波因子，表示为：

本发明步骤3通过邻域失配滤波算法，能够破坏Link16信号STDP封装中相邻脉冲间的相关性，从而消除时延维副峰。

步骤4：根据Link16信号的时隙结构，将所述参考信号对应的目标邻域失配滤波因子中的抖动部分和传输保护部分进行剔除处理，以及将数字回波信号的抖动部分与传输保护部分进行剔除处理。

通常Link16信号的模糊函数可表示为：

其中，χ

因此，Link16信号模糊函数的多普勒维的包络等于

由此可知多普勒维的副峰由Link16信号时隙的脉冲式结构引起，本发明为了抑制多普勒维副峰，通过剔除根据参考信号求出的邻域失配滤波因子对应的抖动与传输保护部分，以及回波信号对应的抖动与传输保护部分，再将剩余的时隙有效部分进行拼接，能够有效地抑制多普勒维副峰。

可选的，所述将所述参考信号对应的目标邻域失配滤波因子中的抖动部分和传输保护部分进行剔除处理包括：

步骤4-11：基于预设第一门限值κ，对所述目标邻域失配滤波因子w

所述脉冲上升沿检测的步骤为按照顺序将w

步骤4-12：计算第i个大于κ的元素对应的点数l

步骤4-13：分析第n个时隙对应的所述差值，其中，当l

步骤4-14：重复执行步骤4-11至4-14，直到将所述目标邻域失配滤波因子中所有时隙的抖动部分和传输保护部分剔除。

可选的，所述将数字回波信号的抖动部分与传输保护部分进行剔除处理，包括：

步骤4-21：基于预设第二门限值κ

所述脉冲上升沿检测的步骤为按照顺序将s

步骤4-22：计算第j个大于κ

步骤4-23：分析第m个时隙对应的所述差值，其中，当l

步骤4-24：重复执行步骤4-21至4-24，直到将所述数字回波信号中所有时隙的抖动部分和传输保护部分剔除。

本发明通过步骤4能够破坏Link16信号时隙的脉冲式结构，消除多普勒维副峰。

步骤5：对剔除处理后的目标邻域失配滤波因子与数字回波信号进行二维相参处理，以得到目标模糊函数。

可选的，所述对剔除处理后的目标邻域失配滤波因子与数字回波信号进行二维相参处理，以得到目标模糊函数，表示为：

其中，r＝τf

综上，本发明利用邻域失配滤波算法破坏Link16信号STDP封装中相邻脉冲间的相关性，能够解决常规失配滤波算法无法有效破坏相邻脉冲间的相关性的问题，从而可以有效抑制Link16信号模糊函数时延维副峰对目标检测过程中产生的虚警和漏警的影响，然后通过剔除根据参考信号求出的邻域失配滤波因子与回波信号对应的抖动与传输保护部分，破坏Link16信号时隙的脉冲式结构以抑制多普勒维副峰。从而，本发明能够避免Link16信号模糊函数的时延维与多普勒维副峰，在数字参考信号与回波信号进行距离-多普勒二维相参处理后，基于模糊函数检测时产生虚警和漏警的问题，提高目标检测准确率和效率。

基于仿真实验，对本发明上述方法进行验证：

1、本发明实施例的仿真条件：

本发明实验中设置Link16信号的MSK脉冲重复周期T

2、本发明实验的仿真结果分析：

图4为Link16信号未进行副峰抑制时的模糊函数图，其中，图4(a)为三维模糊函数图，图4(b)为时延维模糊函数图，图4(c)为多普勒维模糊函数图。可以看出，Link16信号的模糊函数由一个主峰和遍布整个时延-多普勒二维平面的时延维副峰和多普勒维副峰组成。时延维的副峰以T

图5为使用常规失配滤波算法和邻域失配滤波算法对时延维副峰进行抑制后的时延维模糊函数图。图5(a)为使用常规失配滤波算法进行抑制后的时延维模糊函数图，图5(b)为使用邻域失配滤波算法进行抑制后的时延维模糊函数图。从图中可以看出，使用常规失配滤波算法无法对时延维的副峰幅度进行有效抑制，其时延维副峰幅度与未抑制前近似；使用邻域失配滤波算法可以对时延维的副峰幅度进行有效抑制，第一副峰的幅度下降了13.69dB，其余位置的副峰幅度均位于-24dB以下。

图6为剔除时隙的抖动与传输保护部分以抑制多普勒维副峰的模糊函数图，与未剔除前相比，第一副峰的幅度下降了20.95dB，且其余位置的副峰均位于-25.72dB以下。

图7为经过副峰抑制处理后的Link16信号模糊函数图，与Link16信号原始的模糊函数图相比，抑制了时延维和多普勒维的严重副峰，解决了目标检测时出现虚假目标的问题。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式，这里将它们都统称为“模块”或“系统”。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过Internet或其它有线或无线电信系统。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。