基于张量分解的盲分离抗主瓣间歇采样循环转发干扰方法

技术领域

本发明属于雷达抗干扰技术领域，特别涉及一种空时联合盲分离抗干扰信号处理技术。

背景技术

随着电子对抗技术的快速发展，主瓣数字射频存储(DRFM)干扰由于其较强的能量和在空、时、频多域上与目标回波的极高相似性，严重影响了雷达的探测性能。因此，在复杂电磁环境下提高雷达的抗主瓣DRFM干扰能力，保证其对目标的正确探测具有重要的理论价值和实际意义。

现有的抗主瓣DRFM干扰方法主要集中在波形设计和信号处理两方面。波形设计抗干扰主要利用干扰的先验信息，通过设计脉间或脉内波形，增大目标回波与干扰信号间的差异性。周凯等人在文献“Joint design of transmit waveform and mismatch filterin the presence of interrupted sampling repeater jamming,IEEE Signal ProcessLett.,vol.27,pp.1610–1614,Sep.2020.”中通过最小化失配滤波器自相关旁瓣电平和干扰经过失配滤波输出旁瓣电平，对雷达波形与失配滤波器联合设计，可以有效对抗间歇采样重复转发干扰，但该方法需要准确感知干扰的相关参数。盲分离作为一种信号处理方法由于其不需任何先验信息的特性被应用于雷达抗干扰领域。葛萌萌等人在文献“Mainlobejamming suppression via blind source separation,”2018IEEE Radar Conference,OK,USA,Jun.2018,pp.0914–0918.”中通过JADE(joint approximate diagonalization ofeigenmatrices)盲分离算法实现了多主瓣干扰的抑制，但该方法并不适用于全部DRFM干扰，特别是与目标回波脉宽一致的切片转发类干扰，如间歇采样干扰等。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于张量分解的盲分离抗主瓣间歇采样循环转发干扰方法，针对在无任何干扰先验信息条件下针对单个间歇采样循环转发干扰，利用目标与干扰空间和时域上的差异性，构造多域联合信号分离模型，实现干扰抑制。

本发明采用的技术方案为：一种基于张量分解的盲分离抗主瓣间歇采样循环转发干扰方法，应用场景具体为：考虑M阵元均匀接收线阵，阵元间距为d，在雷达远场探测区域内存在一点目标和一支援式干扰机；目标回波和干扰信号均为窄带信号，以第一个阵元为参考阵元，忽略雷达信号照射到干扰机所产生的后向散射分量；所述方法包括以下步骤：

S1、雷达M阵元接收信号表示为以下矩阵形式：

x(t)＝As(t)+n(t)

其中，x(t)为接收信号矢量，A为阵列流形矩阵，s(t)为包含目标回波和干扰回波的信号矢量，n(t)为M路噪声信号矢量；干扰回波的干扰类型为间歇采样循环转发干扰；

S2、根据x(t)计算R个接收信号二阶时延相关矩阵C

其中，

S3、运用张量分解估计阵列流形矩阵；

S4、利用得到的估计阵列流形矩阵

S6、对分离得到的目标信号进行脉冲压缩及MTD处理实现干扰抑制。

本发明的有益效果：针对现有的盲分离算法并不适用于全部DRFM干扰，特别是与目标回波脉宽一致的切片转发类干扰，如间歇采样循环转发干扰等的问题；本发明首先，计算多个接收信号的二阶时延相关矩阵，并将其重构为高阶张量形式；其次，基于张量分解原理建立关于阵列流形矩阵的优化问题并采用ELS-ALS算法对优化问题进行求解；最后，通过对估计得到的阵列流形矩阵求左逆，左乘接收信号得到分离后的目标回波与干扰信号，对分离得到的目标回波进行处理，获取目标距离多普勒信息，实现主瓣间歇采样循环转发干扰的抑制；本发明的方法具有以下优点：

1、本发明可以在不丧失目标距离多普勒信息的前提下实现对间歇采样循环转发干扰的有效抑制；

2、本发明基于盲源分离原理实现干扰抑制，适用于缺少干扰先验信息场景下，更贴近实际应用环境。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为接收阵列示意图；

图3为ELS-ALS算法流程图；

图4为干扰抑制前信号处理结果图；

图5为本方法干扰抑制后信号处理结果图；

其中，(a)为分离信号1采用本发明方法干扰抑制后信号处理结果，(b)为分离信号2采用本发明方法干扰抑制后信号处理结果；

图6为JADE干扰抑制后信号处理结果图；

其中，(a)为分离信号1采用JADE干扰抑制后信号处理结果，(b)为分离信号2采用JADE干扰抑制后信号处理结果。

具体实施方式

结合附图1，对本发明的具体实施步骤描述如下：

步骤1：建立雷达接收信号模型：

考虑M阵元均匀接收线阵，阵元间距为d，假设在雷达远场探测区域内存在一点目标和一支援式干扰机如附图2所示。目标回波和干扰信号均为窄带信号。以第一个阵元为参考阵元，忽略雷达信号照射到干扰机所产生的后向散射分量，经过下变频后，第m个阵元接收到的基带回波x

其中，s(t)为雷达回波，θ

雷达M阵元接收信号可表示为以下矩阵形式

x(t)＝As(t)+n(t)(2)

其中，x(t)＝[x

其中θ＝θ

步骤2：接收信号重构与张量建模：

步骤2-1：计算R个接收信号二阶时延相关矩阵C

对于M路接收信号x(t)的R个二阶时延相关矩阵可表示为

C

其中

B

B

步骤2-2：重构二阶时延相关矩阵C

表示复数域，由/>

其中fold(·)表示张量折叠。

步骤2-3：将张量

张量

/>

其中(·)

根据向量外积定义及张量CP分解原理，上式可以表达为张量

其中，

步骤3：运用张量分解估计阵列流形矩阵A：

由于张量CP分解的唯一性，因此可以通过张量分解实现对阵列流形矩阵的估计。

步骤3-1：基于张量分解建立优化问题：

通过最小化代价函数

求得估计得到的最优阵列流形矩阵

步骤3-2：运用ELS-ALS(enhanced line search alternating least square，增强型线搜索交替最小二乘法)算法求解优化问题，实现对阵列流形矩阵A的估计。

本方法选用ELS-ALS算法对该优化问题进行求解，算法流程如附图3所示。该算法通过计算最优迭代步长保证了算法收敛性能。在第k次迭代进行前，首先对迭代因子矩阵计算其线性回归预测值

其中ρ为松弛因子，其值通过ELS预处理进行确定。根据A

其中，C

其中k

步骤4：利用得到的估计阵列流形矩阵

对估计得到的阵列流形矩阵

其中

步骤5：对分离得到的目标信号进行脉冲压缩及MTD处理实现干扰抑制。

仿真验证及分析

仿真参数：

考虑16阵元均匀线阵，阵元间距为0.15m。雷达波束指向θ

假设目标所在角度θ

仿真分析：

附图4为雷达接收信号干扰抑制前信号处理结果图，可以看出，处理得到的距离-多普勒平面同时存在干扰和目标，目标检测受到干扰影响。附图5和附图6分别为本方法与JADE方法干扰抑制后信号处理结果图。由附图5可以看出经过本方法抗干扰处理后，目标回波与干扰信号得到有效分离，其中分离信号1为目标回波，分离信号2为干扰信号，且对分离信号1做处理所得到的距离多普勒信息与所设定的真实目标距离多普勒信息一致，有效实现干扰抑制。在附图6中，由JADE方法得到的两个分离信号处理结果类似，因此JADE方法无法实现目标回波与干扰信号的分离，不能有效抑制间歇采样循环转发干扰。

综上，本发明所提出的基于张量分解的盲分离抗主瓣间歇采样循环转发干扰方法，能有效抑制主瓣间歇采样循环转发干扰，增强雷达在复杂电磁环境下的探测能力。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。