專利名稱：子陣級自適應(yīng)單脈沖的兩級干擾抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種子陣級自適應(yīng)單脈沖的干擾抑制方法。
背景技術(shù)：
陣列天線由多個按一定規(guī)則排列的天線構(gòu)成。相控陣是一種十分重要的陣列天線 形式，在通信、無線電測向、智能天線、地震勘探等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。它通過移相器控制方 向圖的波束指向，與傳統(tǒng)的機械掃描方法相比具有很大優(yōu)勢。它無需對天線進行機械旋轉(zhuǎn)， 大大提高了波束掃描速度，具有快速發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的優(yōu)勢；即使在多目標(biāo)環(huán)境下，也可通過改變 移相器快速跟蹤多個目標(biāo)。相控陣利用陣元之間的相位差進行測向，可通過增加陣列孔徑 得到窄波束，從而大大提高測向精度。在相控陣的每個陣元后接一個數(shù)字接收通道(包括混頻、放大、濾波及A/D變換 等)后，就得到數(shù)字陣列的相控陣。數(shù)字陣列的相控陣可采用陣列信號處理技術(shù)，使許多先 進的陣列處理方法得以應(yīng)用，從而使相控陣系統(tǒng)的性能得到很大提高。數(shù)字陣列的相控陣 具有傳統(tǒng)相控陣不可比擬的優(yōu)越性，大大提高了相控陣系統(tǒng)的信息檢測與處理性能。很多相控陣系統(tǒng)中陣元數(shù)都很多，常常達到數(shù)百至數(shù)千，此時若仍采用與陣元數(shù) 同等數(shù)量的接收通道，在造價和運算能力上都將無法承受。為此通常采用子陣結(jié)構(gòu)，將若干 相鄰陣元組合為一個子陣，在每個子陣后接一個接收通道并進行數(shù)字化，從而可大大降低 陣列成本并減小信號處理的維數(shù)。然而，采用子陣結(jié)構(gòu)后，無法得到每個陣元的數(shù)字化輸出，只能得到每個子陣的數(shù) 字化輸出，因而常規(guī)的陣元級陣列處理方法不再適用，必須采用子陣級陣列處理方法。子陣 級陣列處理與常規(guī)的陣元級陣列處理有顯著不同，存在許多子陣級處理所要解決的特殊問 題。很多相控陣系統(tǒng)采用單脈沖技術(shù)進行測角，它基于和、差波束的輸出，用幾個獨立 的接收支路同時接收回波信號，通過比較各支路接收的信號以獲取角度信息；只利用一個 回波脈沖就可確定目標(biāo)方向。實際應(yīng)用中，電子系統(tǒng)可能會受到各種干擾；為保證單脈沖技術(shù)中目標(biāo)檢測與角 度估計的準(zhǔn)確性，必須對其進行抑制。為此可采用自適應(yīng)技術(shù)；應(yīng)用了自適應(yīng)技術(shù)的單脈沖 技術(shù)被稱為自適應(yīng)單脈沖，它是單脈沖估計的關(guān)鍵技術(shù)。對自適應(yīng)單脈沖的要求是，在有效 抑制干擾的同時應(yīng)保持良好的單脈沖性能(單脈沖比即差波束與和波束的方向性函數(shù)之 比)，以保證角度估計的準(zhǔn)確性。干擾環(huán)境下，ADBF(自適應(yīng)數(shù)字波束形成，即Adaptive Digital Beamforming)可 有效改善信干噪比，恢復(fù)良好的檢測性能。對于單脈沖技術(shù)，旁瓣干擾下可采用ADBF ；因為 此時自適應(yīng)零陷位于旁瓣區(qū)域，方向圖主波束產(chǎn)生的畸變很小。但在主瓣干擾下不能采用 ADBF,因為此時干擾位于波束指向附近，自適應(yīng)零陷將使方向圖的主波束產(chǎn)生很大畸變，從 而使自適應(yīng)單脈沖比與靜態(tài)應(yīng)單脈沖比(無干擾時的單脈沖比)相比產(chǎn)生很大誤差，導(dǎo)致 角度估計的嚴重偏差。主瓣干擾下，如何在抑制干擾的同時保持良好的單脈沖性能，是自適應(yīng)單脈沖應(yīng)解決的關(guān)鍵問題。國外對主瓣干擾下的自適應(yīng)單脈沖方法進行了很多研究，其絕大多數(shù)是給出某 種專門的單脈沖處理方法，使其與自適應(yīng)方向圖兼顧。即使自適應(yīng)方向圖的主波束特性 與單脈沖相配合，避免單脈沖性能在主波束零點附近的下降。這些方法包括1、極大似 然(Maximumlikelihood，簡寫為ML)方法，如R. C. Davies等針對線陣提出3種不同的極 大似然單脈沖表達式，在統(tǒng)計意義上解決了角度估計問題 ’U. Nickel對自適應(yīng)和波束的極 大似然估計進行推廣，得到二維單脈沖技術(shù)，并提出自適應(yīng)單脈沖的1階Taylor展開式； 2.最小方差法。即基于最小均方誤差進行目標(biāo)方向搜索，以自適應(yīng)地確定最優(yōu)差波束權(quán) 值。然而上述方法均需利用和、差通道輸出，為得到校正的單脈沖比，需要很高的運算代價。 R. L. Fante于1999年提出約束自適應(yīng)單脈沖方法，通過對自適應(yīng)差波束增加約束條件來抑 制單脈沖的角度誤差，但降低了系統(tǒng)自由度，并使輸出信噪比有所下降。K. B. Yu等于2001年提出一種對旁瓣干擾和主瓣干擾分別抑制的自適應(yīng)單脈沖方 法首先利用ADBF技術(shù)對旁瓣干擾進行抑制，同時進行主瓣保形；然后再對主瓣干擾進行 抑制，同時保持單脈沖性能。然而該方法存在三個不足1、不適用于子陣級相控陣的應(yīng)用環(huán) 境；2、第1級自適應(yīng)處理后，自適應(yīng)方向圖的旁瓣大大增加；3、單脈沖性能不理想，自適應(yīng) 單脈沖比在偏離波束指向處有較大畸變，其原因在于第1級自適應(yīng)處理中的主瓣保形效果 不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的子陣級自適應(yīng)單脈沖的干擾抑制方法的單脈沖性能較 差、運算代價較高的問題，從而提供一種子陣級自適應(yīng)單脈沖的兩級干擾抑制方法。子陣級自適應(yīng)單脈沖的兩級干擾抑制方法，其特征是它包括兩級干擾抑制第一級干擾抑制為具有主瓣保形的旁瓣干擾抑制，其方法為通過將具有方向圖 控制性能的子陣級ADBF與主瓣保形相結(jié)合，在保持主瓣形狀的同時，對旁瓣干擾進行抑 制；第二級干擾抑制為主瓣干擾抑制，其方法為采用4通道單脈沖系統(tǒng)進行主瓣干 擾抑制；所述4通道單脈沖系統(tǒng)的4通道的含義為4個接收通道中每個通道形成1個波束， 共4個波束，即和波束、俯仰差波束、方位差波束和雙差波束。第一級干擾抑制方法的具體方法為在不存在干擾時，引入1個各元素均為1的靜 態(tài)控制向量，同時構(gòu)造失配導(dǎo)向向量，并用失配導(dǎo)向向量對主瓣保形的子陣級最優(yōu)波束形 成器的導(dǎo)向向量進行修正，即用無干擾情況下子陣級輸出的干擾加噪聲的協(xié)方差矩陣與各 元素均為1的靜態(tài)控制向量的乘積，來代替子陣級相控陣在波束指向處的導(dǎo)向向量，從而 得到修正的主瓣保形的子陣級自適應(yīng)權(quán)，完成第一級干擾抑制。在第二級干擾抑制方法中，設(shè)方位向與俯仰向的方向圖相互獨立，在4通道單脈 沖系統(tǒng)中，沿一個方向抑制干擾并形成自適應(yīng)零陷，沿另一個正交方向保持非自適應(yīng)的和、 差波束，從而得到無失真的單脈沖比，即與靜態(tài)單脈沖比相同。在4通道單脈沖系統(tǒng)中，沿俯仰方向抑制干擾并形成自適應(yīng)零陷，而沿方位方向 保持非自適應(yīng)的和、差波束，此時所述差波束是指方位差波束。沿方位方向抑制干擾并形成自適應(yīng)零陷，而沿俯仰方向保持非自適應(yīng)的和、差波束，此時所述差波束是指俯仰差波束。有益效果本發(fā)明將子陣級ADBF、主瓣保形、方向圖控制及主瓣干擾抑制等多種 技術(shù)進行結(jié)合，充分發(fā)揮了不同方法的優(yōu)點，在有效抑制干擾的同時可保持良好的單脈沖 性能，其自適應(yīng)單脈沖比與靜態(tài)單脈沖比十分接近；同時，本發(fā)明采用兩級自適應(yīng)方案，對 旁瓣干擾與主瓣干擾分別進行抑制，無需設(shè)計復(fù)雜的單脈沖程序與自適應(yīng)方向圖的主瓣進 行配合，與極大似然、最小方差等方法相比，無需對自適應(yīng)和、差波束的輸出進行校正，運算 代價得以大幅度降低。


圖1是本發(fā)明具體實施方式
一中所述的四通道單脈沖的和通道構(gòu)成示意圖；圖2 是本發(fā)明具體實施方式
一中所述的四通道單脈沖的俯仰差通道構(gòu)成示意圖；圖3是本發(fā)明具體實施方式
一中所述的四通道單脈沖的方位差通道構(gòu)成示意圖；圖4是本發(fā)明具體實施 方式一中所述的四通道單脈沖的雙差通道構(gòu)成示意圖；圖5是本發(fā)明具體實施方式
一中所 述的平面陣坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、子陣級自適應(yīng)單脈沖的兩級干擾抑制方法，它包括兩級干擾抑 制第一級干擾抑制為具有主瓣保形的旁瓣干擾抑制，其方法為通過將具有方向圖 控制性能的子陣級ADBF與主瓣保形相結(jié)合，在保持主瓣形狀的同時，對旁瓣干擾進行抑 制；第二級干擾抑制為主瓣干擾抑制，其方法為采用4通道單脈沖系統(tǒng)進行主瓣干 擾抑制；所述4通道單脈沖系統(tǒng)的4通道的含義為4個接收通道中每個通道形成1個波束， 共4個波束，即和波束、俯仰差波束、方位差波束和雙差波束。第一級干擾抑制方法的具體方法為引入1個各元素均為1的靜態(tài)控制向量，同時 構(gòu)造失配導(dǎo)向向量，并用失配導(dǎo)向向量對主瓣保形的子陣級最優(yōu)波束形成器的導(dǎo)向向量進 行修正，即用無干擾情況下子陣級輸出的干擾加噪聲的協(xié)方差矩陣與各元素均為1的靜態(tài) 控制向量的乘積，來代替子陣級相控陣在波束指向處的導(dǎo)向向量，從而得到修正的主瓣保 形的子陣級自適應(yīng)權(quán)，完成第一級干擾抑制。主瓣保形主瓣干擾下，陣列方向圖的自適應(yīng)零陷將使方向圖的主波束產(chǎn)生很大 畸變，從而使單脈沖角度估計產(chǎn)生較大的偏差.主瓣保形是指保持主瓣形狀不變，即不在 主瓣形成自適應(yīng)零陷.具體實現(xiàn)是首先估計出主瓣干擾方向，然后從子陣輸出的干擾加 噪聲的協(xié)方差矩陣中減去包含主瓣干擾的那一部分，即將主瓣干擾產(chǎn)生的影響從子陣輸出 的干擾加噪聲的協(xié)方差矩陣中去掉.從而得到不抑制主瓣干擾的自適應(yīng)權(quán)，因而不在主瓣 內(nèi)形成自適應(yīng)零陷，從而保持了主瓣形狀。去干擾通過陣列接收到的信號，得到子陣級自適應(yīng)權(quán)，通過子陣級自應(yīng)權(quán)的作 用，使得陣列方向圖在干擾方向自適應(yīng)地形成零陷(子陣級自適應(yīng)權(quán)隨著干擾的不同而自 適應(yīng)地進行調(diào)整)，從而將干擾抑制掉。在第二級干擾抑制方法中，設(shè)方位向與俯仰向的方向圖相互獨立，在4通道單脈沖系統(tǒng)中，沿一個方向抑制干擾并形成自適應(yīng)零陷，沿另一個正交方向保持非自適應(yīng)的和、 差波束，從而得到無失真的單脈沖比，即與靜態(tài)單脈沖比相同。因而，在抑制俯仰向主瓣干 擾的同時，保持了方位向的和、差波束形狀，即保持了方位向的單脈沖性能；而在抑制方位 向主瓣干擾的同時，保持了俯仰向的和、差波束形狀，即保持了俯仰向單脈沖性能。這樣，在 抑制主瓣干擾的同時，保持了良好的單脈沖性能。工作原理1.四通道單脈沖系統(tǒng)及信號模型設(shè)陣列位于xoy平面的矩形網(wǎng)格上，由N1XN2個全向陣元組成，在χ和y方向的陣 元間距均為d。和、俯仰差、方位差及雙差通道的構(gòu)成示意圖分別如圖1至4所示，由圖1可 見，和通道的輸出是所有陣元輸出信號之和；由圖2可見，俯仰差通道的輸出是上面兩個象 限陣元輸出之和與下面兩個象限陣元輸出之和的差值；由圖3可見，方位差通道的輸出是 右面兩個象限陣元的輸出之和與左面兩個象限陣元輸出之和的差值；由圖4可見，雙差通 道的輸出是對角象限陣列輸出之和的差值。坐標(biāo)系統(tǒng)如圖5所示。用θ和識分別表示俯仰角和方位角，Μ = CosPsini^v = sin θ分別表示(化0方向的單位向量在χ和y方向的投影。將陣列劃分為L1XL2個子陣。設(shè)Tx為χ方向的N1XL1維子陣形成矩陣，在其第 I1Q1 = 0，…，L1-I)列的所有元素中，只有與第I1個子陣的陣元序號對應(yīng)的元素值為1， 其余均為0。類似地，設(shè)TySy方向的N2XL2維子陣形成矩陣。用Ttl表示整個陣列的子陣 形成矩陣，則有
權(quán)利要求
1.子陣級自適應(yīng)單脈沖的兩級干擾抑制方法，其特征是它包括兩級干擾抑制第一級干擾抑制為具有主瓣保形的旁瓣干擾抑制，其方法為通過將具有方向圖控制性能的子陣級ADBF與主瓣保形相結(jié)合，在保持主瓣形狀的同時，對旁瓣干擾進行抑制；第二級干擾抑制為主瓣干擾抑制，其方法為采用4通道單脈沖系統(tǒng)進行主瓣干擾抑 制；所述4通道單脈沖系統(tǒng)的4通道的含義為4個接收通道中每個通道形成1個波束，共 4個波束，即和波束、俯仰差波束、方位差波束和雙差波束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子陣級自適應(yīng)單脈沖的兩級干擾抑制方法，其特征在于第一 級干擾抑制方法的具體方法為引入1個各元素均為1的靜態(tài)控制向量，同時構(gòu)造失配導(dǎo)向 向量，并用失配導(dǎo)向向量對主瓣保形的子陣級最優(yōu)波束形成器的導(dǎo)向向量進行修正，即用 無干擾情況下子陣級輸出的干擾加噪聲的協(xié)方差矩陣與各元素均為1的靜態(tài)控制向量的 乘積，來代替子陣級相控陣在波束指向處的導(dǎo)向向量，從而得到修正的主瓣保形的子陣級 自適應(yīng)權(quán)，完成第一級干擾抑制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子陣級自適應(yīng)單脈沖的兩級干擾抑制方法，其特征在于，在 第二級干擾抑制方法中，設(shè)方位向與俯仰向的方向圖相互獨立，在4通道單脈沖系統(tǒng)中，沿 一個方向抑制干擾并形成自適應(yīng)零陷，沿另一個正交方向保持非自適應(yīng)的和、差波束，從而 得到無失真的單脈沖比，即與靜態(tài)單脈沖比相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的子陣級自適應(yīng)單脈沖的兩級干擾抑制方法，其特征在于，在 4通道單脈沖系統(tǒng)中，沿俯仰方向抑制干擾并形成自適應(yīng)零陷，而沿方位方向保持非自適應(yīng) 的和、差波束，此時所述差波束是指方位差波束。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的子陣級自適應(yīng)單脈沖的兩級干擾抑制方法，其特征在于，在 4通道單脈沖系統(tǒng)中，沿方位方向抑制干擾并形成自適應(yīng)零陷，而沿俯仰方向保持非自適應(yīng) 的和、差波束，此時所述差波束是指俯仰差波束。
全文摘要
子陣級自適應(yīng)單脈沖的兩級干擾抑制方法，涉及一種子陣級自適應(yīng)單脈沖的干擾抑制方法。它解決現(xiàn)有的子陣級自適應(yīng)單脈沖的干擾抑制方法的單脈沖性能較差、遠算代價較高的問題。它包括兩級干擾抑制第一級干擾抑制為具有主瓣保形的旁瓣干擾抑制，其方法為將具有方向圖控制性能的子陣級ADBF與主瓣保形相結(jié)合，在保持主瓣形狀的同時對旁瓣干擾進行抑制；第二級干擾抑制為主瓣干擾抑制，其方法為采用4通道單脈沖系統(tǒng)進行主瓣干擾抑制；所述4通道單脈沖系統(tǒng)的4通道的含義為4個接收通道分別形成4個波束，即和波束、俯仰差波束、方位差波束和雙差波束。本發(fā)明適用于子陣級自適應(yīng)單脈沖的干擾抑制。
文檔編號H04B15/00GK102064892SQ20101060899
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者吳群, 張皓, 徐穎, 肖勇, 胡航, 邱朝陽, 閻曉莉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)