外辐射源雷达干扰与杂波抑制算法研究

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随着雷达对抗技术的飞速发展,传统雷达技术正面临着电磁干扰、低空突防、隐身飞机和高速反辐射导弹等各方面挑战。各国研究机构不断发展新体制雷达技术以应对以上“四大威胁”的挑战,外辐射源雷达便是新体制雷达中具有巨大发展潜力的一员。外辐射源雷达(又称为无源双基地雷达)系统本身不辐射电磁信号而是利用空间中已经存在的非合作辐射源信号对潜在目标进行被动探测。外辐射源雷达凭借双基体制和静默接收等特点在抗干扰、抗反辐射导弹、反隐身目标、反低空突袭和无电磁污染等方面具有得天独厚的优势,因此在全世界范围内掀起了外辐射源雷达目标检测技术的研究热潮。外辐射源雷达依靠非合作辐射源进行被动探测,所以雷达系统所处的电磁环境往往十分复杂。在实际应用场景中,外辐射源雷达信号处理通常面临主瓣同频干扰和参考信号含多径杂波等棘手问题。由于主瓣同频干扰与目标回波在时域、频域和空域上均不可分,传统方法很难有效地抑制主瓣同频干扰,导致外辐射源雷达系统在该波束的主瓣方向上形成探测盲区。此外,外辐射源雷达系统在实际应用场景中还面临着参考信号中含有多径杂波的问题。经地物反射后的直达波沿多径信道进行传播,导致接收到的参考信号不仅含有直达波还包含多径杂波成分,含有多径杂波成分的参考信号为后续信号处理带来严重影响。针对以上问题,本文围绕着外辐射源雷达主瓣同频干扰和参考信号含多径杂波等具体问题展开研究。具体研究工作如下:1、本文首先研究和分析了盲分离处理和盲均衡处理的问题模型。理论研究分析表明,外辐射源雷达信号处理中亟待解决的主瓣同频干扰和多径杂波抑制等棘手问题与盲信号处理模型相匹配。本文以此为基础寻找盲信号处理与外辐射源雷达信号处理相结合的切入点,将广泛应用于通信领域的盲信号处理思想应用于外辐射源雷达干扰与杂波抑制处理中,从而解决外辐射源雷达系统中主瓣同频干扰抑制和参考信号多径杂波抑制等具体问题。2、由于回波通道中主瓣同频干扰与目标回波在时域、频域和空域上均不可分,所以常规算法难以有效抑制主瓣同频干扰。针对回波通道的主瓣同频干扰抑制问题,本文首先建立了主瓣同频干扰与目标回波等成分的混合模型,并提出了一种基于独立分量分析的主瓣同频干扰抑制算法。首先利用特征波束方法对主瓣同频干扰进行判定,然后利用主分量分析算法对回波信号进行白化和压缩处理,提取回波信号的干扰主成分。随后应用独立分量分析算法对提取的干扰主成分进行分离处理从而获得主瓣同频干扰的时域样本。最后利用扩展相消算法根据分离的主瓣同频干扰时域样本构造正交投影矩阵,消除回波信号中的主瓣同频干扰成分。本文利用仿真实验对所提主瓣同频干扰抑制算法的性能进行有效验证。3、当外辐射源雷达参考信号中含有多径杂波时,不纯净参考信号与目标回波相匹配形成的虚假目标会提高雷达系统的虚警概率。基于非合作辐射源信号模值恒定的特性,本文考虑利用恒模算法对参考信号进行盲均衡处理,在不需要任何训练样本的情况下抑制参考信号中多径杂波成分。然而传统恒模算法对雷达系统中时延较大的多径杂波抑制性能较差,因此本文提出改进恒模算法来抑制参考信号中多径杂波成分。本文所提算法通过引入高阶统计量约束来改进目标函数,并通过归一化处理来优化权值迭代过程,提高本文所提算法的收敛性能。本文利用仿真实验对所提多径杂波抑制算法的性能进行有效验证。4、由于机载接收平台运动,机载外辐射源雷达不纯净参考信号中的多径杂波不仅具有时间延迟而且具有多普勒频率,传统盲均衡算法并不适用机载外辐射源雷达系统。针对机载外辐射源雷达参考信号不纯净问题,本文提出基于循环平稳特性的改进盲均衡算法来抑制不纯净参考信号中具有多普勒频率的多径杂波成分。为约束均衡输出的多普勒频率,本文所提算法基于循环平稳特性构造改进算法的目标函数,并利用复值BP神经网络来求解此约束优化问题。本文利用仿真实验对所提改进盲均衡算法的性能进行有效验证。
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