多站雷达系统协同抗有源干扰方法研究

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随着雷达有源干扰技术的发展,单站雷达系统在战场中面临的生存压力日益增大,多站雷达系统独特的空间分置特点使其能够获得丰富的空、时、频资源,为雷达抗有源干扰提供新的途径。通过对不同视角下目标相关数据的融合分析,寻找到真假目标的差异,能够对干扰进行有效识别或抑制,极大的提高了多站雷达系统在有源干扰下的生存能力。本论文主要围绕“十三五”预研项目“XXXX协同抗干扰技术”的研究任务,在多站雷达系统构架下,对有源压制式干扰和有源欺骗式干扰的相关对抗方法进行了深入的研究,主要工作包含以下四个部分:一、研究了异构多站雷达系统数据级融合抗欺骗式干扰方法。针对两种异构多站雷达系统,提出了相应的抗欺骗式干扰方法。对于由两坐标雷达和三坐标雷达构成的异构多站雷达系统,通过三坐标雷达对目标的量测值计算出目标的空间位置信息,进而计算出目标在两坐标雷达量测坐标系下量测参数的估计值,将此估计值与两坐标雷达的实际量测值进行对比,通过构造卡方检验的方法对欺骗式假目标的点迹进行剔除;对于由主动雷达和被动雷达构成的异构多站雷达系统,首先对主动雷达和被动雷达的量测点迹进行关联,剔除欺骗距离较大的欺骗式假目标,并对被动雷达中通过点迹关联的目标进行航迹起始。对于进入航迹滤波系统形成虚假航迹的欺骗式假目标,通过航迹关联算法进一步剔除。二、研究了多站雷达系统抗主瓣压制式干扰方法。目标回波信号和干扰信号的空间散射特性差异被用来进行干扰抑制:在不同接收站之间的干扰信号进行时域对齐后,构造了目标回波矢量和干扰矢量的导向矢量。在多站雷达系统下,干扰信号在不同接收站中高度相关的特性导致干扰信号的能量将聚集在一个单秩子空间内,而目标回波信号的能量将散布于多站雷达系统的整个信号空间。对回波矢量误差协方差矩阵进行特征值分解得到用于投影的噪声子空间,通过向噪声子空间投影的方法对回波矢量中的干扰矢量进行抑制。根据子空间投影后的信号矢量,对相应的广义似然比检测器进行了推导,完成了主瓣干扰抑制后的检测工作。该方法在干扰抑制的过程中不会造成信噪比的损失,也可通过压缩噪声子空间维度的方法来避免干扰泄露的问题。除此之外,该方法所用的噪声子空间由时域采样数据训练得到,既无需知道干扰信号的带宽和干扰样式等参数,也无需知道多站雷达系统的几何参数,因此对于外部干扰环境和内部布站方法变化都具有较强的自适应能力。三、研究了分布式极化多站雷达系统信号级融合抗欺骗式干扰方法。现有的多站雷达系统基于信号级融合的抗欺骗式干扰方法,均未考虑目标回波信号和干扰信号在极化散射特性上的差异:干扰机对雷达信号转发的过程中,带入了干扰机的发射极化参数与接收极化参数,导致接收站接收的干扰信号的极化散射系数中的元素存在线性关系;对于目标回波信号,不同的发射-接收站组合对目标的探测视角不同,目标的散射矩阵也各不相同,因而目标回波信号的极化散射系数中的元素不存在线性关系。基于上述差异,本章提出了一种两步检测/鉴别算法,在检测到目标后,基于广义最大似然比检测对鉴别器进行了推导,同时提出了鉴别器优化方法,提升了干扰抑制后目标的检测概率。该方法可以在检测阶段对干扰信号进行剔除,避免了复杂的相关性检验。该方法未使用目标回波的幅度信息,在干扰机对干扰信号的幅度进行去相关调制或目标回波不完全独立时依然有效。仿真实验表明,该方法在同等条件下对欺骗式假目标的鉴别性能优于现有只考虑回波幅度相关性的信号级融合鉴别方法。四、研究了基于多站功率分配的抗欺骗式干扰方法。多站雷达系统可以利用其优越的联合检测能力,在对目标的联合检测和参数估计过程中,通过对欺骗式干扰的欺骗参数的估计对欺骗式假目标进行鉴别。现有基于参数估计的多站雷达系统抗欺骗式干扰模型中假设多站雷达系统各发射站的发射功率相同,未能充分发挥其抗干扰能力。为了使多站雷达系统在功率资源有限的情况下发挥出最大的抗干扰效能,本章提出了一种基于多站功率分配的抗欺骗式干扰方法。首先计算出在多站联合检测下,对欺骗式干扰的欺骗距离进行参数估计的克拉美罗下界,在构建鉴别器对欺骗式假目标进行鉴别时,以最大化假目标鉴别概率为目标,设计功率分配模型,得到指定总发射功率情况下,使假目标鉴别概率最大的最优发射站发射功率分配方式;该方法能够保证更多的功率资源分配到目标角度差异大及回波信号路径损失较低的发射站,在系统资源有限的约束下,有效提高多站雷达系统对欺骗式假目标的鉴别概率。
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