強(qiáng)直達(dá)波干擾下目標(biāo)特征快速提取方法研究

摘 要： 無源雷達(dá)系統(tǒng)中，為了快速重建目標(biāo)回波，設(shè)計(jì)了基于變步長最小均方算法的自適應(yīng)直達(dá)波干擾抑制系統(tǒng)，仿真表明，與定步長系統(tǒng)相比，該設(shè)計(jì)系統(tǒng)能以更快速度有效抑制直達(dá)波干擾。另外，為了解決直接計(jì)算互模糊函數(shù)運(yùn)算量太大問題，引入了快速傅里葉變換計(jì)算方法，仿真表明運(yùn)算量大大降低。最后，為了估計(jì)多普勒頻移和時(shí)延參數(shù)，采用快速傅里葉變換方法計(jì)算互模糊函數(shù)最大值對應(yīng)坐標(biāo)，仿真表明兩參數(shù)均估計(jì)正確。

關(guān)鍵詞： 無源雷達(dá)； 調(diào)頻廣播； 變步長最小均方； 直達(dá)波抑制； 快速傅里葉變換

中圖分類號： TN957.51?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）17?0009?03

0 引 言

近年來，國內(nèi)外正在進(jìn)行無源雷達(dá)的研制，這種雷達(dá)系統(tǒng)利用調(diào)頻廣播、電視等民用信號作為非合作照射源[1]，“靜默”接收飛機(jī)、導(dǎo)彈等飛行器目標(biāo)的微弱反射信號，再進(jìn)行直達(dá)波干擾抑制及目標(biāo)特征參數(shù)估計(jì)，以完成目標(biāo)定位及跟蹤。由于民用輻射源具有工作頻率低、頻率覆蓋廣、發(fā)射功率大等特點(diǎn)，大大提高了無源雷達(dá)在抗干擾、抗低空突防、抗反輻射導(dǎo)彈和反隱身等方面的性能[2]。

為了加快收斂速度，本文提出了新的變步長公式，并設(shè)計(jì)了基于變步長最小均方（Least Mean Square，LMS）算法[3?4]的自適應(yīng)直達(dá)波干擾 （Direct Path Interference，DPI）抑制[5?6]系統(tǒng)。為了提高雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能，采用快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）[7]方法計(jì)算互模糊函數(shù)，以快速準(zhǔn)確進(jìn)行目標(biāo)特征參數(shù)提取。

1 基于變步長LMS算法的自適應(yīng)直達(dá)波干擾抑制系統(tǒng)

相對于直達(dá)波干擾來說，目標(biāo)回波具有因目標(biāo)運(yùn)動(dòng)引起的較小的多普勒頻移。因?yàn)檎{(diào)頻廣播是帶寬信號，目標(biāo)回波與直達(dá)波干擾頻譜混疊嚴(yán)重。另外，由于傳輸距離較遠(yuǎn)及目標(biāo)散射等原因，目標(biāo)回波強(qiáng)度一般比直達(dá)波信號強(qiáng)度小很多。使用經(jīng)典濾波器很難有效濾除直達(dá)波干擾，所以本文設(shè)計(jì)了基于變步長LMS算法的自適應(yīng)直達(dá)波干擾抑制系統(tǒng)。

2 基于變步長LMS算法的自適應(yīng)直達(dá)波干擾抑制系統(tǒng)仿真

圖2（a）為受到直達(dá)波干擾污染的目標(biāo)回波頻譜圖，直達(dá)波中頻出現(xiàn)在0.2 MHz，驗(yàn)證了窄帶采樣定理。幅值較小的目標(biāo)回波僅具有1 kHz的多譜勒頻移，與直達(dá)波干擾頻譜混疊嚴(yán)重。圖2（b）為重建后的目標(biāo)回波頻譜圖，與圖2（a）比較可知，幅值較大的直達(dá)波干擾得到有效濾除，目標(biāo)回波得到較好重建。為了便于比較，圖2只畫出中頻附近頻譜，其他位置頻譜情況與此外類似，不再累述。

圖3為直達(dá)波干擾抑制后的目標(biāo)回波與理想目標(biāo)回波時(shí)域差值圖，其中上方藍(lán)線為定步長收斂過程，在800點(diǎn)左右趨于穩(wěn)定；下方紅線為變步長收斂過程，初始收斂因子與定步長收斂因子相同，在300點(diǎn)左右已趨于穩(wěn)定。可見在穩(wěn)態(tài)誤差相同的前提下，變步長LMS算法具有更快的收斂速度。

綜上，基于變步長LMS算法的自適應(yīng)直達(dá)波抑制系統(tǒng)能夠快速有效濾除直達(dá)波干擾，工作性能良好。

3 基于互模糊函數(shù)的FFT計(jì)算方法的聯(lián)合時(shí)頻估計(jì)

圖4中，上方紅色圓圈畫線為直接計(jì)算所需的復(fù)數(shù)乘次數(shù)；下方藍(lán)色三角畫線為利用FFT算法所需的復(fù)數(shù)乘次數(shù)，與直接計(jì)算相比，復(fù)數(shù)乘次數(shù)降低了4個(gè)數(shù)量級左右。顯然，采用FFT算法大大降低了運(yùn)算量，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。

然后，設(shè)采樣點(diǎn)數(shù)為[N=218，]利用FFT方法計(jì)算互模糊函數(shù)最大值，以估計(jì)時(shí)延及多譜勒頻移，仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5（a）是互模糊函數(shù)圖對應(yīng)的時(shí)間軸剖面圖，可見互模糊函數(shù)最大值對應(yīng)的時(shí)間為0.000 04 s，與時(shí)延參數(shù)仿真設(shè)置值一致。圖5（b）是互模糊函數(shù)圖對應(yīng)的頻率軸剖面圖，可見互模糊函數(shù)最大值對應(yīng)的頻率為1 kHz，與多譜勒頻移參數(shù)仿真設(shè)置值一致。說明通過互模糊函數(shù)的FFT計(jì)算方法能夠快速準(zhǔn)確進(jìn)行時(shí)延及多譜勒頻移估計(jì)。

4 結(jié) 論

本文選用載頻為107.4 MHz，帶寬為180 kHz的調(diào)頻廣播作為無源雷達(dá)非合作照射源，屬于典型的高載頻窄帶寬信號，采用窄帶采樣定理，使無失真采樣頻率降為0.8 MHz，給實(shí)時(shí)信號處理帶來了便利。針對較強(qiáng)的直達(dá)波干擾，設(shè)計(jì)了基于變步長LMS算法的自適應(yīng)直達(dá)波干擾抑制系統(tǒng)。仿真表明，與定步長800點(diǎn)收斂位置相比，系統(tǒng)能以300點(diǎn)收斂位置更加快速有效濾除直達(dá)波干擾。針對直接計(jì)算互模糊函數(shù)計(jì)算量太大問題，本文采用FFT方法，與直接計(jì)算相比，復(fù)數(shù)乘次數(shù)降低了4個(gè)數(shù)量級左右，大大提高了雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。最后，利用FFT方法計(jì)算互模糊函數(shù)最大值，多普勒頻移及時(shí)延均估算正確，為目標(biāo)定位及跟蹤奠定了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

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作者簡介：李富強(qiáng) 男，1982年出生，河南汝南人，碩士，講師。研究方向?yàn)閿?shù)字信號處理。

鄭寶周 男，1979年出生，河南南陽人，碩士，講師。研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚怼?/p>

張益維 男，1979年出生，山東煙臺人，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師。研究方向?yàn)槌瑢拵o線通信。

豆根生 男，1979年出生，河南濮陽人，碩士，講師。研究方向?yàn)殡娮优c通信工程。