基于波束方位偏差的干擾定向方法

李 娜 宋萬杰 劉志平 胡 敏

(1.西安電子科技大學(xué)西安710071;2.荊州南湖機(jī)械股份有限公司荊州434007)

信號數(shù)據(jù)處理

基于波束方位偏差的干擾定向方法

李 娜1宋萬杰1劉志平2胡 敏2

(1.西安電子科技大學(xué)西安710071;2.荊州南湖機(jī)械股份有限公司荊州434007)

本文提出一種基于波束方位偏差的干擾定向方法，它可用來指示雷達(dá)在各種環(huán)境下來自不同方位的多個干擾。這種方法首先根據(jù)波束方位偏差和干擾的波束方位，得到干擾的真實(shí)方位，然后根據(jù)給定的門限值，對干擾角度粗劃分，再進(jìn)行干擾角度小區(qū)細(xì)分，最后進(jìn)行干擾凝聚和融合，從而指示出不同方位的多個干擾。文中通過對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及分析，表明該方法能夠在360度范圍內(nèi)對多個干擾進(jìn)行定向，并且能夠?qū)⒎轿唤窍嘟膬蓚€干擾區(qū)別開，具有較高的干擾角度分辨力。

波束方位偏差;干擾角度大區(qū);干擾凝聚

0 引 言

隨著各種先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，使得現(xiàn)代電子對抗日趨激烈，研究雷達(dá)的干擾與抗干擾技術(shù)有十分重要的理論與實(shí)際意義。通常情況下，雷達(dá)工作在復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境中，為了采取有效抗干擾措施，必須實(shí)時(shí)地對干擾進(jìn)行定向。

干擾定向一般分為兩步進(jìn)行:首先由干擾測向波束，通過比幅測得干擾源的方位;再由雷達(dá)的跟蹤波束測得干擾的方位和仰角［1，2］。Braun［3］等教授提出了在時(shí)域測量電磁干擾的方法［4］，提高了電磁干擾測量精度，但這種方法只能處理等峰值信號。Frech教授等則提出一種新的針對電磁信號的數(shù)字信號快速處理技術(shù)［5］，這種方法處理精度較低。目前所用的干擾定向方法，大多數(shù)只能在一定角度范圍內(nèi)定向，并且測量精度不高。

本文提出一種基于方位偏差的干擾定向方法，這種方法有別于一般的選取最大模值的干擾定向方法。文中的方法可以在360°范圍內(nèi)進(jìn)行全方位多干擾定向，并且具有較高的干擾角度分辨力。

1 基于方位偏差的干擾定向原理

1.1 干擾方位角測量原理

在利用等波束法測角時(shí)，發(fā)射的左右波束指向相對于實(shí)際方向有一定的偏差，方位偏差就是指實(shí)際方位與左右波束指向之間的差值。在左右波束的方位上加上方位偏差即可得到實(shí)際方位。

基于波束方位偏差的干擾定向原理是:根據(jù)干擾的波束方位和波束方位偏差，計(jì)算出干擾采樣點(diǎn)的真實(shí)方位，根據(jù)波束方位劃分干擾角度大區(qū)，在干擾角度大區(qū)內(nèi)，依據(jù)真實(shí)方位劃分干擾角度小區(qū)，再將每個小區(qū)內(nèi)的多個干擾凝聚，最后將方位相近的幾個干擾進(jìn)行融合，得到干擾方位的指向。

1.2 干擾仰角的選取

以一個干擾方位為基準(zhǔn)，取正負(fù)某個方位角度范圍內(nèi)的點(diǎn)(干擾仰角數(shù)據(jù))的信噪比取最大值時(shí)所對應(yīng)的仰角，此時(shí)的仰角值即為該干擾的仰角。

2 基于方位偏差的干擾方位測量

2.1 參數(shù)含義及說明

1)干擾分區(qū)寬度:將干擾角度劃分成大區(qū)間時(shí)，如果相鄰兩個采樣點(diǎn)波束方位的差值小于這個值，則這兩個采樣點(diǎn)屬于同一個大區(qū)間，否則屬于不同的大區(qū)間。

2)干擾分區(qū)角:對干擾角度大區(qū)進(jìn)行細(xì)分時(shí)，如果相鄰兩個干擾的真實(shí)方位的差值小于干擾分區(qū)角，則它們屬于同一個干擾小區(qū)，否則屬于不同的干擾小區(qū)。

3)干擾寬度:表示一個干擾小區(qū)的波束方位范圍，如果干擾角度范圍大于干擾寬度，則保留該干擾小區(qū)，否則剔除該小區(qū)間。

4)干擾奇異值門限:一個干擾小區(qū)內(nèi)，如果某個干擾的方位與該小區(qū)的平均方位的差值大于奇異值門限，則去除此干擾采樣點(diǎn)。

5)干擾幅度門限:如果某個干擾采樣點(diǎn)的模值大于干擾幅度門限值，則將采樣點(diǎn)作為干擾，否則，不作為干擾。

6)融合角:干擾融合時(shí)，以一個干擾方位為中心，其正負(fù)角度范圍的絕對值，即認(rèn)為在這個角度范圍內(nèi)只有一個干擾。

2.2 干擾方位的測量

1)計(jì)算每個采樣點(diǎn)的波束方位，選取有效干擾采樣點(diǎn)。

雷達(dá)掃描一圈，即在360°范圍的干擾數(shù)據(jù)取4096個采樣點(diǎn)，則第i個采樣點(diǎn)的波束方位αi(i= 0，1，2，…，4095)可表示為:

根據(jù)門限值有效標(biāo)志選取有效的采樣點(diǎn)，如果門限值為1，則該采樣點(diǎn)有效，如果門限值為0，則該采樣點(diǎn)無效。

2)計(jì)算采樣點(diǎn)的真實(shí)方位

假設(shè)篩選后的有效采樣點(diǎn)數(shù)為M。第i個采樣點(diǎn)的方位偏差用±σi(i=0，1，2，…，M－1)表示，則采樣點(diǎn)i的真實(shí)方位θi為:

3)劃分干擾角度大區(qū)和干擾角度小區(qū)

將前后相鄰兩個采樣點(diǎn)的波束方位相減，并求絕對值|αi+1－αi|，如果|αi+1－αi|大于干擾分區(qū)寬度，則αi+1對應(yīng)的第i+1個采樣點(diǎn)屬于一個新的干擾角度大區(qū)，否則，兩個采樣點(diǎn)屬于同一大區(qū)。

依據(jù)真實(shí)方位，將每一個大區(qū)劃分成不同的干擾角度小區(qū)。假設(shè)當(dāng)前已劃分N個小區(qū)，第i個小區(qū)(i的取值為0，1，2，…，N－1)當(dāng)前有mi個干擾采樣點(diǎn)，它們的平均真實(shí)方位用mbi表示，小區(qū)當(dāng)前最后一個點(diǎn)的真實(shí)方位記為lbi。

對于第j個采樣點(diǎn)，其真實(shí)方位為θj，如果|θj－mbi|小于干擾寬度，且|θj－lbi|小于干擾寬度，則采樣點(diǎn)j屬于第i個小區(qū)，更新第i個小區(qū)的mbi和lbi，如公式(3)所示，如果第j個采樣點(diǎn)不屬于前N個小區(qū)中的任何一個小區(qū)，那么需要開辟一個新的小區(qū)，即第N+1個小區(qū)。4)剔除干擾小區(qū)內(nèi)的奇異值點(diǎn)

對于第i個小區(qū)，共有mi個采樣點(diǎn)，第i個小區(qū)內(nèi)的第j個采樣點(diǎn)的真實(shí)方位用θij表示，則該小區(qū)的平均真實(shí)方位為:

如果干擾采樣點(diǎn)的真實(shí)方位大于干擾奇異值門限，則剔除該采樣點(diǎn)。

5)干擾方位凝聚

干擾方位凝聚是指將一個干擾小區(qū)內(nèi)的多個干擾采樣點(diǎn)凝聚成一個有效干擾點(diǎn)。

對于一個干擾小區(qū)，如果干擾角度范圍大于干擾寬度，則該干擾小區(qū)有效，否則該干擾小區(qū)無效，設(shè)第i個有效干擾角度小區(qū)有mi個有效采樣點(diǎn)，則:

其中Ai，j是第i個小區(qū)中第j個采樣點(diǎn)的模值，θij是第i個小區(qū)中第j個采樣點(diǎn)的方位，凝聚后的第i個干擾的模值和方位分別為Ai和Ψ，如果Ai大于幅度門限值，則將該干擾視為有效的，否則，該干擾無效。

6)干擾方位融合

干擾融合是以一個干擾方位為中心，將角度范圍在正負(fù)融合角度范圍內(nèi)的所有干擾融合成一個干擾，將該范圍內(nèi)干擾模值最大的干擾作為融合后的干擾。

3 實(shí)測數(shù)據(jù)處理及分析

DSP接收FPGA發(fā)送的數(shù)據(jù)后，提取出干擾測角數(shù)據(jù)，共有4096個干擾采樣點(diǎn)每個采樣點(diǎn)包括門限、方位偏差、模值、波束方位偏移。

在MATLAB中進(jìn)行仿真，各個參數(shù)的值分別為:干擾的幅度門限值為100，干擾分區(qū)寬度為4.5°，干擾分區(qū)角為2.5°，干擾寬度為1.5°，干擾奇異值門限為1.5°，融合角為7.5°。

圖1 干擾幅度

圖2 干擾有效標(biāo)志

圖3 過有效標(biāo)志的干擾幅度

圖4 第4個區(qū)間的局部放大

圖5 過有效標(biāo)志的方位偏差

圖6 干擾方位指向圖

圖1為干擾幅度，過門限有效標(biāo)志的干擾幅度和方位偏差如圖2和5所示，由圖3可知，在方位100－360度范圍內(nèi)共出現(xiàn)了4個過干擾模值門限的大區(qū)間，對干擾大區(qū)細(xì)分后，前三個大區(qū)各劃分出一個小區(qū)，第四個大區(qū)間被劃分為兩個干擾小區(qū)，即在300－340度中這一個大的干擾區(qū)間中，共有2個獨(dú)立的干擾小區(qū)，由于分辨率的限制，認(rèn)為在15度范圍只有一個干擾，所以最后在融合角度范圍內(nèi)進(jìn)行干擾融合，最終得到的干擾方位指示如圖6所示，共有5個獨(dú)立的干擾方位。

4 結(jié) 論

針對雷達(dá)有源干擾，本文提出一種基于方位偏差的干擾方位指示方法，首先，根據(jù)波束方位和方位偏差計(jì)算出干擾采樣點(diǎn)的真實(shí)方位，然后，劃分干擾角度大區(qū)，再對干擾大區(qū)進(jìn)行細(xì)分，對細(xì)分的干擾角度小區(qū)進(jìn)行奇異值剔除和干擾凝聚，最后，對凝聚后的干擾進(jìn)行融合，得到干擾方位的指向。這種方法能在360°的范圍內(nèi)進(jìn)行全方位多干擾的干擾定向，實(shí)際測試實(shí)驗(yàn)中，干擾源指向精度為0.7°，干擾源方位分辨率可達(dá)9.8度，有效地提高了干擾角度分辨力，具有更強(qiáng)的實(shí)用性。

［1］高晨亮.GSM－R干擾評估及定位研究［D］.北京.北京交通大學(xué)，2007.

［2］李漢洲.GSM－R干擾因素分析［J］.中國無線電.2011，(5):161－162.

［3］Braun S，Al－Qedra M，and Russer P.A novel realtime time－domain measurement system based on field programmable gate arrays［C］.17th International Zurich Symposium On Electromagnetic Compatibility，Singapore，2006:501－504.

［4］Braun S，Krug F，and Russer P.A novel automatic digital quasipeak detector for a time－domain measurement system［C］.2004 IEEE International Symposium On E-lectromagnetic Compatibility Digest，Sabta Clara，USA，2004:823－837.

［5］Frech A，Zakaria A，Braun S，and Russer P.Ambient noise cancelation with a time－domain EMI measurement system using adaptive filtering［C］.2008 Asia－Pacific Sympsoium on Electromagnetic Compatibility＆19th International Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility，Singapore，2008:534－537.

Method of Orienting Jamming Based on Beam Deviation in Azimuth

Li Na1，Song Wanjie1，Liu Zhiping2，Hu Min2
(1.XiDian University，Xi’an 710071;2.Jingzhou Nanhu Machinery CO.，Ltd，Jingzhou 434007，Hubei)

A method of orienting jamming based on beam deviation in azimuth is presented.It can be used to indicate multi－jamming for radar in different direction.Using this method can firstly obtain real direction of jamming according to beam deviation in azimuth and beam azimuth of jamming，then make coarse division for jamming angle on basis of given threshold，than make fine division for jamming angle in subzone，finally，perform jamming coagulation and fusion so as to indicate multi－jamming in different direction.The real measured data is processed and analyzed，the result shows that using this method can orient multi－jamming in 360°，and differentiate two jammings with close azimuth.It possesses higher jamming angle resolution.

deviation beam in azimuth;large intervals of jamming angle;jamming coagulation

TN952

A

1008-8652(2016)04-037-04

2016-08-30

李 娜(1990－)，女，碩士研究生。主要研究方向?yàn)槔走_(dá)信號處理與檢測。