[发明专利]基于梯度投影的距离‑速度同步拖引欺骗干扰识别

摘要

本发明公开了一种基于梯度投影的距离‑速度同步拖引欺骗干扰识别算法，该技术属于雷达抗干扰领域。对于脉冲多普勒(PD)雷达，通常采用距离‑速度同步拖引干扰对该雷达进行干扰，该欺骗干扰可以同时对距离和速度信息进行拖引干扰，从而增加了PD雷达准确选择和跟踪目标的难度。本发明的方法包括以下步骤(一)对雷达接收信号进行采样，根据距离‑速度同步干扰回波的时变特性建立过完备原子库；(二)当接收机AGC电压和目标个数出现突变时，判断目标受到干扰；(三)利用梯度投影方法得到目标多普勒频率，继而计算出目标速度，并根据目标速度对抗干扰。本发明干扰识别能力强、工程实现容易，具有较强的工程应用价值和推广前景。

主权项

一种基于梯度投影的距离‑速度同步拖引欺骗干扰识别方法，是指根据距离‑速度同步拖引欺骗干扰回波特点建立过完备原子库，对回波信号进行过完备原子库下的稀疏分解，并采用基于阈值分割的聚类分析方法判别出目标个数，当接收机AGC电压突变，并且目标个数由一个变为两个时，判断目标受到干扰，然后采用梯度投影方法提取出目标的多普勒参数，并计算出目标的多普勒速度，最后利用真实目标速度来控制雷达距离波门的移动，从而达到抗距离‑速度同步拖引的目的，其特征在于包括以下技术措施：步骤1：将雷达接收机接收到的线性调频信号y(t)通过采样器以采样间隔Ts进行采样，变为离散信号y(nTs)，其中n表示采样点序号；将y(nTs)送入雷达信号处理计算机；在雷达信号处理计算机中执行以下步骤：步骤2：初始化T设为雷达信号持续时间；λ为雷达波长；fs为采样频率；Ts＝1/fs为采样间隔；t′为干扰施加时间；fu为信号多普勒频率；fj为干扰机施加的多普勒频率；η为阈值门限；e为搜索区间；G(U×N)设为过完备原子库，U为多普勒频率的搜索个数，N＝T/fs；Δfu＝fu/U为多普勒频率单元大小；步骤3：形成过完备原子库根据距离‑速度同步干扰回波的时变特性，建立原子其中N为采样个数，fu为信号多普勒频率，假设fu的取值范围为fu∈[0，U]Δfu，u＝1，2，…，U，U为多普勒频率的搜索个数，Δfu为多普勒频率单元大小，构造过完备原子库G为U×N的矩阵为：G(gn)＝[gn(f1) gn(f2) … gn(fu)]由此可见字典中的原子gn匹配了干扰信号和真实信号的多普勒频率特征，为了保证分解系数具有足够的稀疏性以及压缩感知的重建精度，可以通过增加原子个数提高变换系统的冗余性来增强信号逼近的灵活性，进而提高信号的稀疏表示能力；步骤4：目标个数判别当接收机AGC电压接收到突变信息后，利用基于原子分解的方法判别目标的个数，具体步骤如下：(1)将回波信号y在过完备原子库G上进行投影，得到原子能量分解系数：x＝GTy，由于这些系数包含了欺骗干扰信号和真实回波信号的多普勒频率特征，因此其能量分布集中在两个峰值附近；(2)设定阈值门限η和搜索区间e，并将目标个数设定为K＝0，搜索步长stepsize＝0，原子位置i＝0；Apeak用于保存原子能量图中的能量峰值，Ppeak用于保存Apeak对应的原子位置，初始化Apeak＝0，Ppeak＝1；(3)采用阈值分割的方法对于原子能量图中每一个原子的能量A(i)做阈值处理，阈值处理结果可以表示为：(4)从原子能量图中顺序读入第i个原子，如果所有原子都被遍历，则直接进入步骤(7)，否则进入步骤(5)；(5)如果第i个原子能量A*(i)≤Apeak，则保持Apeak不变，并进入步骤(6)，如果A*(i)＞Apeak，则令Apeak＝A*(i)，Ppeak＝i以及i＝i+1并返回步骤(4)；(6)令搜索步长stepsize＝i‑Ppeak，如果搜索步长小于搜索区间即stepsize＜e，则令i＝i+1并返回步骤(4)；如果stepsize≥e，那么将第Ppeak个原子作为第K个目标输出，并且令Apeak重新赋值为0，且i＝i+1，K＝K+1，返回步骤(4)继续寻找下一个峰值；(7)最后获得K就是目标个数；步骤5：目标多普勒频率提取当目标个数由一个变为两个时，判断目标受到欺骗干扰，为了在欺骗干扰下快速识别出目标，需要提取出真实目标的多普勒频率，这里采用梯度投影算法用于距离‑速度同步干扰下的目标多普勒参数提取，首先利用与原子库G非相干的测量矩阵Φ将干扰回波信号y投影到低维观测向量y′上，即y′＝Φy＝ΦGTx其中，Φ为M×N的测量矩阵，M＜N，Φ和冗余字典G满足RIP条件，由于实际回波信号受到噪声的影响，使得含噪信号不再是严格的稀疏信号，即信号在各个变换空间的分解系数不是严格稀疏的，因此上式转化为以下形式：y′＝ΦGTx+z其中，z为随机噪声或其他误差项，根据梯度投影原理将上式转化为求解基追踪降噪问题(BPDN)：min||GTx||1s.t.||ΦGTx‑y||2≤ε其中，ε为误差量，由随机噪声或其他因素决定，且解满足：||x^-x||1≤c1||x-xK||1/K′+c2ϵ]]>其中，c1＞0、c2＞0为某个固定常数，xk为x的K′项逼近，从变换向量x提取各分量信号的初始频率信息，转化为以下1‑范数约束条件下的最小二乘法问题：minx12||Φy-ΦGTx||22+γ||x||1]]>其中，测量矩阵Φ的设计以非相干性为基本准则，由于过完备原子库G中的原子gn为LFM信号，因此选用随机噪声矩阵作为测量矩阵以保证测量矩阵Φ与过完备原子库G的非相干性，最终求得回波信号初始频率的稀疏解为：y^(U)=argminx12||Φy-ΦGTx||22+γ||x||1;]]>步骤6：目标多普勒频率提取经过上述对回波干扰信号y(t)的梯度投影分解，得到信号的稀疏解能量图找到最大的两个峰值的坐标A(n1)和A(n2)，n∈(0，U)；通过以下公式就可以得到真实信号的多普勒频率fd和虚假信号的多普勒频率fj：fj＝floor(n1/U)×Δfufd＝floor(n2/U)×Δfu其中，floor表示取整操作，由于干扰信号的幅度大于真实信号，因此首先检测出来的多普勒频率为干扰施加的多普勒频率，第二次测的数值为真实信号的多普勒频率；步骤7：抗距离速度同步拖引欺骗干扰根据以下公式计算出真实目标的多普勒速度vd：vd＝fdλ/2利用真实目标速度来控制雷达距离波门的移动，从而达到抗距离速度同步拖引的目的。