[发明专利]一种对地形反弹干扰的极化检测识别方法和装置

摘要

本发明涉及雷达信号处理和雷达电子对抗技术领域，公开一种对地形反弹干扰的极化检测识别方法和装置，所述方法采用的装置位于无人飞行器的机载雷达上，包括：发射机、双通道接收机、内部处理器、环形器，所述内部处理器通过电缆分别与发射机和双通道接收机相连，双通道接收机由水平极化接收机和垂直极化接收机组成，水平极化接收机通过电缆与水平极化天线相连，垂直极化接收机通过电缆与垂直极化天线相连。本发明能够检测和确定是否存在干扰机发射的干扰信号；当判断受到干扰后，能够识别出地形反弹产生的干扰信号。适用于多种依靠雷达信号进行探测、识别、角跟踪的装置中，快速识别干扰信号的类型，提高系统的干扰识别能力，进而有效的消除干扰。

主权项

一种对地形反弹干扰的极化检测识别装置的检测识别方法，采用的一种对地形反弹干扰的极化检测识别装置，位于无人飞行器的机载雷达上，极化检测识别装置包括：发射机、双通道接收机、内部处理器、环形器，所述内部处理器通过电缆分别与发射机和双通道接收机相连，发射机和双通道接收机通过环形器相连；其中双通道接收机由水平极化接收机和垂直极化接收机组成，水平极化接收机通过环形器与水平极化天线相连，垂直极化接收机通过环形器与垂直极化天线相连；其特征是：位于无人飞行器的机载雷达发射预定极化方式的电磁信号，双通道接收机通过水平极化接收机和垂直极化接收机接收两路射频通道，以保证能够同时接收垂直极化和水平极化信号，接收机接收到回波信号后，内部处理器对发射、接收信号的极化特征进行比较分析；如果在极化上存在测定的差异，就能够确定干扰的存在，进一步分析回波信号的极化相位特性，确定干扰信号是否为地形反弹干扰；其具体步骤如下：步骤一：发射预定极化信号无人飞行器的机载雷达发射预定极化方式的电磁信号，以检测期望的目标；发射的能量集中在目标方向，极化方式为单一的水平极化或垂直极化；雷达内部处理器确定并记录发射信号的极化特性；步骤二：接收回波信号当目标到达机载雷达的作用距离内，雷达信号照射到目标表面，产生雷达表面回波，反射回雷达；同时，装在目标上的干扰机可能也在发射干扰信号，以干扰机载雷达对真实回波信号方向的测量；机载雷达具备正交的水平极化天线、垂直极化天线以及双通道接收机，能够同时接收回波信号的水平极化和垂直极化分量；接收机的主极化通道允许接收与发射信号极化方式一致的回波信号，交叉极化通道接收与主极化通道相正交的信号；通过采用的正交双极化天线和双通道接收机结构，能够使雷达系统接收极化状态的水平极化信号或垂直极化信号；步骤三：判定是否存在干扰信号机载雷达中的内部处理器分析接收机通道接收到信号的极化方式，并与发射信号的极化方式相比较，以确定接收信号的极化与发射信号的极化是否一致；目标和发射信号构成了散射机理，并形成回波信号，因此期望目标的表面回波保留了发射信号的极化特征，即使雷达缓慢旋转，当在常规无人飞行器内，由于无人飞行器的飞行运动属于平动，本身不进行自旋，相对于雷达波速，即光速，无人飞行器的横滚角变化忽略不计，因此大部分目标回波信号与发射信号的极化方式基本相同；当交叉极化通道接收到可测的交叉极化回波信号，内部处理器认为接收信号与发射信号的极化方式不同，判定存在干扰信号；步骤四：判定干扰信号是否为地形反弹干扰当内部处理器发现干扰存在，就进一步分析信号的极化相位特性，来识别地形反弹干扰；干扰机发射信号照射到地面上，并发生反弹，产生地形反弹干扰；发射的干扰信号最初为任何极化方式；由于地面是粗糙表面的组合，使得照射到地面上的任何信号都将被去极化，因此地形反弹信号的极化相位差通常是随机的；通过分析接收信号的极化相位差是否满足随机特性，机载雷达能够确定接收到的是直达干扰，还是地形反弹干扰；对于直达干扰信号，主极化S₁和交叉极化回波S₂分别如式(1)所示：$\left[\begin{array}{c}{S}_1\\ S_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\θ}& sin\mathrm{\θ}\\ -sin\mathrm{\θ}& cos\mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{E}_y\\ E_x\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\end{array}\right]---\left(1\right)$其中，E_x、E_y分别是干扰机发射干扰信号的水平极化分量和垂直极化分量；n₁、n₂是两个分量的热噪声分量；θ是无人飞行器的横滚角，当θ＝0时，天线照射方向与机载雷达天线发射极化方向一致；一般而言，E_x、E_y是同相的线极化信号，不考虑热噪声的影响，S₁、S₂也应是同相的；直达干扰信号和目标所在的角度位置相同，通过HOJ技术就能够完成对干扰的跟踪，因此直达干扰信号的角度测量即为目标所在方向，因此不需要进行干扰识别，按照常规的HOJ处理和角度跟踪处理即可；对于地形反弹干扰信号，主极化和交叉极化回波如式(2)所示：$\left[\begin{array}{c}{S}_1^c\\ S_2^c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\θ}& sin\mathrm{\θ}\\ -sin\mathrm{\θ}& cos\mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{c}_{yy}& c_{yx}\\ c_{xy}& c_{xx}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{E}_y\\ E_x\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\end{array}\right]---\left(2\right)$式中，c_yy、c_yx、c_xy、c_xx为地形杂波反射系数，系数下标的第一个字母代表发射极化，第二个字母代表接收极化，在满足互易性条件下：c_yx＝c_xy；干扰信号回波的幅度、相位与地形特性有关，同时，地形反弹干扰信号主极化和交叉极化分量间的相位差是随机的，而直达干扰信号的极化相位差是确定的；机载雷达将主极化和交叉极化两个接收通道的回波信号分成多个距离单元，每个距离单元相当于一个特殊的时间窗，代表目标的距离；内部处理器根据两个极化通道内每个距离单元的输出的相位值，计算相位差；然后通过循环，计算出所有距离单元上的相位差均值和标准差；如果相位差均值接近0°，且标准差很小，内部处理器判定干扰信号为直达干扰，极化方式为线极化；如果极化相位差的均值接近90°，且标准差很小，内部处理器判定干扰信号为直达干扰，极化方式为圆极化；如果标准差很大，达到了直达干扰的2到3倍甚至以上，内部处理器就判定接收到的干扰信号为地形反弹干扰。