一种基于JADE算法的FD...雷达智能抗主瓣转发干扰方法_杨朝鹏.pdf

书书书雷达智能信号处理专题DOI:1016592/jcnki10047859202212006一种基于 JADE 算法的 FDA-MIMO 雷达智能抗主瓣转发干扰方法杨朝鹏*，王峰(河海大学 计算机与信息学院，南京 211100)摘要:针对传统的相控阵雷达及多输入多输出(MIMO)雷达在面对与目标角度相同、距离不同的主瓣转发式干扰时无法有效地区分目标与假目标的问题，以及多类型主瓣干扰同时存在的抗干扰难题，基于频率分集阵列(FDA)-MIMO 雷达，提出了一种基于矩阵联合近似对角化(JADE)盲源分离算法的智能抗干扰方法。首先对接收信号进行波束形成处理，然后将波束输出信号进行匹配滤波处理。根据频率分集子频率受干扰的情况，自适应地选择干扰较弱的子频率，采用 JADE 算法将干扰与目标分离开来，实现智能抗干扰。为了加强对主瓣瞄频及切片等转发干扰的对抗效果，针对每个频率分集子频率，采用低通窄带滤波，滤除干扰。仿真实验表明:将基于智能子频选取策略的接收波束域 JADE 算法应用到 FDA-MIMO雷达可以实现良好的抗主瓣干扰效果。关键词:主瓣转发干扰;频率分集阵列雷达;盲源分离;矩阵联合近似对角化中图分类号:TN974文献标志码:A文章编号:10047859(2022)12004206引用格式:杨朝鹏，王峰 一种基于 JADE 算法的 FDA-MIMO 雷达智能抗主瓣转发干扰方法J 现代雷达，2022，44(12):4247YANG Zhaopeng，WANG Feng An intelligent anti-main lobe repeat back jamming method for FDA-MIMO radar basedon JADE algorithm J Modern adar，2022，44(12):4247An Intelligent Anti-main Lobe epeat Back Jamming Method forFDA-MIMO adar Based on JADE AlgorithmYANG Zhaopeng*，WANG Feng(College of Computer and Information，Hohai University，Nanjing 211100，China)Abstract:In view of the problem that the conventional phased array radar and multiple-input multiple-output(MIMO)radar cannoteffectively distinguish between target and false target when facing the same angle and different distance from the main lobe distanceforwarding jamming，an intelligent anti-jamming method based on matrix joint approximate diagonalization of eigenmatrixe(JADE)blind source separation algorithm is proposed based on frequency diversity array(FDA)-MIMO radar This method is also effective formulti mainlobe jamming scenarios The received signal is first beamformed，and then the beam output signal is matched filtered Ac-cording to the interference of the frequency diversity sub-frequency，the undisturbed sub-frequency is adaptively selected，and theJADE algorithm is used to separate the interference from the target，so as to realize intelligent anti-interference In order to strengthenthe countermeasure effect against false target forwarding interference，low-pass narrowband filtering is used for each frequency diversi-ty sub-frequency to filter out-of-band interference Simulation results show that the receiving beam domain JADE algorithm based onintelligent frequency selection strategy is applied to FDA-MIMO radar to achieve good mainlobe anti-jamming effectKey words:main lobe distance spoofing interference;frequency diversity array radar;blind source separation;joint approximatediagomalization of eigenmatrixe(JADE)收稿日期:2022-08-16修订日期:2022-10-150引言随着科学技术的不断发展，雷达抗干扰技术不断取得进步。目前，面对各种复杂的干扰，尤其对副瓣干扰而言，已经有了较为成熟的技术手段，比如自适应旁瓣对消技术、干扰零陷技术和频率捷变技术等。但是当干扰从天线主瓣进入雷达时，抑制旁瓣干扰的手段大多都失去了效果。主瓣干扰包括噪声调频压制、瞄频噪声、切片转发以及密集假目标转发等多种干扰形式。转发式干扰指的是通过数字射频存储器(DFM)对真实目标进行截获、采样、储存、调制并转发与目标回波类似的信号1，使雷达误把假目标当成真目标，进而影响其对真实目标的参数估计与跟踪。干扰机截获雷达发射信号再转发的过程有一定的时间间隔，为此可以结合波形分集技术23，利用目标与干扰波形参数之间的差异来区分。但是，由于方向矢量只和角度有关，不包含距离分量，传统相控阵雷达以及MIMO24第 44 卷第 12 期2022 年 12 月现 代 雷 达Modern adarVol44No12Dec 2022雷达在对抗主瓣距离欺骗式干扰时有一定的难度。近年来，频率分集阵列(FDA)雷达作为一种新兴的雷达体制，受到了学者的广泛重视和深度研究。FDA和相控阵区别在于 FDA 在阵元间引入一个远小于载频的频偏，从而形成与距离相关的波束4。然而，FDA 的距离角度依赖性体现在发射端，必须结合 MIMO 技术分离发射端信号，从而获得发射自由度56。鉴于 FDA-MIMO 在发射端包含距离维信息，因此可以通过目标与主瓣欺骗式干扰之间的距离差异来进行区分。文献 7研究了一个 FDA-MIMO 雷达抗主瓣干扰的模型，但该模型并没有提到在干扰机中的转发延时时间。文献 8总结分析了欺骗式干扰的一系列特点，提出了对抗主瓣欺骗式干扰的前提条件。文献 9 提出了一种基于数据域的稳健 FDA-MIMO 雷达自适应距离角度二维波束形成算法，对抑制欺骗式干扰有明显效果。文献 10 假设在知道目标位置信息的情况下，在联合发射接收二维频率域上对目标、干扰进行区分，并设计了距离角度二维自适应匹配滤波器，成功抑制了所有距离维失配的干扰。但是以上方法均认为目标的距离角度先验信息已知，并不能适用距离角度未知的情况。在现代雷达信号处理范畴中，盲源分离是一种重要的技术，能够将观测信号中的每一个源信号分离出来1213。主瓣干扰的强度远高于目标回波的强度，对雷达的目标检测性能有着很大的影响14。盲源分离在缺少先验信息的情况下，也可将各统计独立的信号分离开，致力于用最少的信息得到最为理想的结果，在雷达抗干扰领域得到广泛的运用。文献 15针对主瓣距离密集假目标干扰，提出利用多个脉冲重复间隔的采样来构造虚拟通道的方法。仿真结果表明，该方法在满足一定信噪比的情况下可以成功将干扰与目标信号分离，实现干扰抑制的目的。文献 16 分析了盲源分析的两种算法 JADE 算法和 CMA 算法对主瓣压制式干扰的抑制性能。文献 17将一种基于最大信噪比(MSN)的盲源分离算法应用到 FDA-MIMO雷达中，该算法将干扰和目标分离开，抑制了雷达主瓣欺骗式干扰。雷达波束主瓣多种干扰存在时将使雷达抗干扰更为困难。结合智能抗干扰技术可以较好地实现多主瓣干扰的对抗。文献 18提出了雷达智能化的反干扰系统体系，总结了系统要素，分析了雷达认知智能抗干扰的优势。本文结合 FDA-MIMO 雷达，给出了一种智能选频策略的波束域 JADE 算法，可以有效对抗主瓣距离转发式干扰及多种主瓣干扰。1FDA-MIMO 主瓣转发干扰模型等距线阵由 M 个发射阵元、N 个接收阵元组成，其发射频率以fm递增。在FDA-MIMO系统中，第m 个阵元发射频率为fm=f0+fm=f0+f(m 1)，m=1，2，M(1)式中:fm为参考阵元频率;fm为阵元间频偏。第 m个阵元原始发射信号为sm0(t)=exp j(2fmt+t2，0 t Tp(2)式中:Tp为脉冲时宽;Bp为脉冲带宽;满足 Bp/Tp。对目标信号采用 MIMO 形式接收，第 n 个阵元接收的来自该目标的反射信号可以表示为xn(t)=Mm=1exp j2fm(t m，n)+(t m，n)2)(3)式中:为点目标复散射系数。双程时延为m，n=20 d(n 1)sin0 d(m 1)sin0c(4)式中:0为目标距离;0为目标角度;d 为阵元间距。敌方干扰机截获雷达发射信号进行延迟并转发形成假目标，干扰影响我方接收机的正常工作。对干扰信号采用常规形式接收，假设干扰机位于(j，j)处，则第 n 个阵元接收到的被干扰机转发的信号可以表达为Jn(t)=j(t)Ll=1Mm=1exp j2fm(t j，m，nl)+(t j，m，nl)2(5)式中:L 为干扰机产生的假目标数;j为点干扰反射系数;l为第 l 个假目标的调制时间。j，m，n=2j d(n 1)sinj d(m 1)sinjc(6)为第 n 个接收阵元与干扰机的双程时延。(t)可以是与发射信号相同的转发干扰，或者是部分发射信号的切片干扰，或者是快速反应的瞄频干扰。则接收端信号为S=Nn=1xn(t)+Nn=1Jn(t)+n(7)式中:n 为噪声。对接收端信号进行接收波束形成，可得X=As*S+N=As*Nn=1xn(t)+As*Nn=1Jn(t)+As*n(8)式中:接收波束形成权矢量 As 为34雷达智能信号处理专题杨朝鹏，等:一种基于 JADE 算法的 FDA-MIMO 雷达智能抗主瓣转发干扰方法2022，44(12)As=1，expj2d0sin0，expj2d0(N 1)sin0 T(9)式中:波长 0=cf0。将接收波束形成分别与每个发射原始信号 sm0进行匹配滤波后输出为XTm=expj2fm20c()expj2fmd(m 1)sin0c+jexpj2fm2jc+l()expj2fmd(m 1)sinjcSexpj4fc(m 1)0expj2d0(m 1)sin0+Jexpj2f(m 1)2jc+l()expj2d0(m 1)sinj(10)式中:S=expj400;J=jexpj4j0。将匹配滤波后的输出排列开来，以便后续进行盲源分离处理，得到多通道信号为X=XT1，XT2，XTM(11)2波束域 JA