LFM脉冲雷达恒虚警检测的多假目标干扰研究

2005年5月 第27卷第5期 系统工程与电子技术 SystemsEngineeringandElectronics May2005 V01．27No．5 文章编号：1001—506X(2005)05—0818—05 LFM脉冲雷达恒虚警检测的多假目标干扰研究 施龙飞，周 颖，李 盾，王雪松，肖顺平 (国防科技大学电子科学与工程学院，湖南长沙410073) 摘要：针对采用均值恒虚警检测器的线性调频脉冲雷达，提出了一种破坏雷达检测的多假目标干扰方法。 首先，阐述了利用多普勒频率调制实现假目标分布的干扰策略。推导了假目标信噪比、假目标个数等关键参数。 最后对干扰系统提出了一些建议，并对推导的结论进行了仿真验证。仿真结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，采用这种干扰方法可以大大 降低目标被发现的概率。 关键词：多假目标；均值恒虚警检测；线性调频脉冲雷达；距离一多普勒耦合 中图分类号：TN957 文献标识码：A Multi-false-targetjammingeffectsontheLFM pulsedradar’SCFARdetection SHILong—fei，ZHOUYing，LIDun，WANGXue—song，XIAOShun—ping (SchoolofElectronicScienceandEngineering，NationalUniversityofDefenmTechnology，Changsha410073，China) Abstract：Amulti—false-targetjammingmethodagainsttotheU、Mpulsedradarwithmeanlevel(ML)CR螺 detectorisproposed．Firstly，thisjammingmethodisilluminatedwhichtakesadvantageoftheDopplermodulationto realizethefalsetargets’distribution．Thensomekeyparametersarederived，forinstance，thefalsetargets’SNRand thenumberoffalsetargets．Lastly，someimportantadvicesarepresentedforthejmr／llTlersystem，andsimulationsare madetovalidatetheconclusionderived．Thesimulationresultsshowthattheradar’Stargetdetectionprobabilityisde— creasedgreatlybyemployingthisjammingmethod． Keywords：multi—falsetarget；meanlevelconstantfalsealarmratedetector；linearfrequencymodulationpulsed radar；range-Dopplercoupling 1 引 言 雷达对目标的检测是在噪声、杂波背景下进行的，噪声 和杂波功率电平的随机变化使得雷达检测门限必须自适应 地调整，以控制虚警率维持在一个恒定水平以下L1叫J，具有 恒虚警率(constantfalsealarmrate，CFAR)的自动目标检测 是雷达信号检测、处理的重要组成部分旧J。 对雷达的干扰样式目前有很多，但主要可分为压制式 干扰和欺骗式干扰两大类。其中，压制式干扰往往需要发 射大功率干扰噪声，使雷达检测变得困难u引，其缺点是容 易被敌方发现并采取相应对抗措施，在恶劣的战场环境中， 自身也易受到攻击；多假目标等欺骗式干扰采用虚假的目 标信息，不需要很强的发射功率就能对雷达的检测和跟踪 系统进行干扰【I⋯，战场生存能力得以提高。 目前的多假目标干扰大多针对雷达的跟踪系统uo，11j， 而对于高分辨力及具有特征提取和目标识别能力的新体制 雷达，区分真假目标已成为可能，如采用窄带跟踪、宽带成 像体制的雷达。在这种情况下，如果在搜索过程中直接对 CFAR检测进行干扰，并使其在干扰区域内无法检测目标， 无疑将具有更大的优势。 本文针对广泛采用的LFM脉冲体制雷达，研究利用多 假目标对其CFAR检测进行干扰的方法。具体而言，通过 在被掩护的真目标前后各形成一串幅度向两旁衰减的假目 标，使得均值CFAR检测器无法检测出真目标和假目标。 2对均值CFAR检测的多假目标干扰方法 均值类(meanlevel，池)CFAR检测器的共同特点是在 局部估计中采用了取均值的方法幢J，主要有单元平均CA 方法【2’3o(thecellaveraging)，CK)14J方法(取大，thegreatest oO，SO[5]方法(取小，thesmallestof)和WCA【6，7J方法 (weightedcell-averaging)，如图1所示旧J。 在这几种ML类CFAR检测方法中，对于杂波边缘环 收稿日期：2004—04—21；修回日期：2004—09—10 基金项目：全国优秀博士 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 专项基金(08100101)；“十五”国防预研项目(41303517)基金资助课题 作者简介：施龙飞(1978一)，男，博士研究生，主要研究方向为雷达极化信息处理。 万方数据 第27卷第5期LFM脉冲雷达恒虚警检测的多假目标干扰研究 ·819· 境以及一般的多目标环境，SO方法的检测性能明显优于其 它方法；而对于前后两个参考单元中都有干扰目标存在的 情况，所有ML类方法的检测性能均迅速下降，此时相对来 说，SO检测方法的性能仍优于其它几类方法旧J，故本文从 对干扰方最不利的情况出发，选择SO检测方法作为研究 对象，进行干扰分析和关键参数的推算。 Ho Hl 图1 ML类CFAR检测器方框图 2．1干扰原理 干扰实现的主要思路是在真目标前后各形成一列幅度 向两旁衰减的假目标，这些假目标恰好落在相邻目标或假 目标的CFAR参考单元里，从而抬高检测门限，使雷达不能 检测到该方向上干扰区域内的任何目标。 图2是真假目标回波经脉压处理之后的视频信号，S。 为真目标，假目标依次为S+i(i=1，2，⋯，N)。满足一定 功率水平条件的S】(S一，)处于so的参考单元中，使得背景 噪声功率水平估计偏高而不能将S。检测出来；依次类推， 满足一定功率水平条件的S川(S娟+1))落在Si(S—i)的 参考单元中，使得S，不能被检测出来。而为了保证边缘假 目标SN不被检测出来，其功率必须小于由噪声功率水平 决定的某个阈值。 时间轴 图2假目标对CFAR进行欺骗干扰示意图 综上，干扰 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 有如下要求：①各假目标必须位于相 邻目标或假目标的参考单元内；②假目标的功率按一定规 律由中间向两旁衰减；③边缘假目标氐的信噪比必须小 于某个阈值。 下面将针对②和③，研究假目标信噪比等关键参数的 计算过程。 2．2多假目标产生方法 本文针对LFM脉冲雷达，利用其测距的距离一多普勒 耦合效应[12|，通过对接收信号进行多普勒频率调制，使雷 达匹配滤波之后的波形峰值点偏移，实现假目标在时间轴 上的分布，从而避免了一般时间延迟方法无法实现假目标 负延迟的缺点。 由文献[12]，距离一多普勒耦合引起的测距偏差为 AR=；form 式中：；——径向速度，^——雷达载频，T——脉宽，B—— 调频带宽，则由多普勒调制频率决定的时延偏移为 Ar=faT／B (1) 显然，由厶可以控制时延△r的正负和大小。 干扰机系统硬件实现时，可以利用多个通道来产生多 个假目标，也可以采用一种更为方便的方法，即设计干扰调 制波形h(t)。h(t)写成下面的形式 h(￡)=∑A(")[ej2噶(咖+e—j2％(咖](2) 式中：A(，z)、厶(行)——第挖个假目标的幅度及频移调制 参数。只要用h(t)对接收信号进行调制再转发即可。 3关键参数的推算 首先确定边缘假目标的最大信噪比，然后递推得到所 有假目标的信噪比，同时得到所需的假目标个数。 3．1边缘假目标的最大信噪比A。 对于边缘假目标的SO检测，可以认为其外侧参考单 元的功率水平估值低于内侧参考单元估值(如图2)，因此 近似地只研究其外侧参考单元；同时，假设背景噪声为高斯 型，因而可以仅从虚警率和检测概率人手，对A。进行推算。 A。定义为脉压后的输出信噪比 A刍／2a2 式中：A，——边缘假目标回波脉压输出幅度，d2——脉压 后噪声的功率。 雷达接收信号为 S，(t)=S(t)+挖(t) 式中：n(t)——输入噪声信号，N。——单边功率谱密度， S(t)——目标回波信号。经脉压后，噪声输出信号仍为零 均值高斯分布，其方差(功率)为[2] 铲=kzNorJ4 (3) 式中：愚——匹配滤波器增益系数；而目标回波输出包络的 幅度峰值为 AE=毕．刈．(4)‘ 【P 式中：A。——边缘假目标回波脉压前的幅度，后一项是由于 匹配滤波器失配引起的衰减，一般很小，讨论时可以忽略。 万方数据 ·820· 系统工程与电子技术 2005焦 ．fHo， 检测单元内无目标 、IH，，检测单元内存在目标 由前面的高斯假设，CFAR检测单元的幅度r在H(，假 设下的概率密度函数厶。(·)为指数分布 氐(r)_刍expl一参j (5) 检测单元幅度r在H1假设下的概率密度函数厶(·，为[1] 厶，㈩=去exp[一(V寿)¨簧^]㈤ 式中：J。(·)——第一类零阶修正贝塞尔函数。 由式(5)可以得到检测门限为E2] S=232In(P云1) 若假设由于干扰机发射天线和雷达接收天线相对姿态的随 机变化而引起的假目标幅度起伏服从瑞利分布，则单脉冲 检测情况下边缘假目标的检测概率PaEdge为Ho 匕昧：』．：■．㈩ar-，一r1+u赢妊e掣 (7) 式中：S7=s／a2。上式只与虚警率P最及h有关，进而得 到 it-AE器I一1 (8)n(只腺)1 旧7 进一步，根据式(3)、式(4)还可以得到边缘假目标的输入信 噪比和输入功率。 3．2假目标信噪比A。 雷达恒虚警检测中的一些关键参数(如标称因子T 等)是以均匀高斯噪声背景为前提假设得到的。对于非边 缘假目标，由于其参考单元中存在干扰目标(interferingtar— get)，所以要根据具体的检测过程来推导得到非边缘假目 标的信噪比A。(挖=1，⋯，咒)。 由文献[8]可知，SO检测中，标称化因子T与参考单 元长度M、虚警率P危的关系如下 ％：2莹M+i11(2+T)删㈦(9) 即标称因子T仅由虚警率和参考单元长度决定，与其它参 数无关。事实上，对雷达来说，当工作方式确定后，标称因 子T的取值一般都是固定、确知的。 对第卵个假目标进行检测，检测概率B为 B=EziP[，．>TZH1]}230 fz(z)J眩，R。(r)d，一dz (10) 式中：厂7(z)——参考单元统计量z的概率密度函数， r——检测单元统计量。由于本文只考虑单脉冲检测情况， 故r为单点统计量。 3．2．1参考单元统计量Z的概率密度函数 参考单元统计量Z的概率分布特性十分复杂，为了推 导简便，这里将作一些必要的假设。统计量Z由M一1个 噪声采样及一个干扰目标采样组成，形式如下 Z=∑z；+z‰=U+z‰(11) 式中：x；--G(1，铲)，由于各采样之间独立，故有u～G(M一1， 铲)，其中G(·)为Gamma分布。z乞是干扰目标和噪声叠 加后检波输出的采样值，为了推导简便，用干扰目标的检波 输出近似，即令z乞=A：一l。则由Z与Gamma分布变量u 之间的简单关系，可写出统计量Z的概率密度函数为 2一A2驰)：型半≠磐(12) 3．2．2假目标信噪比A。的计算 将式(6)、式(12)代入式(10)，可以得到第r／个假目标 的检测概率近似为 B=f1+ T2(1+A。一1))舻1唧[吻。高] (13) 式(13)仅与T、it。一】、A。及M有关，进而有下面的递推关系式护坚掣[(M一1)1n(·+南)吨R] 扎=l，⋯，N (14) 式中：ito——真实目标回波检波输出的信噪比。递推过程 如图3所示，当挖满足A。[·+丽b]M_1exp[煮]㈤， 式中：R。——干扰机设定的假目标(或真目标)发现概率， P如应有下限易曲，即Bo≥兄曲。由式(15)可知，％是关 于A。一l的单调递减函数，因此R幽应取为 Pdmin=[t+病厂exp[最]㈨， 3．3关键参数递推方法 下面根据3．1、3．2节的结论进行关键参数的计算。干 扰方需要设定或想定的参数有CFAR参考单元长度M，检 测虚警率P出和接收机噪声单边功率谱密度N0、线性调频 信号脉宽r。和带宽B，以及任一目标(包括假目标和真目 标)的被检测概率f‰。 图3为干扰机关键参数的计算 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 。首先，根据雷达 检测概率Ro和式(8)、式(16)确定k和vdIl】i。；然后，估算出 真目标信噪比J：【。后利用式(14)进行递推，直到第竹个假目 标的信噪比it。满足A。＼丑簿坦鸶 万方数据 ·822· 系统工程与电子技术 2005年 雷达，提出了一种利用多假目标直接对雷达检测进行干扰的 方法。利用线性调频脉冲雷达特有的测距耦合特性，提出了 通过多普勒调制实现假目标正负延迟的思路；重点对干扰机 的关键参数进行了推导，设计了仿真实验，验证了该干扰方 法的可行性，并对干扰方法的工程实现提出了一些建议。 本文探讨的这种多假目标干扰方法具有实际意义，尤 其是对于能够窄带跟踪，并具有目标特征提取和识别能力 的雷达，提供了一种有参考价值的干扰方法。 参考文献： [1]惠伦AD．噪声中的信号检测[M]．刘其培，迟惠生译．北京：科 学出版社，1977．113—116，291—293． 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