基于波束方位偏差的干扰定向方法

李 娜 宋万杰 刘志平 胡 敏

(1.西安电子科技大学西安710071;2.荆州南湖机械股份有限公司荆州434007)

信号数据处理

基于波束方位偏差的干扰定向方法

李 娜1宋万杰1刘志平2胡 敏2

(1.西安电子科技大学西安710071;2.荆州南湖机械股份有限公司荆州434007)

本文提出一种基于波束方位偏差的干扰定向方法，它可用来指示雷达在各种环境下来自不同方位的多个干扰。这种方法首先根据波束方位偏差和干扰的波束方位，得到干扰的真实方位，然后根据给定的门限值，对干扰角度粗划分，再进行干扰角度小区细分，最后进行干扰凝聚和融合，从而指示出不同方位的多个干扰。文中通过对实测数据进行处理及分析，表明该方法能够在360度范围内对多个干扰进行定向，并且能够将方位角相近的两个干扰区别开，具有较高的干扰角度分辨力。

波束方位偏差;干扰角度大区;干扰凝聚

0 引 言

随着各种先进技术的不断发展和应用，使得现代电子对抗日趋激烈，研究雷达的干扰与抗干扰技术有十分重要的理论与实际意义。通常情况下，雷达工作在复杂的电磁干扰环境中，为了采取有效抗干扰措施，必须实时地对干扰进行定向。

干扰定向一般分为两步进行:首先由干扰测向波束，通过比幅测得干扰源的方位;再由雷达的跟踪波束测得干扰的方位和仰角［1，2］。Braun［3］等教授提出了在时域测量电磁干扰的方法［4］，提高了电磁干扰测量精度，但这种方法只能处理等峰值信号。Frech教授等则提出一种新的针对电磁信号的数字信号快速处理技术［5］，这种方法处理精度较低。目前所用的干扰定向方法，大多数只能在一定角度范围内定向，并且测量精度不高。

本文提出一种基于方位偏差的干扰定向方法，这种方法有别于一般的选取最大模值的干扰定向方法。文中的方法可以在360°范围内进行全方位多干扰定向，并且具有较高的干扰角度分辨力。

1 基于方位偏差的干扰定向原理

1.1 干扰方位角测量原理

在利用等波束法测角时，发射的左右波束指向相对于实际方向有一定的偏差，方位偏差就是指实际方位与左右波束指向之间的差值。在左右波束的方位上加上方位偏差即可得到实际方位。

基于波束方位偏差的干扰定向原理是:根据干扰的波束方位和波束方位偏差，计算出干扰采样点的真实方位，根据波束方位划分干扰角度大区，在干扰角度大区内，依据真实方位划分干扰角度小区，再将每个小区内的多个干扰凝聚，最后将方位相近的几个干扰进行融合，得到干扰方位的指向。

1.2 干扰仰角的选取

以一个干扰方位为基准，取正负某个方位角度范围内的点(干扰仰角数据)的信噪比取最大值时所对应的仰角，此时的仰角值即为该干扰的仰角。

2 基于方位偏差的干扰方位测量

2.1 参数含义及说明

1)干扰分区宽度:将干扰角度划分成大区间时，如果相邻两个采样点波束方位的差值小于这个值，则这两个采样点属于同一个大区间，否则属于不同的大区间。

2)干扰分区角:对干扰角度大区进行细分时，如果相邻两个干扰的真实方位的差值小于干扰分区角，则它们属于同一个干扰小区，否则属于不同的干扰小区。

3)干扰宽度:表示一个干扰小区的波束方位范围，如果干扰角度范围大于干扰宽度，则保留该干扰小区，否则剔除该小区间。

4)干扰奇异值门限:一个干扰小区内，如果某个干扰的方位与该小区的平均方位的差值大于奇异值门限，则去除此干扰采样点。

5)干扰幅度门限:如果某个干扰采样点的模值大于干扰幅度门限值，则将采样点作为干扰，否则，不作为干扰。

6)融合角:干扰融合时，以一个干扰方位为中心，其正负角度范围的绝对值，即认为在这个角度范围内只有一个干扰。

2.2 干扰方位的测量

1)计算每个采样点的波束方位，选取有效干扰采样点。

雷达扫描一圈，即在360°范围的干扰数据取4096个采样点，则第i个采样点的波束方位αi(i= 0，1，2，…，4095)可表示为:

根据门限值有效标志选取有效的采样点，如果门限值为1，则该采样点有效，如果门限值为0，则该采样点无效。

2)计算采样点的真实方位

假设筛选后的有效采样点数为M。第i个采样点的方位偏差用±σi(i=0，1，2，…，M－1)表示，则采样点i的真实方位θi为:

3)划分干扰角度大区和干扰角度小区

将前后相邻两个采样点的波束方位相减，并求绝对值|αi+1－αi|，如果|αi+1－αi|大于干扰分区宽度，则αi+1对应的第i+1个采样点属于一个新的干扰角度大区，否则，两个采样点属于同一大区。

依据真实方位，将每一个大区划分成不同的干扰角度小区。假设当前已划分N个小区，第i个小区(i的取值为0，1，2，…，N－1)当前有mi个干扰采样点，它们的平均真实方位用mbi表示，小区当前最后一个点的真实方位记为lbi。

对于第j个采样点，其真实方位为θj，如果|θj－mbi|小于干扰宽度，且|θj－lbi|小于干扰宽度，则采样点j属于第i个小区，更新第i个小区的mbi和lbi，如公式(3)所示，如果第j个采样点不属于前N个小区中的任何一个小区，那么需要开辟一个新的小区，即第N+1个小区。4)剔除干扰小区内的奇异值点

对于第i个小区，共有mi个采样点，第i个小区内的第j个采样点的真实方位用θij表示，则该小区的平均真实方位为:

如果干扰采样点的真实方位大于干扰奇异值门限，则剔除该采样点。

5)干扰方位凝聚

干扰方位凝聚是指将一个干扰小区内的多个干扰采样点凝聚成一个有效干扰点。

对于一个干扰小区，如果干扰角度范围大于干扰宽度，则该干扰小区有效，否则该干扰小区无效，设第i个有效干扰角度小区有mi个有效采样点，则:

其中Ai，j是第i个小区中第j个采样点的模值，θij是第i个小区中第j个采样点的方位，凝聚后的第i个干扰的模值和方位分别为Ai和Ψ，如果Ai大于幅度门限值，则将该干扰视为有效的，否则，该干扰无效。

6)干扰方位融合

干扰融合是以一个干扰方位为中心，将角度范围在正负融合角度范围内的所有干扰融合成一个干扰，将该范围内干扰模值最大的干扰作为融合后的干扰。

3 实测数据处理及分析

DSP接收FPGA发送的数据后，提取出干扰测角数据，共有4096个干扰采样点每个采样点包括门限、方位偏差、模值、波束方位偏移。

在MATLAB中进行仿真，各个参数的值分别为:干扰的幅度门限值为100，干扰分区宽度为4.5°，干扰分区角为2.5°，干扰宽度为1.5°，干扰奇异值门限为1.5°，融合角为7.5°。

图1 干扰幅度

图2 干扰有效标志

图3 过有效标志的干扰幅度

图4 第4个区间的局部放大

图5 过有效标志的方位偏差

图6 干扰方位指向图

图1为干扰幅度，过门限有效标志的干扰幅度和方位偏差如图2和5所示，由图3可知，在方位100－360度范围内共出现了4个过干扰模值门限的大区间，对干扰大区细分后，前三个大区各划分出一个小区，第四个大区间被划分为两个干扰小区，即在300－340度中这一个大的干扰区间中，共有2个独立的干扰小区，由于分辨率的限制，认为在15度范围只有一个干扰，所以最后在融合角度范围内进行干扰融合，最终得到的干扰方位指示如图6所示，共有5个独立的干扰方位。

4 结 论

针对雷达有源干扰，本文提出一种基于方位偏差的干扰方位指示方法，首先，根据波束方位和方位偏差计算出干扰采样点的真实方位，然后，划分干扰角度大区，再对干扰大区进行细分，对细分的干扰角度小区进行奇异值剔除和干扰凝聚，最后，对凝聚后的干扰进行融合，得到干扰方位的指向。这种方法能在360°的范围内进行全方位多干扰的干扰定向，实际测试实验中，干扰源指向精度为0.7°，干扰源方位分辨率可达9.8度，有效地提高了干扰角度分辨力，具有更强的实用性。

［1］高晨亮.GSM－R干扰评估及定位研究［D］.北京.北京交通大学，2007.

［2］李汉洲.GSM－R干扰因素分析［J］.中国无线电.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，硕士研究生。主要研究方向为雷达信号处理与检测。