自適應(yīng)波束形成與旁瓣干擾抑制

自適應(yīng)波束形成與旁瓣干擾抑制

0自適應(yīng)旁瓣在單脈沖旋回收率測定中的應(yīng)用在干擾情況下，雷達(dá)通常使用自適應(yīng)側(cè)瓣對消、自適應(yīng)波束形成（adbf）和空時二維處理器（stap）等技術(shù)來抑制干擾。ADBF和STAP處理擾亂了和、差波束的權(quán),給單脈沖測角帶來誤差;而自適應(yīng)旁瓣對消算法由于自適應(yīng)權(quán)是加在輔助天線上的,對主天線的和、差波束影響較小,因此能夠得到較高的測角精度。本文系統(tǒng)地研究了自適應(yīng)旁瓣對消測角算法及其在工程中的應(yīng)用。1輔助天線的輸入信號自適應(yīng)旁瓣對消是一種部分自適應(yīng)波束形成技術(shù),利用輔助天線對消主天線中的干擾,是一種抑制旁瓣有源干擾的主要措施。下面以一個輔助天線、一個干擾為例說明旁瓣對消在單脈沖測角中的應(yīng)用。假設(shè)目標(biāo)的角度為θt,一個干擾位于θj。在不考慮噪聲的情況下,主天線和、差通道輸入為{xΣ=b?GΣ(θt)+bj?GΣ(θj)xΔ=b?GΔ(θt)+bj?GΔ(θj)(1){xΣ=b?GΣ(θt)+bj?GΣ(θj)xΔ=b?GΔ(θt)+bj?GΔ(θj)(1)GΣ(θt)、GΣ(θj)、GΔ(θt)、GΔ(θj)分別為和、差波束在目標(biāo)和干擾方向上的增益。b、bj分別為目標(biāo)和干擾的復(fù)增益。輔助天線的輸入信號為x1=b·G1(θt)+bj·G1(θj)(2)G1(θt)、G1(θj)分別為輔助天線在目標(biāo)和干擾方向上的增益。那么R=|G1(θj)|2·|bj|2(3)rΣa=GΣ(θj)·G1(θj)·|bj|2(4)rΔa=GΔ(θj)·G1(θj)·|bj|2(5)可以計算出和、差波束輔助天線的權(quán)矢量為{wΣgsc=GΣ(θj)G1(θj)wΔgsc=GΔ(θj)G1(θj)(6)?????wΣgsc=GΣ(θj)G1(θj)wΔgsc=GΔ(θj)G1(θj)(6)旁瓣對消后的和、差通道的輸出分別為{yΣ=xΣ-wΗΣgscx1=b?GΣ(θt)-b?GΣ(θj)?G1(θt)G1(θj)yΔ=xΔ-wΗΔgscx1=b?GΔ(θt)-b?GΔ(θj)?G1(θt)G1(θj)(7)?????yΣ=xΣ?wHΣgscx1=b?GΣ(θt)?b?GΣ(θj)?G1(θt)G1(θj)yΔ=xΔ?wHΔgscx1=b?GΔ(θt)?b?GΔ(θj)?G1(θt)G1(θj)(7)旁瓣對消后鑒角曲線為?Κ(θ)=yΔyΣ=GΔ(θt)-GΔ(θj)?G1(θt)G1(θj)GΣ(θt)-GΣ(θj)?G1(θt)G1(θj)(8)K?(θ)=yΔyΣ=GΔ(θt)?GΔ(θj)?G1(θt)G1(θj)GΣ(θt)?GΣ(θj)?G1(θt)G1(θj)(8)2瓣指向角的確定理想鑒角曲線為Κ(θ)=GΔ(θt)GΣ(θt)(9)旁瓣對消后鑒角曲線與理想鑒角曲線的差異為ΔΚ=|?Κ(θ)-Κ(θ)|=|G1(θt)GΣ(θt)?GΣ(θj)?GΔ(θt)-GΣ(θt)?GΔ(θj)GΣ(θt)?G1(θj)-GΣ(θj)?G1(θt)|(10)下面分兩種情況進(jìn)行討論:θt=θ0和θt≠θ0,θ0為主瓣指向角。1t的誤差ΔΚ=G1(θt)GΣ(θt)?GΣ(θt)?GΔ(θj)GΣ(θt)?G1(θj)-GΣ(θj)?G1(θt)=G1(θt)?GΔ(θj)GΣ(θt)?G1(θj)-GΣ(θj)?G1(θt)<G1(θt)?GΔ(θj)GΣ(θt)?G1(θj)(11)通常輔助天線的增益與主天線副瓣的增益大體相當(dāng),因此有G1(θj)≈GΔ(θj),所以當(dāng)θt=θ0時,ΔK的誤差主要來自于輔助天線中的目標(biāo)信號,誤差的上限為輔助天線與主天線在目標(biāo)信號方向的增益差。2t間距的影響ΔΚ=|G1(θt)GΣ(θt)?GΣ(θj)?GΔ(θt)-GΣ(θt)?GΔ(θj)GΣ(θt)?G1(θj)-GΣ(θj)?G1(θt)|=|1GΣ(θt)?GΣ(θj)?GΔ(θt)-GΣ(θt)?GΔ(θj)GΣ(θt)?G1(θj)G1(θt)-GΣ(θj)|<|1GΣ(θt)?GΣ(θj)?GΔ(θt)-GΣ(θt)?GΔ(θj)GΣ(θt)?G1(θj)G1(θt)|=|G1(θt)GΣ(θt)?GΣ(θj)?GΔ(θt)-GΣ(θt)?GΔ(θj)GΣ(θt)G1(θj)|(12)從式(12)可知,GΔ(θt)隨著通常θt偏離θ0而逐漸增大,G1(θt)GΣ(θt)GΣ(θj)?GΔ(θt)-GΣ(θt)?GΔ(θj)GΣ(θt)G1(θj)逐漸趨盡于零,因此ΔK是個很小的值,即當(dāng)θt偏離θ0時,輔助天線中的目標(biāo)信號引入的誤差對測角的影響很小。綜上所述,當(dāng)目標(biāo)處于主波束中心點時,由于輔助天線中的目標(biāo)信號而引入了測角誤差,當(dāng)目標(biāo)偏離波束中心點時,旁瓣對消測角的精度與和差波束測角的精度相當(dāng)。3矛盾群價值樹由以上分析可見,在采用旁瓣對消抑制干擾并單脈沖測角時,如果輔助天線中沒有目標(biāo)信號進(jìn)來,那么輔助天線的權(quán)能夠完全對消掉主天線中的干擾,并且不會對測角產(chǎn)生任何影響。假設(shè)輔助天線有Na個陣元,位于θt方位的輔助天線的目標(biāo)信號的導(dǎo)向矢量為v(θt)=[1,ej?2π?d?sinθtλ,?,ej2π?d(Νa-1)sinθtλ]Τ(13)讓輔助天線接收到的回波(目標(biāo)信號、干擾)通過一個阻塞矩陣,阻塞矩陣的作用為阻塞目標(biāo)信號,使得通過阻塞矩陣的輸出信號不再包含目標(biāo)信號,顯然阻塞矩陣(B)應(yīng)滿足條件:B·v(θt)=0。這里介紹一種最簡單的阻塞矩陣的構(gòu)造方法。通過觀察v(θt)可以發(fā)現(xiàn),相鄰兩陣元之間相差一個固定的相位差。因此可以采用空域兩陣元相消法構(gòu)成一個(Na-1)×Na維阻塞矩陣,其元素滿足B(i,j)={1j=i-exp(j2πdλsinθt)j=i+1,i=1,2,?,Νa-10其他j(14)即B=(1-exp(j2πdλsinθt)00?001-exp(j2πdλsinθt)0?0??????00?01-exp(j2πdλsin(θt))(Νa-1)×Νa(15)顯然B滿足B·v(θt)=0(16)4干擾方向進(jìn)入仿真仿真參數(shù)設(shè)置如下:30個陣元的線陣;主瓣指向法線方位;和波束加30dBTaylor權(quán);差波束加30dBBayliss權(quán);輔助天線取兩個陣元;陣元之間存在存在5%的幅度誤差和5°的相位誤差;輔助天線相對于和波束增益為-20dB;信號從主瓣方向(-3dB～+3dB)進(jìn)入,SNR為25dB;干擾從60°方向進(jìn)入,CNR為40dB;蒙特卡羅仿真次數(shù)為150。圖1和差波束、輔助天線方向圖;圖2為輔助天線存在和不存在目標(biāo)時和差通道的對消輸出;圖3、圖4為輔助天線存在和不存在目標(biāo)時旁瓣對消測量角度值與實際目標(biāo)角度值的關(guān)系圖。由圖2可以看出,輔助天線存在和不存在目標(biāo)時,和波束的對消輸出基本一致;輔助天線不存在目標(biāo)時,在法線方位的差波束的對消輸出較輔助天線存在目標(biāo)時性能改善5dB。由圖3可以看出,輔助天線中存在目標(biāo)信號時,測角誤差較大的角域與輔助天線的增益大于差波束增益的角域幾乎一致。由圖4可以看出,在主瓣中心處,輔助天線中的目標(biāo)信號引入的測角誤差較大,而離主瓣中心越遠(yuǎn),輔助天線中的目標(biāo)信號引入的測角誤差越小。消除了輔助天線中的目標(biāo)信號后測角誤差明顯減少,測角精度提高10%。5波束側(cè)積比的確定本文針對自適應(yīng)旁瓣對消算法,研究了其在和、差單脈沖測角中的應(yīng)用,重點分析