基于子空间投影的双基地地波超视距雷达直达波抑制方法

Subspace-Projection Based Direct-Path-Interference Suppression in Bistatic GWOTHR
Chen Duo-fang Chen Bai-xiao Liu Chun-bo Zhang Shou-hong
(National Key Lab. for Radar Signal Processing, Xidian University, Xi’an 710071, China) Abstract: Bistatic Ground-Wave Over-The-Horizon Radar (GWOTHR) uses an array located on a coast to transmit orthogonal frequency coded signals, and a single antenna to receive the returns. The direct-path-interference suppression methods such as transmit nulling and sidelobe cancellation are inapplicable because the energy is radiated isotropiclly and the receive platform is moving. The method of subspace-projection based direct-path-interference suppression is presented in this paper with the characters of this radar and the interference nulling technique considered, followed by the anlysis of the technqiue’s performance. The orthogonal projection matrix to the direct-path subspace is formulated using the received signals which are then projected validity of the method. Key words: Direct path interference suppression; Bistatic radar; GWOTHR; Othorgnal projection matrix to the null space and the direct-path interference are suppressed. Both the simulated and the real data prove the
k = 1, ", N
(5)
一 般 情 况 下 ， τt >> ∆τtk ， τd >> ∆τdk ， fk τdk >>
2 2 0.5µτdk ，fk τtk >> 0.5µτtk 。 对式(5)所示 N 路接收端等效信
号分别进行 FFT 可获得距离信息，FFT 后的信号为
rk (R, nTr ) = Ad' δ (R − Rd ) e j 2 π fk vd nTr / c e − j 2π fk (τd −∆τdk ) + At' δ (R − Rt )e j 2 π fk vt nTr / ce − j 2 π fk (τt −∆τtk ), n = 0, ", M − 1
τtk = τt − ∆τtk − vtt' / c 为第 k 个发射天线单元 标回波幅度；
到目标再到接收站的传播延时；τt = Rt /ห้องสมุดไป่ตู้ ，Rt = R1 + R2 为 目标距离和(以第一个阵元为参考)； ∆τtk 为第 k 个发射阵元
图 1 发射站、接收站 和目标的几何位置 图 2 FMICW 的 时-频关系示意图
1 引言
双基地地波超视距雷达工作在高频波段，发射系统安装 在岸上，在接收站(舰载)只安装接收设备。该雷达兼备高频 雷达和双基地雷达的优点，如工作在谐振区，可以获得较大 的雷达目标截面积，能够有效探测低空、超低空飞行目标； 由于接收站不辐射能量，所以具有良好的抗电子侦察、抗有 源定向干扰、抗反辐射导弹(ARM)的能力 。众所周知，双 基地雷达存在的一个重要问题是直达波干扰很强，传统的直 达波抑制方法有通过自适应天线的干扰置零以及设置参考 通道进行旁瓣对消 [2−4] 等。双基地地波超视距雷达中，岸基 发射站采用多个天线同时辐射不同载频调频中断连续波 (FMICW)信号以保证各向同性照射，即不形成发射方向图， 舰载接收站采用一个全向天线接收。该雷达通过对各个无方 向发射天线的信号进行编码，接收端进行分离-调相-求和处 理，得到特定方向的窄脉冲回波，即在接收端对接收信号进
2 信号模型
双基地地波超视距雷达在发射站采用由 N 个阵元组成 的等距线阵，其发射站、接收站和目标的几何位置如图 1 所 示。发射站到目标的距离为 R1 ，目标到接收站的距离为 R2 ， 基线距离为 L 。各阵元发射不同载频的调频中断连续波 图 (FMICW)信号， 其中第 k 路信号的时频关系如图 2 所示。 中，脉冲宽度为 Te ，脉冲重复周期为 Tr ，频率调制周期为
第 30 卷第 11 期 2008 年 11 月
电
子
与
信
息
学
报
Vol.30No.11 Nov..2008
Journal of Electronics & Information Technology
基于子空间投影的双基地地波超视距雷达直达波抑制方法
陈多芳
摘
陈伯孝
刘春波
张守宏
西安 710071)
(西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室
f0 >> ∆f ，故多普勒差异可忽略，则式(6)用矢量表示为 r (R, nTr ) = a(Rd , θd )sd (R, nTr ) + a(Rt , θt )st (R, nTr ), n = 0, ", M − 1
2⎤
考虑图 1 所示几何结构，接收站接收到的直达波加目标 (单个目标)回波表示为
2007-04-25 收到，2007-09-24 改回 教育部新世纪人才支持计划(NCET-06-0856)资助课题
[1]
行综合脉冲孔径处理得到等效的发射方向图。由于在发射端 采用异频发射，接收端的多路等效接收信号存在距离与角度 的耦合，接收端等效信号导向矢量是距离和角度的函数。由 于单个天线接收并且接收平台运动，不能直接采用已有的发 射置零、旁瓣对消等技术来抑制直达波。本文结合该雷达特 点，提出基于子空间投影的直达波抑制方法。该方法无需发 射置零技术所需的干扰方向信息，也无需旁瓣对消技术中的 参考通道，而是利用接收端等效信号构造直达波子空间的正 交投影矩阵，对接收信号进行投影，从而抑制直达波干扰。
' 其中 Ad ' Ad
(6)
和 At'
分别为 FFT 后直达波和目标回波的幅度，且
>>
At'
； M 为相干积累调频周期数。可以看到，理想情
图 3 地波超视距雷达信号处理流程
况下，仅直达波和目标所在距离通道有输出。由于各阵元发 射信号载频不一样，同一径向速度对于不同阵元有不同的多 普勒频率。该雷达发射信号中心载频远大于载频间隔，即
要：双基地地波超视距雷达采用岸基阵列发射正交频率编码信号，舰载单根全向天线接收回波信号。由于发射
站全方位辐射能量以及接收平台运动，不能直接采用已有的如发射置零、旁瓣对消等技术来抑制直达波。该文结合 该雷达特点以及自适应置零技术， 提出基于子空间投影的直达波抑制方法并对其性能进行分析。 该方法利用接收端 等效信号构造直达波子空间的正交投影矩阵，对接收信号进行投影，从而抑制直达波干扰。仿真和实测数据结果表 明，该方法能对直达波干扰进行有效抑制。 关键词：直达波抑制；双基地雷达；地波超视距雷达；正交投影矩阵 中图分类号：TN958 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2008)11-2702-04
+ At (t − τt ) ∑ e
k =1
2 ⎤ j 2 π ⎡⎢(∆fk + µτtk )t − fk τtk −0.5 µτtk ⎥⎦ ⎣
(4)
式(4)与复信号 e − j 2 π∆fk t 相乘，低通滤波，忽略门控信号 g (t ) 的影响，可得 N 路接收端等效信号： 2 2 j 2 π (µτdk t − fk τdk −0.5 µτdk j 2 π(µτtk t − fk τtk −0.5 µτtk ) ) rk (t ) = Ade + Ae , t
Tm ， Tm = N mTr ， N m 为一个调制周期内的脉冲数。为描
第 11 期
陈多芳等： 基于子空间投影的双基地地波超视距雷达直达波抑制方法
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站径向速度，t' = nTm + t (0 < t ≤ Tm ) ，t 表示距离维采样 时间(快时间)， Tm 为调频周期， n 为调频周期数。 At 为目
其 中 g(t ) 为 脉 冲 调 制 信 号 或 称 门 控 信 号 ， g(t ) = N m −1 ⎧ 1, 0 ≤ t < Te ⎪ ⎪ ; f = f0 + ∆fk ∑ rect (t − mTr ) ，rect(t ) = ⎨ ⎪ 0, Te ≤ t ≤ Tr k m =0 ⎪ ⎩
= f0 + ck ⋅ ∆f 为第 k 个天线单元发射信号的载频，ck 为频率
sek (t ) = g (t )e
j 2 π( fk t −0.5 µt 2 )
sr (t ) = Ad g (t − τd ) ∑ e