技术领域
[0001] 本发明涉及单脉冲测角技术领域，具体涉及一种基于单脉冲测角的拖曳式诱饵干扰告警方法。
相关背景技术
[0002] 单脉冲测角技术通过同时多波束技术实现对目标角度的测量，该测角技术可有效抑制目标幅度起伏对测角的影响，具有测角精度高、抗干扰能力强、测角数据率高的特点。但是当单脉冲测角和波束范围内同时存在2个以上信号时，单脉冲测角技术测的角度信息不再正确。拖曳式诱饵干扰就是一种针对单脉冲测角技术的角度欺骗干扰技术，被广泛应用于各类飞机的突防和自卫干扰场景中。雷达获取被跟踪目标的准确角度信息是跟踪与拦截的先决条件。因此，若能对雷达是否遭受拖曳式诱饵干扰进行告警，对目标的跟踪与拦截均具有重要意义。
[0003] 关于拖曳式诱饵干扰的告警研究，现有技术分析了在拖曳式诱饵干扰等多目标环境下，传统单脉冲测角技术无法准确测出任何目标的角度信息，同时分析了角度测量误差与信噪比、张角范围等的关系；也分析了采用特殊天线结构的双目标条件下的单目标角度分辨方法；还分析了采用单脉冲比虚部进行多目标检测的方法，分析了利用复单脉冲比虚部进行多目标检测的基本原理，并分析了信噪比、干信比、多目标张角、通道一致性等对检测性能的影响。尽管这些方法在原理上对拖曳式诱饵干扰的告警进行了有益分析和探索，但是，现有拖曳式诱饵干扰告警技术基于单个脉冲，利用复单脉冲比、交叉极化、辅助通道等处理方式，存在需额外增加处理通道、受信噪比影响较大等不足。
具体实施方式
[0023] 下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0024] 如图1所示，一种基于单脉冲测角的拖曳式诱饵干扰告警方法，包括以下步骤S1‑S6：
[0025] S1、根据单脉冲雷达接收和差波束，由接收的目标和信号与差信号形成单脉冲比，并得到目标角度。
[0026] 本实施例中，利用单脉冲测角原理，即在指定空域同时等效形成四个接收波束，进行和差处理形成单脉冲比，根据单脉冲比得到目标角度。为了简化分析，本实施例中，以单平面内比幅单脉冲测角为例进行说明。
[0027] 如图2所示，图2为单平面内比幅单脉冲天线示意图；图2所示的单平面内，N阵元通过求和处理后在等信号轴方向两侧形成偏角分别为±θ0的两个接收波束，即波束1与波束2，其中波束1与波束2的天线方向图分别用F1(θ)与F2(θ)表示，对波束1与波束2的天线方向图进行和差运算后，能够得到和差波束天线方向图，即F∑(θ)与FΔ(θ)。
[0028] 具体地，步骤S1具体包括S11‑S14：
[0029] S11、根据单脉冲雷达在单平面内指定空域同时等效形成的接收波束1与接收波束2，形成接收波束1与接收波束2的天线方向图，即：
[0030]
[0031] 其中，F(·)表示天线方向图函数，F1(θ)、F2(θ)分别表示接收波束1与接收波束2的天线方向图，θ表示回波信号与等信号轴的偏角，θ0表示接收波束1与接收波束2在单平面等信号轴方向两侧形成的偏角。
[0032] S12、根据步骤S11中形成的接收波束1与接收波束2的天线方向图，得到由接收波束1与接收波束2形成的和差波束天线方向图，即：
[0033]
[0034] 其中，F∑(θ)表示接收波束1与接收波束2相加形成的和波束天线方向图，FΔ(θ)表示接收波束1与接收波束2相减形成的差波束天线方向图。
[0035] S 1 3 、设 接 收 波 束 1 与 接 收 波 束 2 接 收 的 目 标 回 波 信 号 为其中，s(t)表示第t时刻的目标回波信号，Em表示目标回波信号的幅度，exp(·)表示指数函数，i表示虚数，π表示常数，f表示探测信号载频，t表示时刻， 表示目标回波信号的相位；并设目标角度为θt，根据步骤S12中由接收波束1与接收波束2形成的和差波束天线方向图，计算目标和信号与目标差信号，即：
[0036]
[0037] 其中，S∑(t)表示第t时刻的目标和信号，SΔ(t)表示第t时刻的目标差信号，F∑(θt)表示目标在和波束天线方向图处的接收增益，FΔ(θt)表示目标在差波束天线方向图处的接收增益。
[0038] S14、将步骤S13中计算的目标和信号与目标差信号作比，计算目标和差信号的单脉冲比，得到目标角度，即：
[0039]
[0040] 其中， 表示目标和差信号的单脉冲比，γ表示比幅单脉冲雷达角度误差比例系数。
[0041] 本实施例中，γ的取值与雷达接收通道及天线方向图特性等因素有关。此外，第t时刻的目标和信号S∑(t)与第t时刻的目标差信号SΔ(t)为复信号，在只有单目标的情况下和差信号之间的相位差为0°或者180°，在理想情况下单脉冲比为实数。在单目标情况下，利用接收和差信号得到的单脉冲比 即可得到目标角度。
[0042] 如图3所示，图3为拖曳式诱饵干扰示意图；图3中载机通过拖曳线与诱饵相连，拖曳线长度一般为100‑300米，Δθ表示诱饵和目标角位置对单脉冲雷达形成的张角。拖曳式诱饵干扰基本原理为：通过对雷达探测信号的应答或转发形成诱饵干扰信号。诱饵干扰信号可以为噪声压制干扰信号或者欺骗干扰信号，由于噪声压制干扰能量利用效率低且对于采用大时宽带宽积信号的雷达干扰效果较差，因此欺骗干扰信号为拖曳式诱饵主要的干扰信号样式。拖曳式诱饵在欺骗干扰模式下，其基本效果为通过诱饵产生的诱饵干扰信号和目标回波信号对雷达产生双点源干扰，使得采用单脉冲处理的雷达测得的角度为诱饵和目标连线的能量质心处。故在拖曳式诱饵干扰下，由于诱饵与载机通过拖曳线相连，诱饵干扰信号与目标回波信号在距离和速度上均处于雷达的距离和速度分辨单元内，而雷达在角度维受到欺骗干扰，无法准确测得目标角度，使得后续的攻击失效。因此，为了使单脉冲雷达在拖曳式诱饵干扰下准确测得目标角度信息，本发明基于单脉冲测角的基本原理，对连续两个回波信号处理后获得的角度与对单个回波信号处理后获得的角度进行比较，通过设置告警角度门限，即可判断单脉冲雷达当前是否受到拖曳式诱饵欺骗干扰。
[0043] S2、在拖曳式诱饵干扰下，根据单脉冲雷达接收和差波束，由接收的目标回波信号的和差信号以及诱饵干扰信号的和差信号形成单脉冲比，得到拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度的单脉冲比的简化形式。
[0044] 本实施例中，以一个维度内的角度测量为例，利用步骤S1中的处理过程，并假设在拖曳式诱饵干扰下，诱饵干扰角度为θj，获取拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度的单脉冲比，即
[0045] 具体地，步骤S2具体包括S21‑S24：
[0046] S21、在拖曳式诱饵干扰下，设诱饵干扰角度为θj，并根据单脉冲雷达接收目标回波信号与诱饵干扰信号，由接收目标回波信号的和信号与差信号形成目标回波信号的单脉冲比，由接收诱饵干扰信号的和信号与差信号形成诱饵干扰信号的单脉冲比，即：
[0047]
[0048] 其中，SΔt(t)表示第t时刻接收的目标回波信号的差信号，S∑t(t)表示第t时刻接收的目标回波信号的和信号，F∑(θt)表示目标在和波束天线方向图处的接收增益，FΔ(θt)表示目标在差波束天线方向图处的接收增益，θt表示目标角度，SΔj(t)表示第t时刻的诱饵干扰信号的差信号，S∑j(t)表示第t时刻的诱饵干扰信号的和信号，FΔ(θj)表示诱饵干扰在差波束天线方向图处的接收增益，F∑(θj)表示诱饵干扰在和波束天线方向图处的接收增益，γ表示比幅单脉冲雷达角度误差比例系数。
[0049] S22、在拖曳式诱饵干扰下，根据目标回波信号的和差信号与诱饵干扰信号的和差信号，计算单脉冲雷达接收的总和信号与总差信号，即：
[0050]
[0051] 其中，SΔc(t)表示第t时刻单脉冲雷达接收的总差信号，S∑c(t)表示第t时刻单脉冲雷达接收的总和信号。
[0052] 本实施例中，在拖曳式诱饵干扰下，单脉冲雷达接收的总和信号S∑c(t)与总差信号SΔc(t)可看成目标回波信号和诱饵干扰信号分别形成的和差信号之和。
[0053] S23、根据步骤S22中计算的单脉冲雷达接收的总和信号与总差信号以及步骤S21中形成的诱饵干扰信号的单脉冲比与目标回波信号的单脉冲比，计算单脉冲雷达接收的总和信号与总差信号的单脉冲比，即：
[0054]
[0055] 其中，S∑t表示接收的目标回波信号的和信号，S∑j表示诱饵干扰信号的和信号。
[0056] S24、在拖曳式诱饵干扰下，设第t时刻诱饵干扰信号的和信号与第t时刻接收的目标回波信号的和信号的比为 其中A表示诱饵干扰信号与目标回波信号的幅度比，e表示指数函数，i表示虚数， 表示诱饵干扰信号与目标回波信号的相位差；并将代入步骤S23中计算的单脉冲雷达接收的总和信号与总差信号的单脉冲比，
得到拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度的单脉冲比的简化形式，即：
[0057]
[0058] 本实施例中，A≥0且A的大小不仅与诱饵干扰信号和目标回波信号的强度有关，而且还与两者所处角度对应的接收天线增益有关。
[0059] S3、对步骤S2中得到的拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度的单脉冲比的简化形式进行变换处理，得到拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度的计算式。
[0060] 本实施例中，从步骤S3中 可知，在拖曳式诱饵干扰下，单脉冲雷达测得的角度与诱饵干扰信号和目标回波信号的幅度比及相位差有关，为了更直观表示单脉冲雷达受欺骗的角度影响因素，因此需要对 进行变换处理，得到
然后对其取实部处理，从而得到拖曳式诱饵干扰下单脉
冲雷达测得的角度的计算式，即
[0061] 具体地，步骤S3具体包括S31‑S34：
[0062] S31、对步骤S2中得到的拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度的单脉冲比的简化形式进行变换处理，得到变换处理的拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度的单脉冲比，即：
[0063]
[0064] S32、对步骤S31中得到的变换处理的拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度的单脉冲比进行取实部处理，得到当前时刻下单脉冲雷达测得的角度的表达式，即：
[0065]
[0066] 其中，θc表示当前时刻下单脉冲雷达测得的角度，Re(·)表示取复数的实部，cos·表示余弦函数。
[0067] 本实施例中，单脉冲雷达在测量目标角度时为通过取单脉冲比的实部，即对步骤S14中 做取实部处理，即可获得当前测量的目标角度。因此，在拖曳式诱饵干扰下，对 进行取实部处理，即可得到当前时刻下单脉
冲雷达测得的角度的表达式。
[0068] S33、基于S∑c(t)＝S∑t(t)+S∑j(t)、SΔc(t)/(γS∑c(t))＝(S∑t·θt+S∑j·θj)/(S∑t+S∑j)、以及 得到拖曳式诱饵干扰下目标回波信号的和信号与总和信号比值的平方的简化表达式，即：
[0069]
[0070] S34、将步骤S33中得到的拖曳式诱饵干扰下目标回波信号的和信号与总和信号比值的平方的简化表达式代入步骤S32中得到的当前时刻下单脉冲雷达测得的角度的表达式，得到拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度的计算式，即：
[0071]
[0072] 本实施例中，由于在拖曳式诱饵干扰下，单次脉冲情况下单脉冲雷达测得的角度与干信比、诱饵干扰角度、目标角度、诱饵干扰信号和目标回波信号相位差等因素有关。故通过结合计算式 进行分析，假设对于间隔很小的两个脉冲进行处理，此时两个脉冲处理测得的角度不同；而在无拖曳式诱饵干扰条件下，利用两个脉冲处理后测得的角度相同，因此利用该特征即可实现对拖曳式诱饵干扰的告警。其中，具体干扰告警原理为：假设单脉冲雷达处理两个间隔很小的接收信号，满足：(1)回波信号(回波脉冲信号)间时间间隔很小，在毫秒级；(2)由于回波信号间时间间隔很小，可假设在这一时间间隔下诱饵干扰信号和目标回波信号的幅度以及角位置保持不变，即两信号的幅度比A不变；(3)虽然回波信号间时间间隔很小，但是由于诱饵干扰信号和目标回波信号存在多普勒差异使得两信号的相位差发生剧烈变化。故基于这部分假设条件，可以将回波信号1与回波信号2代入计算式 得到处理的回波信
号1与回波信号2的角度，即：
[0073] S4、根据步骤S3中得到的拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度的计算式，分别对单脉冲雷达测得的两个回波信号进行处理，得到处理的两个回波信号的测量角度。
[0074] 具体地，步骤S4具体包括：
[0075] 将单脉冲雷达测得的回波信号1与回波信号2代入步骤S3中得到的拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度的计算式，得到处理回波信号1得到的测量角度与处理回波信号2得到的测量角度，即：
[0076]
[0077] 其中，(θc)1表示处理回波信号1得到的测量角度，(θc)2表示处理回波信号2得到的测量角度，θt表示目标角度，θj表示诱饵干扰角度，A表示诱饵干扰信号与目标回波信号的幅度比，S∑t(t)表示第t时刻接收的目标回波信号的和信号，S∑c1(t)表示第t时刻接收的回波信号1的总和信号，S∑c2(t)表示第t时刻接收的回波信号2的总和信号。
[0078] S5、对步骤S4中得到的处理的两个回波信号的测量角度进行变换处理，并对变换处理的两个回波信号的测量角度做减法运算，得到单脉冲雷达测得的告警角度。
[0079] 具体地，步骤S5具体包括S51‑S52：
[0080] S51、将处理回波信号1得到的测量角度的两端公式乘以|S∑c1(t)|2，将得到的处理2
回波信号2得到的测量角度的两端同时乘以|S∑c2(t)| ，得到变换处理的回波信号1与回波信号2的表达式，即：
[0081]
[0082] 其中，(θc)1表示处理回波信号1得到的测量角度，(θc)2表示处理回波信号2得到的测量角度，S∑c1(t)表示第t时刻接收的回波信号1的总和信号，S∑c2(t)表示第t时刻接收的回波信号2的总和信号，θt表示目标角度，θj表示诱饵干扰角度，A表示诱饵干扰信号与目标回波信号的幅度比，S∑t(t)表示第t时刻接收的目标回波信号的和信号；
[0083] S52、将步骤S51中得到的变换处理的回波信号1的表达式与变换处理的回波信号2的表达式相减，得到单脉冲雷达测得的告警角度，即：
[0084]
[0085] 其中，(θc)′表示单脉冲雷达测得的告警角度。
[0086] S6、根据步骤S5中得到的单脉冲雷达测得的告警角度，判断是否存在拖曳式诱饵干扰。
[0087] 具体地，步骤S6具体包括S61‑S62：
[0088] S61、根据步骤S52中得到的单脉冲雷达测得的告警角度，若(θc)′＝(θt+θj)/2≠(θc)1≠(θc)2，则存在拖曳式诱饵干扰。
[0089] S62、根据步骤S52中得到的单脉冲雷达测得的告警角度，若(θc)′＝(θc)1＝(θc)2，则不存在拖曳式诱饵干扰。
[0090] 本实施例中，为了验证本发明所提出的一种基于单脉冲测角的拖曳式诱饵干扰告警方法的有效性以及进一步分析影响该方法性能的因素，在有无拖曳式诱饵干扰两种条件下进行了仿真实验。仿真条件为：一维平面比幅单脉冲测角(以一个维度为例，仿真情况推广到二维也适用)，比幅单脉冲天线阵元数为10，阵元间距为半波长，单脉冲角度提取方法为索引法；目标角度为θt，拖曳式诱饵干扰角度为θj，诱饵干扰信号与目标回波信号的幅度比为A、诱饵干扰信号与目标回波信号的相位差为
[0091] 在无拖曳式诱饵干扰下，单脉冲测角误差仿真分析：由单脉冲测角原理知，单脉冲角度测量精度受信噪比、接收通道幅相一致性等因素影响，而接收通道一致性为系统误差，可通过一致性校准进行减小或者消除，以式 为基础，仿真分析无干扰时单脉冲雷达角度测量曲线，其结果如图4所示，图4为无拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达角度测量曲线示意图；图4中横坐标表示目标角度，纵坐标表示单脉冲比，即目标和差信号的单脉冲比。
从图4中可知，单脉冲比大小与目标偏离等信号轴的角度大小呈现近似线性关系，通过测量单脉冲比值，可以得到目标角度，即目标偏离等信号轴的角度。
[0092] 在有拖曳式诱饵干扰下，干扰告警分析为：由可知，在有拖曳式诱饵干扰条件下，通过两
脉冲处理后测得的告警角度与采用任一脉冲处理后获得的角度存在差异；而无拖曳式诱饵干扰时，通过两脉冲处理后测得的告警角度与采用任一脉冲处理后获得的角度无差异或者差异较小。通过设置告警角度门限，即可实现对是否存在拖曳式诱饵干扰进行告警，其中告警角度门限可通过大量仿真和经验数据设置，具体为：(1)干信比影响分析：假设目标角度为θt＝‑0.16°，诱饵干扰角度为θj＝1.16°，诱饵干扰信号与目标回波信号的幅度比为A(变化范围为0dB～100dB)，回波脉冲1中诱饵干扰和回波信号的相位差为 回波
脉冲2中诱饵干扰和回波信号的相位差为 其结果如图5所示，图5为有拖曳式诱
饵干扰下单脉冲雷达测得的角度随干信比变化曲线示意图；从图5中可知，在不同的干信比下，多脉冲测量告警角度与任一回波测量角度具有较大差异，此情况下可以实现对拖曳式诱饵干扰的告警。此外，随着干信比的增加，利用单个回波测量获得角度趋近于诱饵干扰角度，这与拖曳式诱饵干扰下，单脉冲雷达测量角度位于目标回波与诱饵干扰信号能量质心的结论一致。(2)张角影响分析：假设目标角度为θt＝‑0.16°，诱饵干扰角度θj(变化范围为
0°～5°)，诱饵干扰信号与目标回波信号的幅度比为A＝15，回波脉冲1中诱饵干扰和回波信号的相位差为 回波脉冲2中诱饵干扰和回波信号的相位差为
其结果如图6所示，图6为有拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度随诱饵角位置变化曲线示意图；从图6中可知，随着诱饵干扰和目标的张角增加，多脉冲测量角度与任一回波测量角度差增大，此情况下可以实现对拖曳式诱饵干扰的告警。同样，利用单个回波1和回波2测量获得角度始终偏向于信号强度较大的诱饵一侧。(3)多脉冲回波信号相位影响分析：假设目标角度为θt＝‑0.16°，诱饵干扰角度θj＝1.16°，诱饵干扰信号与目标回波信号的幅度比为A＝14，回波脉冲1中诱饵干扰和回波信号的相位差为 (变化范围为0°～180°)，回波脉冲2中诱饵干扰和回波信号的相位差为 (变化范围为0°～180°)，其结果如图7‑图8所示，图7为有拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度随回波1相位变化曲线示意图，图8为有拖曳式诱饵干扰下单脉冲雷达测得的角度随回波2相位变化曲线示意图；从图7‑图8可知，随着回波信号相位变化，多脉冲测量告警角度与任一回波测量角度均出现变化，在部分回波信号相位值下存在多脉冲测量告警角度与任一回波测量角度差异较小的情况，虽然此时实现诱饵干扰告警的概率较低，但是由于回波信号处于变化情况，可通过多次测量实现诱饵告警。
[0093] 本发明所提出的一种基于单脉冲测角的拖曳式诱饵干扰告警方法，解决了传统告警方法需额外增加处理通道、辅助天线的缺陷，同时本发明所提出的告警方法受干信比及信噪比影响较小，并通过对判决门限设定，即可以在较高概率下实现对拖曳式诱饵干扰的告警，使得对拖曳式诱饵干扰的对抗更加具有针对性。此外，上述仿真实验还表明诱饵干扰信号与目标回波信号的干信比、张角、回波信号相位会影响告警角度，但是并不会降低告警效果。
[0094] 本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
[0095] 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
