林 瑜, 卜 祎, 余顯祥, 崔國龍

(電子科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院, 四川 成都 611731)

0 引 言

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的高速發(fā)展,電子對抗日益激烈,各類干擾樣式層出不窮,嚴(yán)重阻礙了雷達(dá)系統(tǒng)的正常工作。針對旁瓣干擾,旁瓣匿影[1]、超低旁瓣[2]、旁瓣對消[3]等旁瓣干擾抑制技術(shù)已發(fā)展成熟。而對于主瓣干擾,干擾能量上具有絕對優(yōu)勢,并且主瓣干擾在空時(shí)頻等維度上與目標(biāo)高度重合,現(xiàn)有干擾抑制手段效果欠佳,仍是雷達(dá)界亟需要解決的難題之一[4-6]。一般的抗主瓣干擾方法有:信號處理以及波形設(shè)計(jì)。

中國改革開放40年來的農(nóng)村扶貧開發(fā)，是在從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制轉(zhuǎn)向社會主義市場經(jīng)濟(jì)體制、從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)社會轉(zhuǎn)向工業(yè)和現(xiàn)代化社會的雙重轉(zhuǎn)型重疊期，在中國既有的政治、經(jīng)濟(jì)、社會和文化基礎(chǔ)上，由黨和政府規(guī)劃、領(lǐng)導(dǎo)、協(xié)調(diào)和支持，貧困人口通過自身的努力增加收入、提高福祉與發(fā)展能力、提高分享國家改革和發(fā)展成果能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脫貧致富的過程。改革開放以來，中國農(nóng)村扶貧開發(fā)取得了舉世公認(rèn)的巨大成就，7億多農(nóng)民擺脫了貧困，創(chuàng)造了世界減貧史上的一大奇跡，被國際社會廣泛視為人類社會扶貧的一個(gè)成功樣板。與此同時(shí)，扶貧開發(fā)，也成為中國道路、中國經(jīng)驗(yàn)和中國發(fā)展模式的重要組成部分。

信號處理抗主瓣干擾方法主要是利用干擾信號和目標(biāo)回波在時(shí)、頻、空、極化等域的差異性,通過檢測識別、自適應(yīng)濾波等信號處理方法,達(dá)到干擾抑制的效果。常見的信號處理方法包括盲源分離和濾波處理。

盲源分離可以在不需要先驗(yàn)知識的情況下,利用干擾信號與目標(biāo)回波在時(shí)、頻、空、極化等域的差異性,對混合信號進(jìn)行分離,廣泛運(yùn)用于雷達(dá)抗干擾[7-10]。然而,基于盲源分離的方法,在混合信號分離后,往往還存在少量干擾殘余,且針對的都是單一類型的干擾。濾波處理主要是利用干擾信號與目標(biāo)回波在時(shí)、頻、空、極化等域的差異性,在不同維度上設(shè)計(jì)濾波器參數(shù),達(dá)到干擾抑制的效果[11-18]。然而,基于濾波的方法大都需要精確干擾參數(shù),且單一濾波方法可能僅適用于某一干擾類型。

相比于信號處理,波形設(shè)計(jì)抗主瓣干擾方法,不需要經(jīng)過復(fù)雜的信號處理手段,僅僅通過設(shè)計(jì)脈內(nèi)、脈間波形的相位、頻率等信息,放大目標(biāo)回波和干擾信號在時(shí)、頻、空、極化等域的差異性,就能達(dá)到抗干擾的目的,已成為抗主瓣干擾研究的重點(diǎn)方向之一。

數(shù)字射頻存儲器(digital radio frequency memory,DRFM)可對接收到的信號進(jìn)行高速采樣、存儲、干擾調(diào)制等,在電子干擾技術(shù)中運(yùn)用廣泛。針對DRFM距離欺騙干擾,在干擾滯后目標(biāo)回波至少1個(gè)脈沖重復(fù)周期(pulse repetition time, PRT)的前提下,文獻(xiàn)[19-20]提出在不同PRT發(fā)射不同的正交信號,并在接收端進(jìn)行匹配濾波抑制距離欺騙干擾。由于干擾滯后,當(dāng)前PRT內(nèi)的干擾信號與目標(biāo)回波信號正交,經(jīng)過匹配濾波后被濾除,從而達(dá)到抗干擾的目的。然而,當(dāng)干擾信號變?yōu)榭燹D(zhuǎn)發(fā)信號時(shí),此方法失效。針對快轉(zhuǎn)發(fā)的間歇采樣干擾,文獻(xiàn)[21-22]分別提出一種脈內(nèi)正交的線性調(diào)頻-相位編碼波形以及脈內(nèi)頻率正負(fù)交替變化線性調(diào)頻(linear frequency modulation, LFM)信號,其抗干擾思想均是利用未被轉(zhuǎn)發(fā)干擾機(jī)截取的發(fā)射信號信息進(jìn)行對抗。文獻(xiàn)[23]基于角域波形與干擾信號之間的幅度差異,利用波形優(yōu)化的方法來壓縮干擾信號,有效對抗了DRFM轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。文獻(xiàn)[24]通過同時(shí)最小化發(fā)射信號與濾波器的積分旁瓣電平以及干擾信號與濾波器的互相關(guān)電平,使得干擾被濾波器濾除,從而達(dá)到抗干擾的目的。然而,上述方法只針對單一類型的主瓣干擾,未考慮多主瓣干擾。

針對多主瓣干擾環(huán)境,如切片組合(chopping and interleaving,C&I)干擾、間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾、間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾等,本文開展波形與濾波器聯(lián)合認(rèn)知設(shè)計(jì)方法研究。首先,基于恒模相位編碼信號,構(gòu)建了C&I干擾、間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾、間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號模型;然后在干擾參數(shù)完全已知和干擾參數(shù)存在偏差的條件下,建立了發(fā)射—接收聯(lián)合優(yōu)化問題。其次,利用迭代的限制內(nèi)存Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno(limifed memory Broyden-Flefcher-Goldfarb-Shanno,L-BFGS)算法對優(yōu)化問題進(jìn)行求解。最后,設(shè)計(jì)典型多主瓣干擾應(yīng)用場景完成仿真驗(yàn)證,為復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達(dá)抗干擾能力提升提供理論和方法指導(dǎo)。

1 多主瓣干擾下的信號模型

1.1 發(fā)射信號模型

如圖1所示,考慮雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射脈沖串信號,對目標(biāo)進(jìn)行檢測時(shí),面臨著多種類型疊加的主瓣干擾威脅。

圖1 多主瓣干擾下的探測場景

不必要的約束條件可能會造成優(yōu)化問題求解困難,甚至無法求解。而在恒模約束下,波形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),可直接對波形相位進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)[25]。因此,本文考慮雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射恒模的相位編碼信號s,表示為

s=[s1,s2,…,sNs]T

(1)

式中:sn(n=1,2,…,Ns)為發(fā)射波形的碼字;Ns為相位編碼波形的碼字個(gè)數(shù);上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置。

多媒體教學(xué)可以豐富學(xué)生的情感體驗(yàn)，促進(jìn)師生交流。在進(jìn)行古詩詞朗誦的時(shí)候，通過播放音頻，讓學(xué)生去猜測其中的感情，或者利用背景音樂營造感情并讓學(xué)生進(jìn)行區(qū)分，利用多媒體去充分調(diào)動學(xué)生的參與度，使得學(xué)生獲得更加清晰、多方位的情感體驗(yàn)。因此，教師要善于利用多媒體教學(xué)，這更加適應(yīng)發(fā)現(xiàn)探究學(xué)習(xí)，符合素質(zhì)教育對此提出的要求，學(xué)生的主動性更容易被調(diào)動起來。

第n個(gè)元素sn可以表示為

(2)

式中:φ為相位編碼信號s的相位,即s=exp(jφ)。

以“禪茶養(yǎng)生”為主題，緊扣廬山西海與廬山的佛教文化和茶文化起源進(jìn)行微電影的拍攝。內(nèi)容可以以云居山真如寺的發(fā)展歷程為題材，講述一位在寺中常年修行的高僧為了增強(qiáng)自己的修行閱歷進(jìn)行茶葉的種植、采摘、烘烤制作以及和寺外來的讀書人在品茗中講經(jīng)說道的過程，以體現(xiàn)禪茶的悠久歷史和它的深遠(yuǎn)影響。

1.2 C&I干擾信號模型

針對C&I干擾,假設(shè)DRFM干擾機(jī)對雷達(dá)信號進(jìn)行截取,如圖2(a)所示,從si開始,以m個(gè)碼字為一段,每段轉(zhuǎn)發(fā)l次,共截取k段,根據(jù)C&I干擾原理,C&I干擾碼字總長度與原信號碼字總長度相等,因此Ns=klm。

圖2 干擾產(chǎn)生原理

C&I干擾信號為

(3)

式中:Ht(t=1,2,…,k)為干擾機(jī)截取的第t段,所代表的碼字可以表示為

Ht=[s(t-1)ml+i,s(t-1)ml+i+1,…s(t-1)ml+i+m-1]

(4)

A1可表示為

A1=diag(B1)Ns×Ns

1.3 間歇采樣干擾信號模型

目前,間歇采樣干擾最常見的兩種轉(zhuǎn)發(fā)方式為直接轉(zhuǎn)發(fā)與重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā),本文研究這兩種間歇采樣干擾信號模型。

1.3.1 間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號模型

針對間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾,假設(shè)DRFM干擾機(jī)對雷達(dá)信號進(jìn)行截取,如圖2(b)所示,從si開始,以m個(gè)碼字為一段,每隔ml個(gè)碼字截取一次并轉(zhuǎn)發(fā),共截取k段。

間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號為

(5)

(6)

A2可表示為

在實(shí)現(xiàn)工作流引擎的所有接口之后，由部署中心執(zhí)行編譯和打包操作，構(gòu)建成Docker鏡像，最后將其上傳到鏡像倉庫，以便后續(xù)從鏡像倉庫中下載指定的鏡像，運(yùn)行相應(yīng)的Docker容器。

A2==diag(B2)Ns×Ns

1.3.2 間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號模型

針對間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾,假設(shè)DRFM干擾機(jī)對雷達(dá)信號進(jìn)行截取,如圖2(c)所示,從si開始,以m個(gè)碼字為一段,每隔ml個(gè)碼字截取一次,復(fù)制q次后轉(zhuǎn)發(fā),共截取k段。

間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號為

④黃公度《卜算子》(薄宦各東西)：雙調(diào)45字，上闋4句23字2仄韻，下闋4句22字2仄韻。句式：55733。5575。

(7)

同理,當(dāng)間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾或間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾參數(shù)存在偏差時(shí),ωJ也可改寫成上述形式。

(8)

A3可表示為

A3=diag(B3)Ns×Ns

由干擾信號模型可知,C&I干擾、間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)、間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾等信號可由一個(gè)矩陣乘以發(fā)射信號產(chǎn)生,即

Jm=Ams

(9)

式中:m∈[1,NJ],NJ為干擾的總個(gè)數(shù)。

1.4 接收濾波器模型

假設(shè)雷達(dá)接收端其相應(yīng)的失配濾波器h長度為Nh(Nh≥Ns),失配濾波器h可以表示為

h=[h1,h2,…,hNh]T

(10)

第n個(gè)元素hn可以表示為

(11)

式中:a為失配濾波器h的幅度向量;θ為失配濾波器h的相位向量;h=a⊙exp(jθ),⊙表示Hadamard積。

2 發(fā)射波形與接收濾波器聯(lián)合認(rèn)知設(shè)計(jì)優(yōu)化問題建立

2.1 發(fā)射波形與濾波器互相關(guān)模型

相位編碼信號s經(jīng)失配濾波器h的輸出結(jié)果在距離位移k處可表示為

(12)

式中:[·]*表示共軛;Γ1表示一個(gè)取值區(qū)間,即Γ1=[-(Ns+Nh)/2+1,(Ns+Nh)/2-1]。當(dāng)k=0時(shí),ω(0)為相位編碼信號s經(jīng)失配濾波器h輸出的主瓣電平;當(dāng)k≠0時(shí),ω(k)表示輸出的旁瓣電平。

(4) 抗多主瓣干擾性能:在實(shí)際應(yīng)用中,失配濾波器與多主瓣干擾輸出的距離電平應(yīng)盡可能地低,以此降低干擾信號對真實(shí)目標(biāo)檢測的影響。因此,可利用一個(gè)最小—最大優(yōu)化準(zhǔn)則來壓縮距離電平,即

可利用最小化最大主瓣匹配誤差的方法來保持主瓣形狀,即

式(12)中所有的距離主瓣電平堆疊在向量ωmain,可表示為

ωmain=[ω-M,…,ω-1,ω0,ω1,…,ωM]T

(13)

ZHANG Xue, ZHANG Deng-hai, CHEN Xiao-ping, TENG Wei-qiang, PENG Bin, ZHANG Yi, WANG Ying, CAO Fan-fan,XUE Xiao-cheng

ωside=[ω-(Ns+Nh)/2+1,ω-(Ns+Nh)/2+2,…,ω-M-1,ωM+1,…,ω(Ns+Nh)/2-2,ω(Ns+Nh)/2-1]T

(14)

為了便于書寫,將旁瓣區(qū)域記作Γ2,可表示為

式(12)中所有的距離旁瓣電平堆疊在向量ωside,可表示為

Γ2=[-(Ns+Nh)/2+1,-M+1]∪

[M-1,(Ns+Nh)/2-1]

(15)

2.2 干擾信號與濾波器互相關(guān)模型

干擾信號Jm經(jīng)失配濾波器h的輸出結(jié)果在距離位移k處可以表示為

(16)

(17)

(18)

(2) 干擾參數(shù)存在偏差時(shí),認(rèn)知雷達(dá)對多主瓣干擾進(jìn)行感知,在其他類型干擾信號參數(shù)已知的條件下,C&I干擾參數(shù)的估計(jì)有一定的誤差。假設(shè)實(shí)際C&I干擾的截取段數(shù)為k,轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)為l,感知到的參數(shù)截取段數(shù)為k′,轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)為l′。假設(shè)誤差較小,有k=k′+L,l=l′-L,L為大于0的自然數(shù)。

(19)

步驟 3若|fw-1-fw|≤ε,則得到xw并且停止迭代;若|fw-1-fw|>ε,令p=μp,w=w+1,跳轉(zhuǎn)到步驟2。

(20)

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

在對相位編碼信號與失配濾波器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),需要考慮很多因素,如雷達(dá)目標(biāo)檢測性能、測量精度、雜波抑制、抗電子干擾能力等[27]。

本文主要考慮以下4個(gè)因素。

(1) 距離旁瓣:在實(shí)際應(yīng)用中,失配濾波器輸出的距離旁瓣電平應(yīng)盡可能的低,以此來確保微弱目標(biāo)不被強(qiáng)目標(biāo)回波信號的高旁瓣所淹沒。因此,可通過最小化峰值旁瓣來降低距離旁瓣。即

(2) 信噪比損失:在實(shí)際應(yīng)用中,信噪比如果損失過大,則會對雷達(dá)的探測性能造成影響,因此需要對信噪比損失進(jìn)行控制。

相位編碼信號s與失配濾波器h濾波處理后,輸出的信噪比損失可以表示為

(21)

在波形給定的情況下,一個(gè)典型約束為ω(0)=Ns,那么,式(21)可以化簡為

在掃描區(qū)域布設(shè)標(biāo)靶，采用無棱鏡全站儀測量標(biāo)靶具體坐標(biāo)，將掃描數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至工程獨(dú)立坐標(biāo)中。為了提高掃描數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度，應(yīng)在測區(qū)周圍均勻布設(shè)四個(gè)及以上的反射片標(biāo)靶。這些反射片標(biāo)靶應(yīng)避免處于同一面上或同一條線中。為了防止影響地面三維激光掃描儀掃描及后期拼接精度，反射片標(biāo)靶的布設(shè)不能太遠(yuǎn)，一般距離保持在30 m左右為宜。

(22)

由式(22)可知,信噪比損失將隨著hHh減小而減小。因此,可同時(shí)約束|ω(0)-Ns|和|hHh-Ns|來控制SNRloss,即

(23)

式中:常數(shù)η1≥0;常數(shù)η2≥0。

(3) 主瓣控制:假設(shè)q∈C2M+1為期望的主瓣。向量e=[e1,e2,…,e2M+1]為期望主瓣與設(shè)計(jì)的主瓣的誤差向量,可表示為

e=ωmain-q

(24)

誤差向量e的第n個(gè)元素e(n)可表示為

e(n)=ω(n-M-1)-q(n), 1≤n≤2M+1

(25)

為了提升設(shè)計(jì)自由度,可適當(dāng)展寬相位編碼信號經(jīng)失配濾波輸出信號的主瓣[26]。假設(shè)ω(k)(k=0,±1,…,±M)為展寬后的主瓣區(qū)域,M為主瓣寬度控制參數(shù)。

該變頻電動機(jī)高速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速較高，故采用了護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)，端環(huán)為下端環(huán)結(jié)構(gòu)，護(hù)環(huán)與端環(huán)固定，導(dǎo)條經(jīng)漲緊處理，這些均采用以往的成熟設(shè)計(jì)。

第二，特色農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量無法保障，售后機(jī)制不完善。通過互聯(lián)網(wǎng)銷售特色農(nóng)產(chǎn)品，不是簡單的銷售渠道的方面，更重要的是保證消費(fèi)者收到質(zhì)量高的農(nóng)產(chǎn)品。很多消費(fèi)者在進(jìn)行區(qū)域特色農(nóng)產(chǎn)品購買時(shí)候，當(dāng)產(chǎn)品送達(dá)時(shí)，產(chǎn)品出現(xiàn)過期、與特色農(nóng)產(chǎn)品不符等狀況，同時(shí)，還無法便利進(jìn)行售后，對平臺造成不利影響。所以，要制定嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，加大檢查與執(zhí)法力度，平臺應(yīng)不斷完善相應(yīng)的售后機(jī)制，提升消費(fèi)者獲得感、幸福感。

其二，新聞傳播主體繼續(xù)呈現(xiàn)多元化特征，數(shù)字報(bào)紙面臨更加嚴(yán)峻的競爭壓力。CNNIC的數(shù)據(jù)顯示，最近半年內(nèi)，手機(jī)網(wǎng)民使用過的手機(jī)應(yīng)用個(gè)數(shù)平均超過10個(gè)，手機(jī)軟件的多樣化促進(jìn)了新聞獲取渠道的多樣化，也促使各個(gè)平臺對移動新聞客戶端的爭奪進(jìn)入白熱化，其中人民日報(bào)、光明日報(bào)等傳統(tǒng)媒體，新浪、搜狐等門戶網(wǎng)站，以及沒有任何新聞背景的今日頭條、鮮聞等新聞聚合平臺都紛紛推出移動新聞客戶端。隨著互聯(lián)網(wǎng)“去中心化”的發(fā)展，網(wǎng)民通過微博、微信等社交平臺都可以成為新聞提供商。新聞來源的多元化使得傳統(tǒng)媒體的數(shù)字報(bào)紙優(yōu)勢減弱，競爭壓力更加嚴(yán)峻。

2.4 優(yōu)化問題建立

結(jié)合式(21),式(24),式(27)和式(28),抗多主瓣干擾的相位編碼信號s和失配濾波器h的設(shè)計(jì)問題可表示為

s.t. |hHh-Ns|≤γ1

(26)

式中:λ1、λ2為預(yù)先設(shè)定的權(quán)系數(shù)。由于向量e包含ω(0)-Ns,所以將式(23)的第2個(gè)約束省略了。

3 發(fā)射波形與接收濾波器聯(lián)合認(rèn)知設(shè)計(jì)優(yōu)化問題求解

3.1 優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化

由于式(26)的優(yōu)化問題是非凸、非光滑并且?guī)Ъs束的,比較難求解。因此,需要將優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化,可利用罰函數(shù)法,將公式轉(zhuǎn)化為

2.1 病例組與對照組治療前各指標(biāo)的比較 治療前病例組與對照組比較：兩組的年齡、血糖、三酰甘油、總膽固醇、HDL、LDL、凝血酶原時(shí)間等差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表1。

(27)

式中:向量x∈CNs+2Nh是由向量φ、a和θ按順序構(gòu)成的列向量,表示為

x=[φ1,φ2,…,φNs,a1,a2,…,aNh,θ1,θ2,…,θNh]T

(28)