機載前視陣雷達的空時自適應(yīng)處理方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于雷達動目標檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及機載前視陣雷達的空時自適應(yīng)處理方法。其具體步驟為：得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的數(shù)據(jù)矢量xnkl；獲取機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元在[KT,(K+1)T]的時間段內(nèi)記錄的選定距離門的數(shù)據(jù)向量；得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的降維俯仰協(xié)方差矩陣的估計得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的降維自適應(yīng)權(quán)矢量ωE,nl；得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的俯仰預濾波后數(shù)據(jù)矢量ynkl；采用方位-多普勒空時自適應(yīng)處理方法，得出機載前視陣雷達的第l號距離門第k個多普勒通道的空時自適應(yīng)處理后信號。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
機載前視陣雷達的空時自適應(yīng)處理方法
本專利技術(shù)屬于雷達動目標檢測
，特別涉及機載前視陣雷達的空時自適應(yīng)處理方法，具體可以用于機載前視陣雷達近距離地面運動目標檢測方法，適用于機載相控陣雷達進行雜波抑制及動目標檢測。
技術(shù)介紹
機載前視陣雷達的地面運動目標顯示(GroundMovingTargetIndication,GMTI)功能有著廣泛的軍事應(yīng)用前景。例如在機載火控雷達中用于發(fā)現(xiàn)并引導機載武器攻擊敵方的坦克、裝甲車或移動導彈發(fā)射架，還能在一定程度上彌補遠程機載監(jiān)視系統(tǒng)在城市戰(zhàn)環(huán)境中對地面運動目標檢測和跟蹤性能下降的缺陷(遠程監(jiān)視系統(tǒng)在探測城市中的地面運動目標時容易受到高大建筑物的遮擋)。機載雷達采用下視工作模式探測近距離地面運動目標時面臨的主要問題是強大的地面雜波，這些在多普勒域上擴散的雜波很有可能將感興趣的動目標淹沒。空時自適應(yīng)處理技術(shù)具有很強的抑制具有空時耦合特性的地雜波的能力。但是，當采用機載前視陣雷達探測近距離地面運動目標時，其雜波譜是隨著距離的變化而變化的(在近距離變化尤其明顯)，即雜波具有距離非平穩(wěn)的特性(或稱為距離依賴性)。然而，傳統(tǒng)STAP(SpaceTimeAdaptiveProcessing)處理器能獲得較理想的雜波抑制性能的前提為存在足夠多的獨立同分布的訓練樣本，這限制了STAP技術(shù)在前視陣GMTI雷達中的直接應(yīng)用。另外，當雷達的脈沖重復頻率選得太高(比如大多數(shù)機載GMTI雷達中采用的中PRF(MidPRF,MPRF))以至于雜波出現(xiàn)距離模糊，在檢測近程目標時遠程雜波將會帶來額外的雜波凹口。這主要是由于遠程主瓣雜波和近程主瓣雜波的多普勒頻率不相同(因為他們的俯仰角不相同)。在這種情況下檢測近距離運動目標時，遠程雜波將帶來額外的盲速。為了能在距離非平穩(wěn)的雜波環(huán)境下采用STAP技術(shù)，學者們提出了許多算法來補償雜波的距離依賴性。例如多普勒平移(DopplerWrapping,DW)算法通過對距離樣本數(shù)據(jù)進行時域復加權(quán)，可以達到將雜波譜進行多普勒平移的目的，通過對不同距離樣本賦以不同的多普勒平移，最終可以在一定程度上實現(xiàn)距離依賴性補償。而角度多普勒補償(Angle-DopplerCompensation,ADC)算法(或自適應(yīng)角度多普勒補償(AdaptiveAngle-DopplerCompensation,AADC)算法)不僅對距離樣本數(shù)據(jù)進行時域復加權(quán)，還進行了空域復加權(quán)。這樣就可以將不同距離門的雜波譜的角度-多普勒中心進行配準，以達到削弱雜波距離依賴性的目的。上述算法在無距離模糊的時候具有很好的性能。但是當雜波存在距離模糊時，由于一個距離單元存在多條雜波脊，上述算法無法同時補償來自不同距離的多條雜波譜。基于模型化的一類算法也具有處理距離依賴雜波的能力。例如基于導數(shù)更新的算法(Derivative-BasedUpdating,DBU)采用的模型是假設(shè)權(quán)矢量是隨著距離線性變化的函數(shù)。而估計協(xié)方差矩陣的逆(PredictionofInverseCovarianceMatrix,PICM)算法直接估計的是協(xié)方差矩陣逆的元素，采用的模型是線性預測類模型。雖然這些算法不僅可以應(yīng)用于距離不模糊的情況，還可以應(yīng)用于距離模糊的情況，但是它們無法消除遠程雜波帶來的盲速。為了消除由于距離模糊帶來的額外盲速，利用平面相控陣雷達提供的俯仰自由度，學者們提出了一類俯仰預濾波算法，用于濾除距離模糊的雜波。例如非自適應(yīng)的俯仰波束形成器可根據(jù)陣列流型和系統(tǒng)參數(shù)獲得濾波權(quán)矢量，但是這些方法對誤差很敏感(例如陣列誤差和載機高度誤差等)。因此人們又提出了數(shù)據(jù)自適應(yīng)的俯仰波束形成器，統(tǒng)計波束形成(BeamformedStatistical,BS)方法的俯仰協(xié)方差矩陣由距離樣本估計得到，俯仰魯棒Capon波束形成(ElevationRobustCaponBeamforming,ERCB)方法的俯仰協(xié)方差矩陣由待檢測單元的脈沖域數(shù)據(jù)估計得到。這兩種方法的訓練樣本均受到了俯仰主瓣雜波信號的污染，容易導致波束方向圖畸變和目標相消的情況。雖然ERCB算法采用了對角加載技術(shù)進行主波束保形，但是較大的加載因子會導致較大的雜波抑制性能的損失。三維STAP具有抑制距離模糊雜波的能力，但是在距離非平穩(wěn)性比較嚴重的雜波環(huán)境下很難獲取足夠多的獨立同分布的訓練樣本。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提出機載前視陣雷達的空時自適應(yīng)處理方法，本專利技術(shù)中使用的俯仰協(xié)方差矩陣是由無近程雜波污染的距離樣本估計得到的，因此能夠獲得較為理想的俯仰自適應(yīng)方向圖，在有效濾除遠程雜波的同時能夠完整地保留近程動目標。在消除了模糊的遠程雜波的影響之后，可采用基于雜波譜補償?shù)腟TAP方法(例如DW-STAP)濾除剩余的距離依賴的近程雜波。為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。機載前視陣雷達的空時自適應(yīng)處理方法包括以下步驟：步驟1，利用機載前視陣雷達發(fā)射由K個脈沖組成的相干脈沖串，利用機載前視陣雷達的接收陣列接收回波數(shù)據(jù)；機載前視陣雷達為脈沖多普勒雷達，機載前視陣雷達的接收陣列由N列均勻排列的陣元組成，每列陣元由Mn個均勻排布的陣元組成，機載前視陣雷達的距離門的總數(shù)為L；得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的數(shù)據(jù)矢量xnkl，k取1至K；步驟2，得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的降維變換矩陣Tnl，n取1至N，l取1至L；獲取機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元在[KT,(K+1)T]的時間段內(nèi)記錄的選定距離門的數(shù)據(jù)向量，T為機載前視陣雷達發(fā)射信號的脈沖重復間隔；根據(jù)機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元在[KT,(K+1)T]的時間段內(nèi)記錄的選定距離門的數(shù)據(jù)向量，得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的降維俯仰協(xié)方差矩陣的估計步驟3，得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的降維自適應(yīng)權(quán)矢量ωE,nl；步驟4，利用降維自適應(yīng)權(quán)矢量ωE,nl，對機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的數(shù)據(jù)矢量xnkl進行俯仰預濾波，得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的俯仰預濾波后數(shù)據(jù)矢量ynkl；步驟5，采用方位-多普勒空時自適應(yīng)處理方法，對機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的俯仰預濾波后數(shù)據(jù)矢量ynkl進行雜波抑制處理，得出機載前視陣雷達的第l號距離門第k個多普勒通道的空時自適應(yīng)處理后信號。本專利技術(shù)的有益效果為：本專利技術(shù)不僅具有很好的遠程雜波抑制性能，還具有保護近程目標能量不受損失的優(yōu)點。本專利技術(shù)不僅能夠有效消除由遠程雜波帶來的額外盲速，還能夠改善方位-多普勒STAP的雜波抑制性能。另外，本專利技術(shù)不僅能夠加快收斂速度，還能夠降低運算量。與陣元空間自適應(yīng)濾波方法相比，其計算復雜度從O(N3+N2)量級降低到了O(43+42)量級，這有利于工程的實時實現(xiàn)。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的機載前視陣雷達的空時自適應(yīng)處理方法的簡要流程圖；圖2為本專利技術(shù)的機載前視陣雷達的幾何構(gòu)型示意圖；圖3為本專利技術(shù)實施例中機載前視陣雷達系統(tǒng)發(fā)射和接收信號的示意圖；圖4為仿真實驗1中采用靜態(tài)俯仰和波束方法級聯(lián)常規(guī)PD處理后得出對應(yīng)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
機載前視陣雷達的空時自適應(yīng)處理方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，利用機載前視陣雷達發(fā)射由K個脈沖組成的相干脈沖串，利用機載前視陣雷達的接收陣列接收回波數(shù)據(jù)；機載前視陣雷達為脈沖多普勒雷達，機載前視陣雷達的接收陣列由N列均勻排列的陣元組成，每列陣元由Mn個均勻排布的陣元組成，機載前視陣雷達的距離門的總數(shù)為L；得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的數(shù)據(jù)矢量xnkl，k取1至K；步驟2，得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的降維變換矩陣Tnl，n取1至N，l取1至L；獲取機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元在[KT,(K+1)T]的時間段內(nèi)記錄的選定距離門的數(shù)據(jù)向量，T為機載前視陣雷達發(fā)射信號的脈沖重復間隔；根據(jù)機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元在[KT,(K+1)T]的時間段內(nèi)記錄的選定距離門的數(shù)據(jù)向量，得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的降維俯仰協(xié)方差矩陣的估計步驟3，得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的降維自適應(yīng)權(quán)矢量ωE,nl；步驟4，利用降維自適應(yīng)權(quán)矢量ωE,nl，對機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的數(shù)據(jù)矢量xnkl進行俯仰預濾波，得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的俯仰預濾波后數(shù)據(jù)矢量ynkl；步驟5，采用方位?多普勒空時自適應(yīng)處理方法，對機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的俯仰預濾波后數(shù)據(jù)矢量ynkl進行雜波抑制處理，得出機載前視陣雷達的第l號距離門第k個多普勒通道的空時自適應(yīng)處理后信號。...

【技術(shù)特征摘要】
1.機載前視陣雷達的空時自適應(yīng)處理方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，利用機載前視陣雷達發(fā)射由K個脈沖組成的相干脈沖串，利用機載前視陣雷達的接收陣列接收回波數(shù)據(jù)；機載前視陣雷達為脈沖多普勒雷達，機載前視陣雷達的接收陣列由N列均勻排列的陣元組成，每列陣元由Mn個均勻排布的陣元組成，機載前視陣雷達的距離門的總數(shù)為L；得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的數(shù)據(jù)矢量xnkl，k取1至K；步驟2，得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的降維變換矩陣Tnl，n取1至N，l取1至L；獲取機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元在[KT，(K+1)T]的時間段內(nèi)記錄的選定距離門的數(shù)據(jù)向量，T為機載前視陣雷達發(fā)射信號的脈沖重復間隔；根據(jù)機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元在[KT，(K+1)T]的時間段內(nèi)記錄的選定距離門的數(shù)據(jù)向量，得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的降維俯仰協(xié)方差矩陣的估計在步驟2中，得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的降維變換矩陣Tnl：其中，表示機載前視陣雷達的接收陣列的第l號距離門的期望目標的俯仰角，表示機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的期望目標的俯仰導向矢量，表示指向遠程雜波的第m個輔助波束對應(yīng)的俯仰角，表示機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的指向遠程雜波的第m個輔助波束的俯仰導向矢量，m＝1，2…，M，M為設(shè)定的大于1的自然數(shù)；獲取機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元在[KT，(K+1)T]的時間段內(nèi)記錄的第q號距離門的俯仰數(shù)據(jù)向量T為機載前視陣雷達發(fā)射信號的脈沖重復間隔，q＝l-L0，l-L0+1，...，l，...，l+L0-1，l+L0，L0為設(shè)定的自然數(shù)；得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的降維俯仰協(xié)方差矩陣的估計其中，上標H表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置；步驟3，得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第l號距離門的降維自適應(yīng)權(quán)矢量ωE，nl；步驟4，利用降維自適應(yīng)權(quán)矢量ωE，nl，對機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的數(shù)據(jù)矢量xnkl進行俯仰預濾波，得出機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的俯仰預濾波后數(shù)據(jù)矢量ynkl；步驟5，采用方位-多普勒空時自適應(yīng)處理方法，對機載前視陣雷達的接收陣列的第n列陣元的第k個脈沖接收到的第l號距離門的俯仰預濾波后數(shù)據(jù)矢量ynkl進行雜波抑制處理，得出機載前視陣雷達的第l號距離門第k個多普勒通道的空時自適應(yīng)處理后信號。2.如權(quán)利要求1所述的機載前視陣雷達的空時自適應(yīng)處理方法，其特征在于，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王彤，陳華彬，文才，吳建新，
申請(專利權(quán))人：西安電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61