機載雷達雜波抑制方法技術

本發明專利技術公開了一種機載雷達雜波抑制方法，它屬于雷達信號處理技術領域，主要解決現有雜波抑制技術樣本要求高、計算量大和實時處理性能差的問題。其實現步驟是：首先根據雜波譜分布的先驗信息對接收數據進行雜波預處理，實現空時兩維降維，降低雜波自由度；然后級聯低秩逼近自適應處理，對回波信號進行多次濾波和多次空時二維降維，實現信號的雜波抑制和目標檢測。計算機仿真分析和實測數據處理結果表明，本發明專利技術在性能良好的前提下樣本要求和計算量都有明顯降低，同時在樣本要求相當的情況下，濾波性能得到了極大改善，可用于動目標檢測。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于雷達信號處理
，特別是一種對機載雷達雜波的抑制方法， 可用于信號檢測和動目標識別。
技術介紹
機載脈沖多普勒雷達是現代戰場上最重要的軍事傳感器之一，動目標檢測是其 一項重要功能。機載雷達常常處于下視工作，地面雜波對其檢測性能的影響十分嚴 重。地雜波不僅強大，而且由于不同方向的雜波相對載機速度各異，從而使雜波譜 大大擴展，雜波呈現很強的空時耦合特性。如何有效地抑制地雜波，是機載雷達下 視工作的難題，也是必須解決的問題。在目前的工藝水平和技術支持下，對相控陣 天線的旁瓣提出過高要求是不切實際的，而且超低旁瓣技術只能抑制旁瓣雜波，對 直接影響最小可檢測速度的主瓣雜波，它是無能為力的?？諘r自適應處理STAP技 術正是在這種情況下應運而生，它可以有效提高相控陣雷達的雜波抑制能力和動目 標檢測性能。1973年Brennan等人針對相控陣AEW雷達雜波抑制首先提出了空時二維自適 應處理的概念。經過幾十年的探索和研究，STAP技術如今己形成為一個理論基礎 較為堅實的實用技術。許多國家的新一代機載預警雷達和下一代機載火控雷達均采 用了有源相控陣體制，為STAP技術的應用提供了便利條件。STAP在空時兩維空間實現自適應雜波抑制和動目標信號的相干積累，理論上 可以實現最優處理，但實際中全維處理器至少存在以下兩方面的主要問題一，由于自適應處理器維數成千上萬，需要對高維協方差矩陣求逆，其計算量 和設備量驚人，無法實時處理；二，由于需要通過統計平均估計協方差矩陣，因此至少需要2倍處理器維數數 目的滿足獨立同分布的距離單元樣本數據，這一點在實際機載雷達雜波環境特別是 非均勻環境中很難滿足。為推動STAP走向實用化，人們在降維STAP方面進行了大量的研究，提出了 許多降維方法。降維STAP得到廣泛重視。降維STAP主要包括固定結構降維方法5和自適應結構降維方法，都是在保證性能次優下，通過減少自適應自由度來降低訓 練樣本和計算量的。低秩逼近STAP (LRA-STAP)方法通過將最優STAP處理器分 解成若干空時可分離濾波器，實現了降維處理，從而有效地降低了運算量和樣本要 求，但其在研究中主要針對全維空時數據進行，未考慮利用雜波空時分布的先驗知 識。而事實上，當機載雷達平臺特性、天線安裝位置及工作波形等參數確定后，雷 達接收的雜波在方位角-多普勒平面的分布是一定的。對于正側面陣，雜波沿直線分 布；對于斜側面陣，雜波沿斜橢圓分布；對于正前視陣，雜波沿正橢圓分布。局域 化JDL自適應方法是一種用輔助通道進行雜波預處理的方法，但在非理想條件下， 需要增加空域自由度來補償通道誤差，這會帶來U.d.樣本和計算量的增加。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述巳有技術的不足，提出了一種新的機載雷達雜波抑 制方法，，以進一步降低低秩逼近STAP方法對樣本的要求和計算量。為實現上述目的，本專利技術鑒于低秩逼近STAP方法的缺點并結合雜波預處理方 法的優點，對雜波預處理后再進行低秩逼近，其實現步驟包括如下1) 用均勻線陣結構或面陣經微波合成的等效線陣雷達天線接收NxK的空時二維數據X，同時給出目標信號的空域導向矢量s(^)eC^和時域導向矢量2) 對接收的空時二維數據X進行空時兩維降維，得到雜波預處理后的MxJ (M<N，J<K)的空時二維數據X,，同時得到雜波預處理后的目標信號空域導向矢量s,(化)e CMxl禾口時土或導向矢量s,(q) e C";3) 對雜波預處理得到的空時二維數據X,和目標信號的空域導向矢量s,(^)和時 域導向矢量Sj(q)作低秩逼近自適應處理，得到濾波后的信號輸出y。本專利技術與現有技術相比具有以下特點-1. 本專利技術由于在雜波抑制前先進行空時二維降維，實現雜波預處理，從而進一 步降低了低秩逼近STAP方法對樣本的要求和計算量。2. 本專利技術由于預先構建出雜波預處理的空域降維矩陣和時域降維矩陣，所以當 機載雷達平臺特性、天線安裝位置及工作波形等參數確定后，工作時就可直接調用 上述矩陣進行雜波抑制，有利于實時處理。計算機仿真分析和實測數據處理結果表明，本專利技術的雜波抑制性能優于現有的6FA方法和EFA方法。 附圖說明圖l是本專利技術的流程圖2是本專利技術計算濾波器分量時采用的雙迭代流程圖； 圖3是本專利技術雙迭代的迭代收斂性能曲線圖； 圖4是采用不同方法時的改善因子IF曲線圖5是采用不同方法獲得的目標所在多普勒通道各距離單元處理輸出結果比較圖。具體實施例方式下面參照圖1說明本專利技術的方法實施過程。步驟l，接收空時二維數據X，同時給出目標信號的空域導向矢量s(A)和時域 導向矢量s(q)。本專利技術中雷達天線為均勻線陣結構，也可以是面陣經微波合成的等效線陣，天線陣元數目為N,在一個相干處理時間cpi內以脈沖重復頻率y;發射K個脈沖，不 失一般的，假設iv《ii:。對一個cpi內接收的回波信號空時二維數據可以表示成一個A^《的二維數據矩陣<formula>formula see original document page 7</formula>(1)其中\m表示"列子陣接收的第^次回波，式(l)的二維數據既包含不需要的雜波和 噪聲信號，也可能存在一個待檢測的目標信號s,，其中目標信號矩陣s,可以表示如下秩為1的矩陣形式<formula>formula see original document page 7</formula>(2)其中fl為目標信號的復幅度，^和w,分別是目標信號的歸一化空域角頻率和時域角 頻率，S-s(化)/(q)為目標信號導引矩陣，卜f表示轉置操作，s(^)eC潟和 s(w,)eC"i分別是空域導向矢量和時域導向矢量，分別表示為<formula>formula see original document page 7</formula> (4)步驟2，對接收的空時二維數據X進行空時兩維降維，得到雜波預處理后的空 時二維數據& ，同時得到雜波預處理后的目標信號空域導向矢量Sl(A)和時域導向矢量Si(A)。基于步驟1所說的信號模型，本專利技術首先用JDL方法對陣元-脈沖域數據X進 行空時兩維降維并將數據轉換到波束-多普勒域，采用的JDL方法中選擇局域包含 三個波束角(化J,氣,％+i= 3 )和三個多普勒頻率點(《t,, ,。,;= 3 )，雜波預處理后的空時二維數據X,和空域導向矢量s,(化)和時域導向矢量、(w,)為Sl(q) = T (5)(6)(7)其中i; = 「s(w")， s(6^)， s(化,)"l ,為iVxM維空域變換矩陣1>s((yti)， s(氣)，s( ,+i)]，為〖xj維時域變換矩陣。 步驟2的具體過程如下2a)構建iVxM維空域變換矩陣i;，其各列由指向目標信號附近不同方位角的 空域導向矢量構成，記為i;二「s(6^)， s(wj， s(a,)， (M=3);2b)構建《x/維時域變換矩陣T,，其各列由指向目標信號附近不同多普勒通 道的時域導向矢量構成，記為T,(J = 3);2c)利用T;和T,對接收數據X進行雜波預處理，得到預處理后的數據& ="XT,* ;2d)利用i本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種機載雷達雜波抑制方法，包括如下步驟：　１）用均勻線陣結構或面陣經微波合成的等效線陣雷達天線接收Ｎ×Ｋ的空時二維數據Ｘ，同時給出目標信號的空域導向矢量ｓ（ω↓［ｓ］）∈Ｃ↑［Ｎ×１］和時域導向矢量ｓ（ω↓［ｔ］）∈Ｃ↑［Ｋ×１］；　 　２）對接收的空時二維數據Ｘ進行空時兩維降維，得到雜波預處理后的Ｍ×Ｊ（Ｍ＜Ｎ，Ｊ＜Ｋ）的空時二維數據Ｘ↓［１］，同時得到雜波預處理后的目標信號空域導向矢量ｓ↓［１］（ω↓［ｓ］）∈Ｃ↑［Ｍ×１］和時域導向矢量ｓ↓［１］（ω↓［ｔ］）∈ Ｃ↑［Ｊ×１］；?。常﹄s波預處理得到的空時二維數據Ｘ↓［１］和目標信號的空域導向矢量ｓ↓［１］（ω↓［ｓ］）和時域導向矢量ｓ↓［１］（ω↓［ｔ］）作低秩逼近自適應處理，得到濾波后的信號輸出ｙ。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮大政，李曉明，李運鋒，向聰，曹洋，王煒，賈建超，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：87[中國|西安]