基于多重頻的非正側(cè)面陣機(jī)載雷達(dá)近程雜波抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多重頻的非正側(cè)面陣機(jī)載雷達(dá)近程雜波抑制方法。其實現(xiàn)步驟是：(1)獲取近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍和多普勒取值范圍；(2)對雷達(dá)接收的所有距離單元的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行俯仰和差波束形成，得到和差波束數(shù)據(jù)；(3)對近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍內(nèi)的和差波束數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，得到距離單元范圍內(nèi)的距離單元的濾波結(jié)果；(4)對距離單元范圍外的和差波束數(shù)據(jù)進(jìn)行俯仰波束合成，得到距離單元范圍外的距離單元的濾波結(jié)果；(5)整合步驟（3）與步驟（4）中的濾波結(jié)果，得到所有距離單元的濾波結(jié)果，完成近程雜波抑制。本發(fā)明提高了雷達(dá)回波的距離平穩(wěn)性，改善了雷達(dá)系統(tǒng)的雜波抑制性能，并降低了運算量，可用于目標(biāo)檢測。
【專利說明】基于多重頻的非正側(cè)面陣機(jī)載雷達(dá)近程雜波抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，更進(jìn)ー步涉及雷達(dá)雜波抑制方法，可用于抑制機(jī)載雷達(dá)天線非正側(cè)視安置時所造成的空時ニ維平面內(nèi)分布的近程雜波。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)載雷達(dá)信號處理中，由于雷達(dá)信號主瓣的照射會產(chǎn)生很強(qiáng)烈的地雜波，尤其在機(jī)載雷達(dá)天線非正側(cè)視安置時，雜波在空時ニ維分布中呈現(xiàn)的距離依賴性會造成較強(qiáng)烈的近程雜波。具體來說，在近程的各個距離単元之間俯仰角度變化較大，造成雜波的多普勒頻率會隨著距離單元的變化而產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的變化，于是就產(chǎn)生了近程雜波，近程雜波的出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞了雜波的平穩(wěn)性，使得無法獲得足夠多的獨立同分布樣本，導(dǎo)致傳統(tǒng)的空時自適應(yīng)處理(STAP)技術(shù)的雜波抑制性能嚴(yán)重下降。
[0003]目前消除雜波距離依賴性的方法主要有補(bǔ)償類算法、尺度變換類算法、插值類的全譜域算法。
[0004]補(bǔ)償類算法是對姆個訓(xùn)練樣本分別進(jìn)行補(bǔ)償,其主要包括:2001年Kreyenkamp 0和Klemm R提出的多普勒補(bǔ)償；2001年P(guān)earson F和Borsari G提出高階多普勒補(bǔ)償；2007年 Melvin W and Davis M在期刊 Aerospace and Electronic Systems 上提出的自適應(yīng)角度多普勒補(bǔ)償；2011年Colone F提出的角度多普勒補(bǔ)償，這類算法在雜波無距離模糊的情況下均可有效地補(bǔ)償雜波距離依賴性，但當(dāng)雜波存在距離模糊時這類算法不再適用；
[0005]2011 年由 Ries P, Lapierre F D and Verly J G 在期刊 Aerospace andElectronic Systems (AES)上提出的尺度變換類算法采用譜估計的方法,重構(gòu)待檢測單元的雜波協(xié)方差矩陣，然后根據(jù)重構(gòu)出來的雜波協(xié)方差矩陣將訓(xùn)練樣本中的雜波變換到待檢測樣本的雜波空間中，這類算法在雜波存在距離模糊時可有效的補(bǔ)償雜波的距離依賴性，但這類算法運算量較大，不便于實際應(yīng)用；
[0006]劉錦輝等在電子與信息學(xué)報中提出的插值類的全譜域算法采用最小ニ乘技術(shù)將訓(xùn)練樣本的雜波變換到待檢測樣本的雜波空間中，也能夠有效的補(bǔ)償雜波的距離依賴性，但需要估計雜波的空時導(dǎo)向矢量，但是由于誤差的原因估計的空時導(dǎo)向矢量與實際的空時導(dǎo)向矢量會有不可預(yù)估的偏差，因此這類算法在存在陣列誤差時雜波抑制性能會大大下降。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出了一種基于多重頻的非正側(cè)面陣機(jī)載雷達(dá)近程雜波抑制方法，以避免訓(xùn)練樣本的距離依賴性，提高雷達(dá)回波的距離平穩(wěn)性，改善雷達(dá)系統(tǒng)的雜波抑制性能，降低運算量。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0009]一.技術(shù)原理
[0010]對于機(jī)載雷達(dá)來說，通常是通過連續(xù)發(fā)射幾組不同脈沖重復(fù)頻率的波形，來解決目標(biāo)距離模糊的問題，在一定的時間間隔內(nèi)，由于這幾組不同脈沖重復(fù)頻率回波中相同距離單元的近程雜波具有較高的相關(guān)性，故可使用這幾組不同脈沖重復(fù)頻率回波中相同距離単元的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本來估計雜波的協(xié)方差矩陣。針對訓(xùn)練樣本較少的問題，可通過采用兩自由度的俯仰和差自適應(yīng)處理技木，減少了準(zhǔn)確估計雜波協(xié)方差矩陣所需要的訓(xùn)練樣本個數(shù)，通過濾波完成對非正側(cè)面陣機(jī)載雷達(dá)雜波的抑制。
[0011]ニ.技術(shù)方案
[0012]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)步驟包括如下:
[0013](I)獲取近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍和多普勒取值范圍:
[0014]Ia)根據(jù)雷達(dá)發(fā)射的幾種脈沖重復(fù)頻率中最大的脈沖重復(fù)頻率和帶寬及雷達(dá)的飛行高度，計算不模糊距離單元的數(shù)值，作為近程強(qiáng)雜波的最大距離單元數(shù)值L，并計算出高度線距離単元H，得到近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍為H?L ;
[0015]Ib)計算在近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍H?L內(nèi)，每個距離單元主錐面內(nèi)近程強(qiáng)雜波的多普勒取值范圍；
[0016](2)對雷達(dá)接收的I組不同脈沖重復(fù)頻率的所有距離單元的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行俯仰和差波束形成，得到所有脈沖重復(fù)頻率要處理的所有距離單元的和差波束數(shù)據(jù)X1, X2...X1...X1，其中i = 1，2...1，I是雷達(dá)接收的不同脈沖重復(fù)頻率的數(shù)據(jù)的個數(shù)；
[0017](3)對近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍H?L內(nèi)的和差波束數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波:
[0018]3a)從要處理的所有距離單元的和差波束數(shù)據(jù)X1, X2...X1...X1中，取出H?L距離單元范圍內(nèi)第I個距離單元的數(shù)據(jù)Xu，x2；1...XM...Xljl ;
[0019]3b)從步驟Ib)中計算的第I個距離単元的近程強(qiáng)雜波的多普勒取值范圍中取出位于中間的多普勒值，用該多普勒值構(gòu)成時域?qū)蚴噶縑u，V2a...Vu...Vu，再用該時域?qū)蚴噶糠謩e與第I個距離単元的數(shù)據(jù)Xu，XM...Xu...Xu相乘，用相乘的結(jié)果進(jìn)行近程雜波的協(xié)方差矩陣估計，再用該近程雜波的協(xié)方差矩陣進(jìn)行自適應(yīng)權(quán)值的計算；
[0020]3c)使用權(quán)值對第I個距離単元的數(shù)據(jù)Xu，X2a...Xu...Xia進(jìn)行濾波，得到第I個距離單元的數(shù)據(jù)的濾波結(jié)果:yu，y2；1...yi；1...yI；1 ；
[0021]3d)重復(fù)3b) _3c)，直至得到所有距離單元的和差波束數(shù)據(jù)X1, X2...X1...X1位于H?L距離單元范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)濾波結(jié)果；
[0022](4)對近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍H?L外的和差波束數(shù)據(jù)進(jìn)行俯仰波束合成:
[0023]4a)從要處理的第i個脈沖重復(fù)頻率所有距離單元的和差波束數(shù)據(jù)Xi中取出H?L距離單元范圍外的距離單元的數(shù)據(jù)，進(jìn)行俯仰波束合成，得到第i個脈沖重復(fù)頻率的和差波束數(shù)據(jù)Xi中位于H?L距離單元范圍外的距離單元的濾波結(jié)果，其中i = 1，2...1，I是雷達(dá)接收的不同脈沖重復(fù)頻率的數(shù)據(jù)的個數(shù)；
[0024]4b)重復(fù)4a)，直至得到所有脈沖重復(fù)頻率的和差波束數(shù)據(jù)X1, X2...X1...X1位于H?L距離單元范圍外的數(shù)據(jù)的濾波結(jié)果；
[0025]( 5 )整合數(shù)據(jù)，完成近程雜波抑制:
[0026]5a)取步驟3)和步驟4)中第i個脈沖重復(fù)頻率所有距離單元的濾波結(jié)果，按照距離單元序號進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，得到第i個脈沖重復(fù)頻率的整合濾波結(jié)果Yi ；
[0027]5b)重復(fù)步驟5a)，得到所有脈沖重復(fù)頻率的整合濾波結(jié)果Y1, Y2...Y1...Y1,完成對機(jī)載雷達(dá)近程雜波的抑制。[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0029]1.本發(fā)明與通常沿距離維選取樣本的方法相比，由于選取多個脈沖重復(fù)頻率相同距離單元的回波數(shù)據(jù)作為樣本，可以避免訓(xùn)練樣本的距離依賴性問題，能夠較為準(zhǔn)確地估計出雜波協(xié)方差矩陣，提高雷達(dá)回波的距離平穩(wěn)性，改善雷達(dá)系統(tǒng)的雜波抑制性能。
[0030]2.本發(fā)明由于采用兩自由度的俯仰和差自適應(yīng)處理技術(shù)抑制近程強(qiáng)雜波，可以減少對訓(xùn)練樣本個數(shù)的要求，同時降低運算量，使得估計協(xié)方差的難度進(jìn)一歩降低，更好的抑制了近程雜波。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的實現(xiàn)流程圖；
[0032]圖2為未使用本發(fā)明方法的雷達(dá)回波的部分距離單元的距離多普勒圖像；
[0033]圖3為使用本發(fā)明方法處理過后的雷達(dá)回波的部分距離單元的距離多普勒圖像；
[0034]圖4為從圖2和圖3中目標(biāo)所在多普勒通道的部分距離單元功率圖。
【具體實施方式】
[0035]參照圖1，本發(fā)明的實施步驟如下:
[0036]步驟1，獲取近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍和多普勒取值范圍。
[0037]Ia)根據(jù)雷達(dá)發(fā)射的幾種脈沖重復(fù)頻率中最大的脈沖重復(fù)頻率f_和帶寬B及雷
達(dá)的飛行高度h，計算不模糊距離單元的數(shù)值i ，作為近程強(qiáng)雜波的最大距離單元數(shù)
值L，并根據(jù)高度線距離単元H，得到近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍為H~L ；
[0038]Ib)計算近程強(qiáng)雜波距離單元范圍H~L內(nèi)的第I個距離單元的近程強(qiáng)雜波在俯仰主錐面內(nèi)方位角0 I的取值范圍為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于多重頻的非正側(cè)面陣機(jī)載雷達(dá)近程雜波抑制方法，包括如下步驟: (1)獲取近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍和多普勒取值范圍: Ia)根據(jù)雷達(dá)發(fā)射的幾種脈沖重復(fù)頻率中最大的脈沖重復(fù)頻率和帶寬及雷達(dá)的飛行高度，計算不模糊距離單元的數(shù)值，作為近程強(qiáng)雜波的最大距離單元數(shù)值L，并計算出高度線距離單元H，得到近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍為H~L ; Ib)計算在近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍H~L內(nèi)，每個距離單元主錐面內(nèi)近程強(qiáng)雜波的多普勒取值范圍； (2)對雷達(dá)接收的I組不同脈沖重復(fù)頻率的所有距離單元的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行俯仰和差波束形成，得到所有脈沖重復(fù)頻率要處理的所有距離單元的和差波束數(shù)據(jù)X1, X2...X1...X1,其中i = 1，2...1，I是雷達(dá)接收的不同脈沖重復(fù)頻率的數(shù)據(jù)的個數(shù)； (3)對近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍H~L內(nèi)的和差波束數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波: 3a)從要處理的所有距離單元的和差波束數(shù)據(jù)X1, X2...X1...X1中，取出H~L距離單元范圍內(nèi)第I個距離單元的數(shù)據(jù)Xia, X2；1..Xi l...Xu ; 3b)從步驟Ib)中計算的第I個距離単元的近程強(qiáng)雜波的多普勒取值范圍中取出位于中間的多普勒值，用該多普勒值構(gòu)成時域?qū)蚴噶縑u，V2a...Vu...Vu，再用該時域?qū)蚴噶糠謩e與第I個距離単元的數(shù)據(jù)Xu，XM.Xu相乗，用相乘的結(jié)果進(jìn)行近程雜波的協(xié)方差矩陣估計，再用該近程雜波的協(xié)方差矩陣進(jìn)行自適應(yīng)權(quán)值的計算； 3c)使用權(quán)值對第I個距離単元的數(shù)據(jù)Xu，x2a...Xia...Xu進(jìn)行濾波，得到第I個距離單元的數(shù)據(jù)的濾波結(jié)果:yu，y2;1...yi;1...yI;1 ； 3d)重復(fù)3b) -3c)，直至得到所有距離單元的和差波束數(shù)據(jù)X1, X2.? ? X1.? ? X1位于H~L距離單元范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)濾波結(jié)果； (4)對近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍H~L外的和差波束數(shù)據(jù)進(jìn)行俯仰波束合成: 4a)從要處理的第i個脈沖重復(fù)頻率所有距離單元的和差波束數(shù)據(jù)Xi中取出H~L距離單元范圍外的距離單元的數(shù)據(jù)，進(jìn)行俯仰波束合成，得到第i個脈沖重復(fù)頻率的和差波束數(shù)據(jù)Xi中位于H~L距離單元范圍外的距離單元的濾波結(jié)果，其中i = 1，2...1，I是雷達(dá)接收的不同脈沖重復(fù)頻率的數(shù)據(jù)的個數(shù)； 4b)重復(fù)4a)，直至得到所有脈沖重復(fù)頻率的和差波束數(shù)據(jù)X1, X2...X1...X1位于H~L距離單元范圍外的數(shù)據(jù)的濾波結(jié)果； (5)整合數(shù)據(jù)，完成近程雜波抑制: 5a)取步驟3)和步驟4)中第i個脈沖重復(fù)頻率所有距離單元的濾波結(jié)果，按照距離單元序號進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，得到第i個脈沖重復(fù)頻率的整合濾波結(jié)果Yi ； 5b)重復(fù)步驟5a)，得到所有脈沖重復(fù)頻率的整合濾波結(jié)果Y1, Y2...Y1...Y1,完成對機(jī)載雷達(dá)近程雜波的抑制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重頻的非正側(cè)面陣機(jī)載雷達(dá)近程雜波抑制方法，其中步驟Ib)所述的計算在近程強(qiáng)雜波的距離單元范圍H~L內(nèi)，每個距離單元主錐面內(nèi)近程強(qiáng)雜波的多普勒取值范圍，通過如下步驟進(jìn)行: Ibl)計算近程強(qiáng)雜波距離單元范圍H~L內(nèi)的第I個距離単元的近程強(qiáng)雜波在俯仰主錐面內(nèi)方位角Q1的取值范圍為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重頻的非正側(cè)面陣機(jī)載雷達(dá)近程雜波抑制方法，其中步驟3b)中所述的用中間的多普勒值構(gòu)成時域?qū)蚴噶縑u，Vm...Vu...Vu，通過如下公式進(jìn)行:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重頻的非正側(cè)面陣機(jī)載雷達(dá)近程雜波抑制方法，其中所述步驟3b)中用時域?qū)蚴噶縑u，V2a...via...Vu分別與第I個距離単元的數(shù)據(jù)Xm, X2a...XM...Xu相乘，用相乘的結(jié)果進(jìn)行近程雜波的協(xié)方差矩陣估計，按如下步驟進(jìn)行: (3bl)從H~L距離單元范圍內(nèi)第I個距離單元的數(shù)據(jù)xu，x2；1...xi；1...xI；1中取出的第m列陣元的數(shù)據(jù)X1,レx2； 1；m...xi；1；m...Xl，u,其中m = I, 2...M, M為雷達(dá)陣元的列數(shù)； (3b2)用取出的第m列陣元的數(shù)據(jù)X1,い，x2； 1；m...xi； 1；m...xI； 1；m分別與時域?qū)蚴噶縑1,1； V2j !..vi；1...vI； i的姆ー項進(jìn)行對應(yīng)相乘，得到第m列陣元的相乘結(jié)果Cl, l,m) C2,1,111- ? ? Ci, I, in- ? ? CI,I,m，兵中 Ci,l,m — Xi,l,mX Vu，I — 1，2，...1 ; (3b3)利用第m列陣元的相乘結(jié)果Ciam, C2am...ci；1；m...Cu，m,計算第m列陣元的近程雜波的協(xié)方差矩陣Rnu:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重頻的非正側(cè)面陣機(jī)載雷達(dá)近程雜波抑制方法，其中所述步驟3b)中用近程雜波的協(xié)方差矩陣進(jìn)行自適應(yīng)權(quán)值的計算，通過如下步驟進(jìn)行: (3ba)從H~L距離單元范圍內(nèi)第I個距離單元的數(shù)據(jù)Xia, x2；1...xi；1...xI；1中取出的第m列陣元的數(shù)據(jù)X1,レx2； 1；m...xi；1；m...Xl，u,其中m = I, 2...M, M為雷達(dá)陣元的列數(shù)；(3bb)取出第m列陣元的近程雜波的協(xié)方差矩陣Rnu,利用如下公式計算第I個距離單元數(shù)據(jù)Xu, x2； ? ? Xia.? ? Xu中第m列陣元的權(quán)值Wnu:
【文檔編號】G01S7/36GK103605114SQ201310646050
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】王彤, 呂曉雷, 代保全, 申風(fēng)陽, 劉東東 申請人:西安電子科技大學(xué)