(54)基于環(huán)境動態(tài)感知的機(jī)載雷達(dá)空時自適應(yīng)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于機(jī)載雷達(dá)空時自適應(yīng)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于環(huán)境動態(tài)感知的機(jī)載雷達(dá)空時自適應(yīng)處理方法，其具體步驟為：將機(jī)載雷達(dá)的工作模式設(shè)置為MIM0模式，接收陣列接收時域回波信號Y，機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域的雜波散射系數(shù)矢量表示為Y;將機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域內(nèi)第i個距離單元第j個雜波塊的位置記為Aij;建立稀疏模型argminllY聊IL+叫ML’h表示與r離散化后觀測數(shù)據(jù)Y對應(yīng)的基矩陣；通過求解所述稀疏模型得出機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域的雜波散射系數(shù)矢量Y的矢量估計f，將機(jī)載雷達(dá)的工作模式設(shè)置為相控陣模式，得出位置為A。的雜波塊與機(jī)載雷達(dá)的距離r'i以及對應(yīng)的回波信號到達(dá)角(Pij;得出待檢測距離單元的雜波協(xié)方差矩陣，對機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時接收到的回波信號進(jìn)行空時自適應(yīng)處理。
【專利說明】基于環(huán)境動態(tài)感知的機(jī)載雷達(dá)空時自適應(yīng)處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)載雷達(dá)空時自適應(yīng)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于環(huán)境動態(tài)感知的機(jī) 載雷達(dá)空時自適應(yīng)處理方法，可用于非均勻雜波背景下的雜波抑制。

【背景技術(shù)】
[0002] 相較地基雷達(dá)，機(jī)載雷達(dá)由于平臺位置的升高增加了雷達(dá)的可視距離，尤其是 對低空及超低空目標(biāo)，其可視距離更是大大增加。但是一方面由于機(jī)載雷達(dá)探測距離的 擴(kuò)大，導(dǎo)致機(jī)載雷達(dá)雜波區(qū)域的擴(kuò)展，而且與地基雷達(dá)相比，機(jī)載雷達(dá)的雷達(dá)波束對地面 的掠射角更大，使得回波中的雜波功率大大增加；另一方面由于平臺是運動的，使得機(jī)載 平臺的雜波具有空時二維的分布特性，為了抑制回波中的雜波分量，通常需要進(jìn)行空時 二維聯(lián)合處理，并且需實時自適應(yīng)實現(xiàn)，即空時自適應(yīng)處理（STAP，space-time adaptive processing)?？諘r自適應(yīng)處理需估計檢測單元的雜波協(xié)方差矩陣，一般地，假設(shè)機(jī)載雷達(dá) 天線的陣元數(shù)為N，一個相干處理時間間隔（CPI, coherent process interval)的脈沖數(shù)為 M，若進(jìn)行全自適應(yīng)處理則至少需要2MN個獨立同分布的訓(xùn)練樣本。但是在實際應(yīng)用中，由 于環(huán)境的非均勻性，如地形地貌的變化，人造建筑物等，使得雜波的分布隨距離發(fā)生變化， 即現(xiàn)實世界里的雜波一般是非均勻的，因而很難取得足夠的訓(xùn)練樣本。
[0003] 近年來，為了改善非均勻雜波環(huán)境下的空時自適應(yīng)處理性能，一些學(xué)者提出了知 識輔助 _ 空時自適應(yīng)處理（KA-STAP，knowledge-aided space-time adaptive processing) 方法。所謂的知識輔助-空時自適應(yīng)處理方法，指的是利用先驗信息改善空時自適應(yīng)處 理的性能，一般有以下兩種方式：（1)間接利用先驗信息，例如智能地選擇濾波器和訓(xùn)練樣 本；（2)直接利用先驗信息，例如貝葉斯濾波及數(shù)據(jù)預(yù)白化。上述的知識輔助-空時自適應(yīng) 處理方法，第一種方式利用數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)、地面覆蓋/地面使用數(shù)據(jù)等先驗信息選取 均勻的訓(xùn)練樣本，來估計雜波的協(xié)方差矩陣，第二種方式通過先前的觀測數(shù)據(jù)或其它方式 獲取當(dāng)前檢測單元的先驗協(xié)方差矩陣。但是在實際應(yīng)用中由于外界環(huán)境的改變，造成了先 驗信息與實際環(huán)境的失配，在這種情況下，使用先驗信息不僅不會改善雷達(dá)的雜波抑制性 能，甚至可能會降低其性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出基于環(huán)境動態(tài)感知的空時自適應(yīng)處理方法，以在缺乏外界 信息支持或先驗信息與實際環(huán)境失配的情況下，通過對外界環(huán)境的實時在線感知，改善雷 達(dá)在非均勻雜波環(huán)境中的雜波抑制性能。
[0005] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0006] 步驟1，將機(jī)載雷達(dá)的工作模式設(shè)置為ΜΜ0模式，機(jī)載雷達(dá)的發(fā)射陣列向外發(fā)射 信號，機(jī)載雷達(dá)的接收陣列接收時域回波信號Y

【權(quán)利要求】
1. 基于環(huán)境動態(tài)感知的機(jī)載雷達(dá)空時自適應(yīng)處理方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，將機(jī)載雷達(dá)的工作模式設(shè)置為MMO模式，機(jī)載雷達(dá)的發(fā)射陣列向外發(fā)射信號， 機(jī)載雷達(dá)的接收陣列接收時域回波信號Y ;
yp表示機(jī)載雷達(dá)工作在ΜΙΜΟ模式 時其接收陣列接收到的離散化后的第Ρ個距離單元的回波信號，Ρ取1至Ρ，Ρ為機(jī)載雷達(dá) 觀測區(qū)域中距離單元的個數(shù)；將機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域的雜波散射系數(shù)矢量表示為Υ，Υ = [h，…，Υ」' Y i = [ Υ η，…，Y iT]，Y ij表示機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域內(nèi)第i個距離單元第j個 雜波塊的散射系數(shù)，i取1至I，I表示機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域內(nèi)距離單元的數(shù)目，j取1至J，J 表示每個距離單元中雜波塊的數(shù)目；將機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域內(nèi)第i個距離單元第j個雜波塊 的位置記為Ay ;建立如下稀疏模型：
其中，II · ||2表示2范數(shù)，|| · IK表示1范數(shù)；K為設(shè)定的正則參數(shù)；Η表示與離散 化后觀測數(shù)據(jù)Υ對應(yīng)的基矩陣；通過求解所述稀疏模型得出機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域的雜波散射 系數(shù)矢量Υ的矢量估計
表示機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū) 域內(nèi)第i個距離單元第j個雜波塊的散射系數(shù)的估計值； 步驟2,將機(jī)載雷達(dá)的工作模式設(shè)置為相控陣模式，當(dāng)機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時， 機(jī)載雷達(dá)的天線陣列為均勻線陣，機(jī)載雷達(dá)的天線陣列既是機(jī)載雷達(dá)的接收陣列，又是機(jī) 載雷達(dá)的發(fā)射陣列；當(dāng)機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時，機(jī)載雷達(dá)天線陣列向外信號，機(jī)載雷 達(dá)的天線陣列接收對應(yīng)的回波信號； 當(dāng)機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時，載機(jī)沿天線陣列的軸向運動；根據(jù)載機(jī)沿天線陣列 的軸向的運動距離Ay、機(jī)載雷達(dá)工作在ΜΙΜΟ模式時機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域內(nèi)第i個距離單元 第j個雜波塊與機(jī)載雷達(dá)的距離A、以及機(jī)載雷達(dá)工作在ΜΙΜΟ模式時機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域內(nèi) 第i個距離單元第j個雜波塊的回波信號到達(dá)角
得出機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時位 置為的雜波塊與機(jī)載雷達(dá)的距離r' ρ以及機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時位置為Ay的 雜波塊的回波信號到達(dá)角
當(dāng)機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時，根據(jù)待檢測距離單元中每個雜波塊與機(jī)載雷達(dá)的距 離、待檢測距離單元中每個雜波塊的回波信號到達(dá)角、待檢測距離單元中每個雜波塊的散 射系數(shù)的估計值，得出待檢測距離單元的雜波協(xié)方差矩陣
利用待檢測距離單元的雜 波協(xié)方差矩陣
對機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時其天線陣列接收到的回波信號進(jìn)行空 時自適應(yīng)處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于環(huán)境動態(tài)感知的機(jī)載雷達(dá)空時自適應(yīng)處理方法，其特征在 于，在步驟1中，機(jī)載雷達(dá)發(fā)射陣列發(fā)射的信號P(t)表示為：
其中，t表示時間變量，Pt表示機(jī)載雷達(dá)發(fā)射陣列內(nèi)每個陣元的發(fā)射功率，pn，（t)分別 為機(jī)載雷達(dá)發(fā)射陣列內(nèi)第η'個陣元的發(fā)射波形，η'取1至Nt;Nt為機(jī)載雷達(dá)發(fā)射陣列的陣 元數(shù)，機(jī)載雷達(dá)發(fā)射陣列任意兩個陣元發(fā)射的波形相互正交； 在步驟1中，機(jī)載雷達(dá)接收陣列得到的離散化后的第P個距離單元的回波信號yp為：
其中，P取1至P，P為機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域中距離單元的個數(shù)；tp = ρ · Λ Τ，Λ T為機(jī)載 雷達(dá)接收陣列的時間采樣間隔，Pt表示機(jī)載雷達(dá)發(fā)射陣列內(nèi)每個陣元的發(fā)射功率，Α是機(jī) 載雷達(dá)觀測區(qū)域內(nèi)第i個距離單元每個雜波塊與機(jī)載雷達(dá)的距離，
表示機(jī)載雷達(dá)工作在 ΜΙΜΟ模式時機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域內(nèi)第i個距離單元第j個雜波塊的回波信號到達(dá)角；&是機(jī) 載雷達(dá)工作在ΜΙΜΟ模式時發(fā)射信號的頻率，c是光速；
是機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域內(nèi)第i 個距離單元第j個雜波塊的時間導(dǎo)向矢量，
是機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域內(nèi)第i個距離單元 第j個雜波塊的接收導(dǎo)向矢量，
是機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域內(nèi)第i個距離單元第j個雜波 塊的發(fā)射導(dǎo)向矢量，《表示克羅內(nèi)克積，np為機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域第P個距離單元的熱噪聲； Ri (tp) % ：
其中，τ i為機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域內(nèi)第i個距離單元每個雜波塊對應(yīng)的回波信號時延，* 表示卷積，
表示共軛；Hp表示機(jī)載雷達(dá)觀測區(qū)域內(nèi)第ρ個距離單元的基矩陣，H p為： Hp - [Hp，1，Hp，2，· · ·，Hp，工] 其中，

然后，得出與離散化后觀測數(shù)據(jù)Y對應(yīng)的基矩陣Η :
3. 如權(quán)利要求1所述的基于環(huán)境動態(tài)感知的機(jī)載雷達(dá)空時自適應(yīng)處理方法，其特征在 于，在步驟2中，機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時位置為的雜波塊與機(jī)載雷達(dá)的距離r' i 以及機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時位置為的雜波塊的回波信號到達(dá)角
分別為：
4. 如權(quán)利要求1所述的基于環(huán)境動態(tài)感知的機(jī)載雷達(dá)空時自適應(yīng)處理方法，其特征在 于，在步驟2中，當(dāng)機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時，機(jī)載雷達(dá)天線陣列向外發(fā)射線性調(diào)頻信 號，機(jī)載雷達(dá)天線陣列向外發(fā)射線性調(diào)頻信號表示為s (t)，t表示時間，
P' t表示機(jī)載雷達(dá)天線陣列每個陣元的發(fā)射功率，u(t)是機(jī)載雷達(dá)天線陣列每個陣元發(fā)射 的信號的歸一化復(fù)包絡(luò)； 在機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式的情況下，當(dāng)載機(jī)沿Y軸正向的運動距離為Ay時，待檢 測距離單元的雜波協(xié)方差矩陣
為：
其中，Z表示待檢測距離單元所對應(yīng)的距離單元，e Z，
表示克羅內(nèi)克積，上標(biāo)Η 表示共軛轉(zhuǎn)置，表示位置為Au的雜波塊的回波強(qiáng)度，| · |表示取絕對值，為：
其中，
y 1是載機(jī)沿Y軸正向的運動距離為Ay時位置為的雜波塊與 機(jī)載雷達(dá)的距離，Pt表示機(jī)載雷達(dá)發(fā)射陣列內(nèi)每個陣元的發(fā)射功率，Ea(·)表示機(jī)載雷達(dá)發(fā) 射陣列的天線方向圖，
是載機(jī)沿Y軸正向的運動距離為Ay時位置為Ay的雜波塊的回 波信號到達(dá)角，是機(jī)載雷達(dá)工作在MMO模式時發(fā)射信號的頻率，c是光速；*表示卷積，
表示共軛
為位置為'的雜波塊的時間導(dǎo)向矢量，表示位置為Au的雜 波塊的空間導(dǎo)向矢量。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于環(huán)境動態(tài)感知的機(jī)載雷達(dá)空時自適應(yīng)處理方法，其特征在 于，在步驟2中，對機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時其天線陣列接收到的回波信號進(jìn)行空時 自適應(yīng)處理的過程為： 利用待檢測距離單元的雜波協(xié)方差矩陣
生成雜波抑制加權(quán)矢量w，
其中，上標(biāo)-1表示求矩陣的逆，vt是當(dāng)前時刻目標(biāo)的導(dǎo)向矢量； 機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時接收的回波信號表示為X (t+△ t)，△ t表示回波信號對 應(yīng)的延遲；對機(jī)載雷達(dá)工作在相控陣模式時接收的回波信號X(t+△ t)進(jìn)行雜波抑制，得到 雜波抑制后信號X'，X' =/x(t+At)其中，上標(biāo)Η表示共軛轉(zhuǎn)置。
【文檔編號】G01S7/02GK104215937SQ201410482881
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】劉宏偉, 方明, 戴奉周 申請人:西安電子科技大學(xué)