基于輔助通道的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)雜波抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)雜波抑制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于輔助通道的機(jī)載預(yù)警雷達(dá) 雜波抑制方法，適用于解決非均勻雜波環(huán)境中機(jī)載預(yù)警雷達(dá)雜波抑制性能的下降問(wèn)題，改 善其雜波抑制性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)載預(yù)警雷達(dá)以其可以靈活、快速地部署在所需要的地方而受到廣泛重視，其主 要任務(wù)是在雜波背景中探測(cè)目標(biāo)，并對(duì)探測(cè)到的目標(biāo)進(jìn)行定位跟蹤，而對(duì)雜波進(jìn)行有效抑 制是提高機(jī)載預(yù)警雷達(dá)工作性能的核心。因此，定位跟蹤探測(cè)到的目標(biāo)前，首先需要抑制雜 波背景中存在的雜波或干擾。如果機(jī)載預(yù)警雷達(dá)下視照射在比較平坦的低散射區(qū)域時(shí)，產(chǎn) 生的雜波或干擾會(huì)很弱，使用常規(guī)方法處理即可。但是，由于機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)而生成 的雜波譜在多普勒頻域的主瓣展寬和旁瓣雜波擴(kuò)散，使得呈現(xiàn)出很強(qiáng)的空時(shí)耦合特性，因 此需要采用空時(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理（STAP)技術(shù)來(lái)抑制產(chǎn)生的雜波或干擾?？諘r(shí)自適應(yīng)處理 (STAP)技術(shù)能夠充分利用空域信息和時(shí)域信息，并能夠有效抑制雜波，但是在多數(shù)情況下 幾乎無(wú)法獲得足夠多的獨(dú)立同分布（independent and identically distributed，IID)訓(xùn) 練樣本來(lái)估計(jì)空時(shí)協(xié)方差矩陣。即使獲得足夠多的獨(dú)立同分布訓(xùn)練樣本數(shù)，對(duì)于高階矩陣 求逆的運(yùn)算也存在計(jì)算量和精度方面難以實(shí)現(xiàn)的困難。
[0003] 在八十年代，德國(guó)的R. Klemm博士對(duì)空時(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理（STAP)技術(shù)進(jìn)行了開(kāi)拓 性的理論研究，他通過(guò)對(duì)雜波特性進(jìn)行深入細(xì)致的分析，發(fā)現(xiàn)空時(shí)協(xié)方差矩陣的大特征值 的個(gè)數(shù)不超過(guò)N+M-1個(gè)，其中N為機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的陣元數(shù)，M為機(jī)載預(yù)警雷達(dá)在一個(gè)相干處 理間隔內(nèi)發(fā)射的脈沖數(shù)，說(shuō)明用于抑制雜波的全空時(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理（STAP)的確存在降 維處理的可能，在此基礎(chǔ)上，他提出了輔助通道法（Auxiliary Channel Receiver-ACR)，降 維處理后的維數(shù)由匪到N+M-1。研究表明該種降維處理在性能上接近最優(yōu)的全空時(shí)處理效 果，但在實(shí)際應(yīng)用中也存在如下兩個(gè)問(wèn)題：第一，降維處理在性能上接近最優(yōu)的全空時(shí)處理 效果是在無(wú)幅相誤差的情況下得到的，如果考慮空域誤差，機(jī)載預(yù)警雷達(dá)產(chǎn)生的雜波譜會(huì) 沿空域方向擴(kuò)展，使得其雜波維數(shù)明顯增大，處理性能明顯下降；第二，在機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的 陣元數(shù)N比較大時(shí)，所需的處理器維數(shù)也是比較大的。因此，輔助通道法在實(shí)際應(yīng)用中仍需 要進(jìn)一步優(yōu)化或改進(jìn)，從而使得雜波抑制性能得到改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提出一種基于輔助通道的機(jī)載 預(yù)警雷達(dá)雜波抑制方法，該方法能夠解決傳統(tǒng)輔助通道法對(duì)空域誤差的容忍性差和陣元數(shù) 較多時(shí)難以應(yīng)用的問(wèn)題，并通過(guò)提高雜波脊的利用率進(jìn)行降維處理，從而減少所需的獨(dú)立 同分布訓(xùn)練樣本數(shù)，同時(shí)亦能在雜波脊處形成凹口，提高雜波抑制效果。
[0005] 為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006] -種基于輔助通道的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)雜波抑制方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0007] 步驟1，獲取機(jī)載預(yù)警雷達(dá)接收到的三維回波數(shù)據(jù)Xnxm^并據(jù)此得到機(jī)載預(yù)警雷 達(dá)接收到的三維回波數(shù)據(jù)XNXM>a形成的雜波脊和機(jī)載預(yù)警雷達(dá)發(fā)射的主波束空域頻率0 s， 然后將機(jī)載預(yù)警雷達(dá)接收到的三維回波數(shù)據(jù)XNXM>a按列的方式重新排列，得到機(jī)載預(yù)警雷 達(dá)接收到的二維回波數(shù)據(jù)Xnmx^其中，N為機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的陣元個(gè)數(shù)，M為機(jī)載預(yù)警雷達(dá)在 一個(gè)相干處理間隔內(nèi)發(fā)射的脈沖數(shù)，L為機(jī)載預(yù)警雷達(dá)接收到的三維回波數(shù)據(jù)Xnxmxl的距 離門(mén)個(gè)數(shù)；
[0008] 步驟2,根據(jù)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)接收到的三維回波數(shù)據(jù)Xnxmxl形成的雜波脊，分別獲取 num個(gè)輔助通道和num個(gè)搜索通道，進(jìn)而分別得到由num個(gè)輔助通道各自對(duì)應(yīng)的空域頻率構(gòu) 成的空域頻率向量9、由num個(gè)輔助通道各自對(duì)應(yīng)的時(shí)域頻率構(gòu)成的時(shí)域頻率向量極，以 及num個(gè)搜索通道各自對(duì)應(yīng)的時(shí)域?qū)蚴噶?，然后?jì)算得到num個(gè)輔助通道對(duì)應(yīng)的降維矩 陣Tb;
[0009] 步驟3,根據(jù)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)發(fā)射的主波束空域頻率0 s，計(jì)算得到機(jī)載預(yù)警雷達(dá)發(fā) 射的主波束空域?qū)蚴噶縂s，再根據(jù)num個(gè)搜索通道各自對(duì)應(yīng)的時(shí)域?qū)蚴噶浚稳〉趉個(gè) 搜索通道的時(shí)域?qū)蚴噶縁k，然后根據(jù)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)發(fā)射的主波束空域?qū)蚴噶縂s和第k 個(gè)搜索通道的時(shí)域?qū)蚴噶縁k，計(jì)算得到第k個(gè)搜索通道對(duì)應(yīng)的搜索通道列向量Sk，進(jìn)而得 至IJnum個(gè)搜索通道對(duì)應(yīng)的搜索通道矩陣S;其中，kG{1，2, 一numl;
[0010] 步驟4,根據(jù)num個(gè)搜索通道對(duì)應(yīng)的搜索通道矩陣S和num個(gè)輔助通道對(duì)應(yīng)的降維 矩陣Tb，計(jì)算得到num_sXnum_t個(gè)輔助通道對(duì)應(yīng)的優(yōu)化降維矩陣I.進(jìn)而計(jì)算得到基于輔 助通道的變換矩陣T;其中，kG{1，2, "mml，num_s為所述優(yōu)化降維矩陣_$包含的空間頻 率個(gè)數(shù)，num_t為所述優(yōu)化降維矩陣包含的多普勒頻率個(gè)數(shù)，num_sXnum_t〈〈num;
[0011] 步驟5,根據(jù)基于輔助通道的變換矩陣T，對(duì)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)接收到的二維回波數(shù)據(jù) XnmxJPnum個(gè)搜索通道對(duì)應(yīng)的搜索通道矩陣S分別進(jìn)行降維處理，分別得到降維后的回波 數(shù)據(jù)心和降維后的搜索通道導(dǎo)向矢量ST;
[0012] 步驟6,根據(jù)降維后的回波數(shù)據(jù)Xt和降維后的搜索通道導(dǎo)向矢量57，計(jì)算得到降維 后的濾波權(quán)矢量；
[0013] 步驟7,根據(jù)降維后的濾波權(quán)矢量Wt，對(duì)降維后的回波數(shù)據(jù)Xt進(jìn)行雜波抑制處理， 得到距離多普勒?qǐng)D。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)在于：
[0015] 第一，本發(fā)明利用雜波脊信息，對(duì)不同的搜索通道能夠形成不同的降維矩陣，并通 過(guò)與搜索通道具有相同多普勒頻率的、沿雜波脊構(gòu)成的部分輔助通道對(duì)消搜索通道的雜波 分量，有效的改善了原始輔助通道算法對(duì)空域誤差容忍性差的不足，提高實(shí)際應(yīng)用。
[0016] 第二，本發(fā)明利用基于輔助通道法的降維轉(zhuǎn)換矩陣，對(duì)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)接收的回波 數(shù)據(jù)進(jìn)行多普勒濾波處理的同時(shí)，也進(jìn)行降維處理，有效改善了原始輔助通道算法由于可 用獨(dú)立同分布訓(xùn)練樣本數(shù)不足而引起的雜波協(xié)方差矩陣估計(jì)不準(zhǔn)確的問(wèn)題，以及機(jī)載預(yù)警 雷達(dá)的自由度大而造成的計(jì)算量過(guò)大和設(shè)備成本增加的問(wèn)題，從而能夠降低估計(jì)協(xié)方差矩 陣所需要的樣本數(shù)，使得本發(fā)明能夠在訓(xùn)練樣本數(shù)不足的同時(shí)，也不會(huì)降低雜波抑制性能。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0018] 圖1為本發(fā)明的一種基于輔助通道的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)雜波抑制方法的流程示意圖；
[0019] 圖2(a)為使用脈沖多普勒（PD)算法處理后得到的距離多普勒?qǐng)D，
[0020] 圖2(b)為使用原始輔助通道法（ACR)處理后得到的距離多普勒?qǐng)D；
[0021] 圖3為使用本發(fā)明方法處理后得到的距離多普勒?qǐng)D；
[0022] 圖4(a)為使用本發(fā)明方法得到的全局二維響應(yīng)圖，
[0023] 圖4(b)為使用本發(fā)明方法得到的局部放大二維響應(yīng)圖；
[0024] 圖5為分別使用脈沖多普勒（PD)算法、原始輔助通道法（ACR)和本發(fā)明方法處理 后得到的雜波剩余功率對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 參照?qǐng)D1，為本發(fā)明的一種基于輔助通道的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)雜波抑制方法的流程示 意圖，該種基于輔助通道的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)雜波抑制方法，包括以下步驟：
[0026] 步驟1，獲取機(jī)載預(yù)警雷達(dá)接收到的三維回波數(shù)據(jù)XNXM>^，并據(jù)此得到機(jī)載預(yù)警雷 達(dá)接收到的三維回波數(shù)據(jù)XNXM>a形成的雜波脊和機(jī)載預(yù)警雷達(dá)發(fā)射的主波束空域頻率0 s， 然后將機(jī)載預(yù)警雷達(dá)接收到的三維回波數(shù)據(jù)XNXM>a按列的方式重新排列，得到機(jī)載預(yù)警雷 達(dá)接收到的二維回波數(shù)據(jù)Xnmx^其中，N為機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的陣元個(gè)數(shù)，M為機(jī)載預(yù)警雷達(dá)在 一個(gè)相干處理間隔內(nèi)發(fā)射的脈沖數(shù)，L為機(jī)載預(yù)警雷達(dá)接收到的三維回波數(shù)據(jù)Xnxmxl的距 離門(mén)個(gè)數(shù)。
[0027] 具體地，機(jī)載預(yù)警雷達(dá)選取正側(cè)陣機(jī)載預(yù)警雷達(dá)，正側(cè)陣機(jī)載預(yù)警雷達(dá)天線包括N 個(gè)陣元，所述N個(gè)陣元接收地面散射體反射的三維回波數(shù)據(jù)XNXM>^，作為獲取機(jī)載預(yù)警雷達(dá) 接收到的三維回波數(shù)據(jù)Xnxmx^其中，N為機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的陣元個(gè)數(shù)，M為機(jī)載預(yù)警雷達(dá)在一