導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達穩(wěn)健空時波束形成方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及陣列天線和機載雷達技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達 穩(wěn)健空時波束形成方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 機載雷達的主要任務(wù)是在復(fù)雜的背景環(huán)境下識別并跟蹤期望目標(biāo)，因此，需要在 地雜波處形成零陷，在目標(biāo)處形成波束。由于載機平臺的運動，機載相控陣雷達的地雜波譜 在多普勒頻域上表現(xiàn)出主雜波展寬的特點。此外，該地雜波譜在空間域和時間域上存在禪 合關(guān)系。傳統(tǒng)的時域或空域濾波器均不能夠形成與地雜波相匹配的凹口。空時自適應(yīng)處理 (Space-Time Adaptive Processing,STAP)技術(shù)能夠從空域、時域二維聯(lián)合抑制地雜波，使 得其被廣泛應(yīng)用到機載雷達對地面運動目標(biāo)檢測中。STAP同時具有空間和時間自由度，能 夠在空間譜和多普勒頻域譜平面上形成凹口，有效地抑制地雜波，同時增強目標(biāo)信號方向 處的增益。然而，當(dāng)雷達回波信號的入射角度和多普勒頻率估計存在偏差時，STAP的輸出信 雜噪比（signa]_-t〇-clutte;r-plus-noise ratio,SCNR)性能將嚴重下降。
[0003] 針對上述問題，目前常用的穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法有基于不確定集約束和基于 幅值響應(yīng)約束方法?；诓淮_定集約束的思想是由Vorobyov S A和Gershman A B等學(xué)者所 提出的。該類算法基于模約束和不確定集約束的思想，并且利用最差性能最優(yōu)準(zhǔn)則實現(xiàn)對 波束形成算法性能的最大改善?；诓淮_定集約束類的穩(wěn)健波束形成算法需要知道期望導(dǎo) 向矢量誤差的范數(shù)邊界或者與該誤差相關(guān)的對稱正定矩陣等參數(shù)，運些參數(shù)直接影響著波 束形成器的性能。而在實際中，運些參數(shù)不易準(zhǔn)確求得?；诜淀憫?yīng)約束的思想是由化Z L和化Μ Η等學(xué)者提出來的。基于幅值響應(yīng)約束的穩(wěn)健波束形成算法由于增加了主波束寬 度，約束角度區(qū)間的噪聲將被大接收，且干擾接近主波束的概率也變大，從而導(dǎo)致輸出信干 噪tk (si邑η曰1-to-interference-plus-noise r曰tio, SINR)降低。
[0004] 基于不確定集約束類的穩(wěn)健波束形成算法需要知道期望導(dǎo)向矢量誤差的范數(shù)邊 界或者與該誤差相關(guān)的對稱正定矩陣等參數(shù)，運些參數(shù)直接影響著波束形成器的性能。而 在實際中，運些參數(shù)不易準(zhǔn)確求得?；诜淀憫?yīng)約束的穩(wěn)健波束形成算法由于增加了主 波束寬度，約束角度區(qū)間的噪聲將被大接收，且干擾接近主波束的概率也變大，從而導(dǎo)致輸 出SINR降低。
[0005] 因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待改進和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供導(dǎo)向矢量失配下的機載雷 達穩(wěn)健空時波束形成方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)雷達回波信號的入射角度和多普 勒頻率估計存在偏差時，STAP的輸出信雜噪比性能將嚴重下降的問題。
[0007] 為了達到上述目的，本發(fā)明采取了 W下技術(shù)方案：
[000引一種導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達穩(wěn)健空時波束形成方法，其中，所述方法包括W 下步驟：
[0009] A、初始化機載平臺的飛行高度、速度及目標(biāo)回波信號的到達角，并確定雷達回波 信號的多普勒頻率；
[0010] B、建立陣列天線的接收信號模型，并根據(jù)雷達回波信號到達角和多普勒頻率的估 計值構(gòu)建空時積分協(xié)方差矩陣；
[0011] C、根據(jù)空時積分協(xié)方差矩陣，確定雜波加噪聲子空間；
[0012] D、建立導(dǎo)向矢量估計器的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，并根據(jù)半定規(guī)劃松弛法求解得到 目標(biāo)回波信號的實際導(dǎo)向矢量；
[0013] E、根據(jù)最小方差無失真方法，獲取陣列天線的權(quán)值系數(shù)。
[0014] 所述導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達穩(wěn)健空時波束形成方法，其中，所述步驟B具體包 括：
[001引B1、建立陣列天線接收信號模型義(*)=曰3*(目日山日)3(0+11。。(仇其中，3(0為期望 目標(biāo)的回波信號，ast(00，fd0)為空時導(dǎo)向矢量，ncn(t)為地雜波信號加空間白噪聲；
[0016] B2、記回波信號到達角位于的空間角度區(qū)間為Θ，多普勒頻率區(qū)間為F，則根據(jù)雷 達回波信號到達角和多普勒頻率的估計值構(gòu)建空時積分協(xié)方差矩陣為
[0017] 所述導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達穩(wěn)健空時波束形成方法，其中，所述步驟C具體包 括：
[0018] C1、對空時積分協(xié)方差矩陣為
'進行特征值分解得 到信號子空間E;其中E=[ei Θ2…ep]，ei是第i個主特征值所對應(yīng)的主特征向量，i的取值 范圍是[1，2，P]，且i為整數(shù)，P為主特征值的個數(shù)；
[0019] C2、根據(jù)信號子空間E，得到其正交補空間患，且護化，,。=0 ;其中，ast日為期望目標(biāo) 回波信號的實際導(dǎo)向矢量，復(fù)為雜波加噪聲子空間。
[0020] 所述導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達穩(wěn)健空時波束形成方法，其中，所述步驟D具體包 括：
[0021] D1、根據(jù)波束形成器抑制雜波和噪聲之后的輸出功羣
，及最大化 期望信號輸出功率準(zhǔn)則，確定導(dǎo)向矢量估計器的目標(biāo)函數(shù)和約束條件為：
[0022]
[0023]其中復(fù)為F的補集，畫為Θ的補集，N為雷達天線陣元數(shù)目，Μ為每個天線陣元發(fā)射 脈沖數(shù)目
K為對回波信號的采樣快拍數(shù)目；
[0024] D2、根據(jù)半定規(guī)劃松弛法求解得到目標(biāo)回波信號的實際導(dǎo)向矢量。
[0025] 所述導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達穩(wěn)健空時波束形成方法，其中，所述步驟E中根據(jù) =1得出陣列天線的權(quán)值系數(shù)
[0026] -種導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達穩(wěn)健空時波束形成系統(tǒng)，其中，包括：
[0027] 初始化模塊，用于初始化機載平臺的飛行高度、速度及目標(biāo)回波信號的到達角，并 確定雷達回波信號的多普勒頻率；
[0028] 矩陣構(gòu)建模塊，用于建立陣列天線的接收信號模型，并根據(jù)雷達回波信號到達角 和多普勒頻率的估計值構(gòu)建空時積分協(xié)方差矩陣；
[0029] 子空間獲取模塊，用于根據(jù)空時積分協(xié)方差矩陣，確定雜波加噪聲子空間；
[0030] 導(dǎo)向矢量獲取模塊，用于建立導(dǎo)向矢量估計器的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，并根據(jù)半 定規(guī)劃松弛法求解得到目標(biāo)回波信號的實際導(dǎo)向矢量；
[0031] 權(quán)值系數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)最小方差無失真方法，獲取陣列天線的權(quán)值系數(shù)。
[0032] 所述導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達穩(wěn)健空時波束形成系統(tǒng)，其中，所述矩陣構(gòu)建模 塊具體包括：
[0033] 模型建立單元，用于建立陣列天線接收信號模型x(t)=ast(目o，fd〇)s(t)+ncn(t); 其中，S(t)為期望目標(biāo)的回波信號，ast(0〇，fd〇)為空時導(dǎo)向矢量，ncn(t)為地雜波信號加空 間白噪聲；
[0034] 矩陣獲取單元，用于當(dāng)記回波信號到達角位于的空間角度區(qū)間為Θ，多普勒頻率 區(qū)間為F，則根據(jù)雷達回波信號到達角和多普勒頻率的估計值構(gòu)建空時積分協(xié)方差矩陣為
[0035] 所述導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達穩(wěn)健空時波束形成系統(tǒng)，其中，所述子空間獲取 模塊具體包括：
[0036] 分解單元。用于對空時積分協(xié)方差矩陣天
進行特 征值分解得到信號子空間E;其中E=[ei 62…ep]，ei是第i個主特征值所對應(yīng)的主特征向 量，i的取值范圍是[1，2，P]，且i為整數(shù)，P為主特征值的個數(shù)；
[0037] 正交單元，用于根據(jù)信號子空間E，得到其正交補空間怎，且
其中，asto 為期望目標(biāo)回波信號的實際導(dǎo)向矢量，怎為雜波加噪聲子空間。
[0038] 所述導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達穩(wěn)健空時波束形成系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)向矢量獲 取模塊具體包括：
[0039] 導(dǎo)向矢量估計器獲取單元，用于根據(jù)波束形成器抑制雜波和噪聲之后的輸出功率
，及最大化期望信號輸出功率準(zhǔn)則，確定導(dǎo)向矢量估計器的目標(biāo)函數(shù)和約 束條件為：
[0040]
[0041] 其中F為F的補集，竊為Θ的補集，N為雷達天線陣元數(shù)目，Μ為每個天線陣元發(fā)射 脈沖數(shù)目，
Κ為對回波信號的采樣快拍數(shù)目；
[0042] 實際導(dǎo)向矢量求解單元，用于根據(jù)半定規(guī)劃松弛法求解得到目標(biāo)回波信號的實際 導(dǎo)向矢量。
[0043] 所述導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達穩(wěn)健空時波束形成系統(tǒng)，其中，所述權(quán)值系數(shù)獲 取模塊中根據(jù)仍3矣。=1得出陣列天線的權(quán)值系數(shù)
[0044] 本發(fā)明所述的導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達穩(wěn)健空時波束形成方法及系統(tǒng)，方法包 括:初始化機載平臺的飛行高度、速度及目標(biāo)回波信號的到達角，并確定雷達回波信號的多 普勒頻率;建立陣列天線的接收信號模型，并根據(jù)雷達回波信號到達角和多普勒頻率的估 計值構(gòu)建空時積分協(xié)方差矩陣;根據(jù)空時積分協(xié)方差矩陣，確定雜波加噪聲子空間；建立導(dǎo) 向矢量估計器的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，并根據(jù)半定規(guī)劃松弛法求解得到目標(biāo)回波信號的實 際導(dǎo)向矢量;根據(jù)最小方差無失真方法，獲取陣列天線的權(quán)值系數(shù)。本發(fā)明能夠獲得期望目 標(biāo)導(dǎo)向矢量的最優(yōu)估計值，使得波束形成器在成功抑制雜波的前提下，只在期望目標(biāo)方向 形成波束，避免了對噪聲功率的放大，從而進一步擴大波束形成器的輸出信干噪比。
【附圖說明】
[0045] 圖1為本發(fā)明所述導(dǎo)向矢量失配下的機載雷達穩(wěn)