一种波束-多普勒通道自适应选择STAP方法技术

本发明专利技术提供一种波束‑多普勒通道自适应选择STAP方法，其中，所述方法包括：数据变换步骤：滤波器设计步骤以及目标检测步骤。本发明专利技术提供的技术方案能够在滤波器训练样本受限时，通过对波束‑多普勒通道的稀疏自适应选择，实现小样本条件下的滤波器设计，进而通过构造目标检测器，达到有效抑制杂波与提高目标检测性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种波束-多普勒通道自适应选择STAP方法
本专利技术涉及雷达信号处理领域，尤其涉及一种波束-多普勒通道自适应选择STAP方法。
技术介绍
空时自适应处理(space-timeadaptiveprocessing，STAP)是提高机载雷达检测运动目标性能的关键技术，但该技术却面临着滤波器训练样本受限的挑战，而且该挑战在非均匀杂波环境下更为严峻。近十年来，该技术已取得了一定发展，如已提出的降维(reduceddimension)STAP方法，降秩(reducedrank)STAP方法，模型参数化(model-based)STAP方法，基于知识的(knowledge-aided)STAP方法，基于稀疏恢复的STAP方法等等。就降维STAP方法而言，如辅助通道法(auxiliarychannelreceiver，ACR)，局域联合处理方法(jointdomainlocalized，JDL)和空时多波束(space-timemultiple-beam，STMB)方法，但这些方法在设计空时滤波器时所选取的波束-多普勒通道都是固定的，而不是最优的。同时，在阵列误差存在时，由于杂波谱扩展导致杂波子空间增大，而波束-多普勒通道固定，从而引起性能下降。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种波束-多普勒通道自适应选择STAP方法，旨在解决现有波束-多普勒STAP技术中存在的波束-多普勒通道固定，由阵列误差等实际因素引起的杂波抑制与目标检测性能下降的问题。本专利技术提出一种波束-多普勒通道自适应选择STAP方法，主要包括：数据变换步骤：将阵列-脉冲维采样数据变换为波束-多普勒域数据；滤波器设计步骤：通过引入稀疏约束，将空时滤波器权矢量设计问题转化为稀疏表示问题，并通过求解该稀疏表示问题而得到滤波器权矢量；目标检测步骤：利用所述滤波器权矢量构造自适应匹配滤波检测器，实现杂波抑制与目标有效检测。优选的，所述数据变换步骤具体包括：构造NM×NM维的转换矩阵T＝[sTaux]，将阵列-脉冲维的空时快拍x转换到波束-多普勒域中，从而得到波束-多普勒域的NM×1维矢量数据其中，fs,t、fd,t分别为目标空域波束频率与时域波束频率，且其对应的目标空时导向矢量为其中vd(fd,i)与vs(fs,j)分别为时域导向矢量与空域导向矢量，即vd(fd,i)＝[1,exp(j2πfd,i),…,exp(j2π(N-1)fd,i)]T，vs(fs,i)＝[1,exp(j2πfs,j),…,exp(j2π(N-1)fs,j)]T。优选的，所述滤波器设计步骤具体包括：通过引入稀疏约束至空时滤波器权矢量，将空时滤波器权矢量设计问题转化为稀疏表示问题其中，d＝[d1,d2,…,dL]T，为不含目标的训练样本集中的第l个空时快拍数据，dl＝sHxl表示为假设的目标所在的波束-多普勒通信号，L为总的快拍数，||·||p为lp范数。优选的，所述目标检测步骤具体包括：利用所述滤波器权矢量构造自适应匹配滤波检测器，并利用所述滤波检测器实现杂波抑制与目标的有效检测。本专利技术提供的技术方案，利用(1)波束-多普勒域采样数据能够实现杂波子空间的分离和(2)在波束-多普勒域中，单个波束-多普勒通道的杂波子空间的维度远小于系统自由度这两种思想，将阵列-脉冲维采样转化为波束-多普勒域数据，通过引入稀疏约束将空时滤波器权矢量设计问题转化为稀疏表示问题，并通过求解该稀疏表示问题而得到滤波器权矢量，再通过求解该稀疏表示问题而得到滤波器权矢量并设计目标检测器，最后进行杂波抑制与目标检测。能够在滤波器训练样本受限时有效抑制杂波，相比传统波束-多普勒通道固定的STAP方法，能够实现波束-多普勒通道的自适应选择，进而克服由阵列误差等实际因素引起的性能下降问题，提高杂波抑制与目标检测性能。附图说明图1为本专利技术一实施方式中波束-多普勒通道自适应选择STAP方法流程图；图2为本专利技术一实施方式中SCNR损失与训练样本数关系图；图3为本专利技术一实施方式中SCNR损失与不同目标多普勒频率的关系图；图4为本专利技术一实施方式中检测概率与SCNR的关系图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术使用于雷达信号处理领域，提供了一种基于稀疏约束的波束-多普勒通道自适应选择STAP(space-timeadaptiveprocessing，空时自适应处理)方法，将阵列-脉冲维采样转化为波束-多普勒域数据，通过引入稀疏约束将空时滤波器权矢量设计问题转化为稀疏表示的问题，再通过求解该稀疏表示问题而得到滤波器权矢量并设计目标检测器。最后进行杂波抑制与目标检测。能够在滤波器训练样本受限时有效抑制杂波，相比传统波束-多普勒通道固定的STAP方法，能够实现波束-多普勒通道的自适应选择，进而克服由阵列误差等实际因素引起的性能下降问题，提高杂波抑制与目标检测性能。以下将对本专利技术所提供的一种波束-多普勒通道自适应选择STAP方法进行详细说明。请参阅图1，为本专利技术一实施方式中波束-多普勒通道自适应选择STAP方法流程图。在步骤S1中，数据变换步骤：将阵列-脉冲维采样数据变换为波束-多普勒域数据。在本实施方式中，利用波束-多普勒域采样数据能够实现杂波子空间的分离。在本实施方式中，假设一脉冲多普勒正侧视机载雷达天线为均匀线阵，包含M个接收阵元，该雷达在一个相干处理单元内发射N个脉冲，其中，所述数据变换步骤S1具体包括：构造NM×NM维的转换矩阵T＝[sTaux]，将阵列-脉冲维的空时快拍x转换到波束-多普勒域中，从而得到波束-多普勒域的NM×1维矢量数据其中，fs,t、fd,t分别为目标空域波束频率与时域波束频率，且其对应的目标空时导向矢量为其中vd(fd,i)与vs(fs,j)分别为时域导向矢量与空域导向矢量，即vd(fd,i)＝[1,exp(j2πfd,i),…,exp(j2π(N-1)fd,i)]T，vs(fs,i)＝[1,exp(j2πfs,j),…,exp(j2π(N-1)fs,j)]T。在步骤S2中，滤波器设计步骤：通过引入稀疏约束，将空时滤波器权矢量设计问题转化为稀疏表示问题，并通过求解该稀疏表示问题而得到滤波器权矢量。在本实施方式中，利用在波束-多普勒域中，单个波束-多普勒通道的杂波子空间的维度远小于系统自由度的思想。在本实施方式中，所述滤波器设计步骤S2具体包括：通过引入稀疏约束至空时滤波器权矢量，将空时滤波器权矢量设计问题转化为稀疏表示问题其中，d＝[d1,d2,…,dL]T，为不含目标的训练样本集中的第l个空时快拍数据，dl＝sHxl表示为假设的目标所在的波束-多普勒通信号，L为总的快拍数，||·||p为lp范数。在本实施方式中，采用稀疏恢复算法求解所述滤波器设计步骤中的稀疏表示问题，从而得到滤波器权矢量并通过所述滤波器权矢量。采用稀疏恢复算法(如FOCUSS算法)求解所述问题转化步骤S2中的稀疏表示问题，由FOCUSS算法可知，求解可分为两步：Step1:Step2:其中，(A)+＝AH(AAH)-1为矩阵A的伪逆，q≥0为迭代次数，滤波器权矢量中的所有元素都本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波束‑多普勒通道自适应选择STAP方法，其特征在于，所述方法包括：数据变换步骤：将阵列‑脉冲维采样数据变换为波束‑多普勒域数据；滤波器设计步骤：通过引入稀疏约束，将空时滤波器权矢量设计问题转化为稀疏表示问题，并通过求解该稀疏表示问题而得到滤波器权矢量；目标检测步骤：利用所述滤波器权矢量构造自适应匹配滤波检测器，实现杂波抑制与目标有效检测。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种波束-多普勒通道自适应选择STAP方法，其特征在于，所述方法包括：数据变换步骤：将阵列-脉冲维采样数据变换为波束-多普勒域数据；滤波器设计步骤：通过引入稀疏约束，将空时滤波器权矢量设计问题转化为稀疏表示问题，并通过求解该稀疏表示问题而得到滤波器权矢量；目标检测步骤：利用所述滤波器权矢量构造自适应匹配滤波检测器，实现杂波抑制与目标有效检测。2.如权利要求1所述的波束-多普勒通道自适应选择STAP方法，其特征在于，所述数据变换步骤具体包括：构造NM×NM维的转换矩阵T＝[sTaux]，将阵列-脉冲维的空时快拍x转换到波束-多普勒域中，从而得到波束-多普勒域的NM×1维矢量数据其中，fs,t、fd,t分别为目标空域波束频率与时域波束频率，且其对应的目标空时导向矢量为其中vd(fd,i)与vs(fs,j)分别为时域导向矢量与空域导向矢量...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳召成，朱轶昂，黄建军，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44