一种WAS‑GMTI模式下基于Relax算法的杂波抑制和参数估计方法技术

本发明专利技术公开了一种WAS‑GMTI模式下基于Relax算法的杂波抑制和参数估计方法，属于雷达目标探测技术领域。本发明专利技术根据广域监视模式回波组成的特点，结合Relax算法，设计了进行杂波抑制的迭代方法。然后提出在杂波抑制的基础上，针对存在动目标的距离‑多普勒单元继续进行迭代，可实现动目标参数的精确估计。

【技术实现步骤摘要】
一种WAS-GMTI模式下基于Relax算法的杂波抑制和参数估计方法
本专利技术涉及一种WAS-GMTI模式下基于Relax算法的杂波抑制和参数估计方法，属于雷达目标探测

技术介绍
广域监视模式借助波束沿航迹方向的快速、周期性扫描，可实现大面积区域监视。该模式重访率较高，能够从不同角度发现动目标，进而提高动目标的检测概率。此外，由于能够在不同时刻多次扫描到动目标，使得对动目标轨迹的描述成为可能，可实现动目标跟踪。该工作模式可以快速提供存在于宽广区域内的动目标信息，因此在民用和军事上都有巨大的应用价值，已成为机载侦察雷达不可缺少的工作模式之一。从广域监视模式的回波中提取动目标需要对回波中的杂波成分进行有效的抑制。国外具有广域监视功能的雷达系统，其杂波抑制算法大多都处于保密状态，已知的有美国的JSTARS系统采用的是杂波抑制干涉算法(CSI)和德国的PAMIR系统采用的是Scan-MTI算法。CSI算法本质上是一种通道对消方法，其杂波抑制能力有限，而且在对消过程中，动目标的能量也会受到不同程度的对消(取决于动目标的径向速度和方位角等)。Scan-MTI算法本质上是降维STAP中的1-DT算法，其杂波抑制性能在非均匀杂波环境下会大大下降。这是因为STAP算法在实际应用中需要借助邻近单元的信息来估计本单元的杂波加噪声协方差矩阵，在非均匀杂波环境下这种估计的协方差矩阵往往会存在较大的误差，从而导致杂波滤波器的性能下降。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种WAS-GMTI模式下基于Relax算法的杂波抑制和参数估计方法，该方法不需要估计杂波加噪声协方差矩阵，在非均匀环境下具有较优的杂波抑制效果。同时在杂波抑制的基础上，对检测到动目标的距离-多普勒单元继续使用Relax算法进行迭代处理，还可以获得动目标方位角度的精确估计。通过仿真数据的处理结果证明了该方法的有效性和可行性。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种WAS-GMTI模式下基于Relax算法的杂波抑制和参数估计方法，包括以下步骤：步骤1，数据预处理：将广域监视模式接收的回波分别进行距离向脉压、方位向FFT变换，得到距离-多普勒域的数据。步骤2，基于Relax算法的杂波抑制：采用基于Relax算法的杂波抑制算法对步骤1得到的距离-多普勒域的数据中的每个距离-多普勒单元进行杂波抑制，得到杂波抑制后的估计的动目标分量。步骤3，恒虚警检测：对步骤2得到的杂波抑制后的估计的动目标分量进行单元平均恒虚警检测，获得检测到的动目标的距离-多普勒单元编号。步骤4，基于Relax算法的参数估计，对检测到的动目标的距离-多普勒单元，使用Relax算法继续进行迭代以实现动目标方位斜视角的精确估计，直到动目标的方位斜视角保持不变后终止迭代。然后根据估计的动目标方位斜视角和动目标落入的多普勒单元，计算动目标的径向速度，实现动目标参数估计。优选的：所述基于Relax算法的杂波抑制算法针对距离-多普勒域的每个距离-多普勒单元，采用两个嵌套for循环完成遍历，其中一个for循环遍历所有多普勒单元，另一个for循环遍历所有距离单元，这两个for循环的嵌套顺序可任意选择。所述步骤2中采用基于Relax算法的杂波抑制算法对步骤1得到的距离-多普勒域的数据中的每个距离-多普勒单元进行杂波抑制的方法包括以下步骤：步骤2-1，初始化，初始化即完成下面的运算：其中，Ce(m,n)表示估计的杂波分量，m表示多普勒单元的序号，n表示距离单元的序号，M表示多普勒单元的个数，N表示多距离单元的个数，ac(θc(m))表示第m个多普勒单元对应杂波的导向矢量，dk(k＝1,2,3...K)表示第k个通道和参考通道之间的距离(d1＝0)，K表示接收通道的个数，θc(m)表示第m个多普勒单元对应的方位角度，Z(m,n)表示第m个多普勒单元第n个距离单元对应的回波矢量，H表示共轭转置操作；步骤2-2，动目标信息估计部分：即依次完成下述运算：Zb(m,n)＝Z(m,n)-ac(θc(m))Ce(m,n)θte(m,n)＝argmax其中，Zb(m,n)表示剔除杂波分量后回波的残余量，θte(m,n)表示通过搜索得到的动目标方位角，θs为波束的电扫角，θ3dB为相应扫描角的3dB主瓣宽度，θt(m,n)表示第m个多普勒单元第n个距离单元内动目标的方位斜视角，Te(m,n)表示估计的动目标分量,和分别表示杂波分量和动目标分量的空域导向矢量，步骤2-3，杂波信息估计部分：即依次完成下述运算：Zc(m,n)＝Z(m,n)-at(θte(m,n))Te(m,n)其中，Zc(m,n)表示剔除动目标分量后回波的残余量，at(θte(m,n))表示估计的动目标空域导向矢量。优选的：在完成步骤2-3后，再次返回步骤2-2进行下一次迭代。通常完成1-2次迭代后，杂波就可以得到有效的抑制。有益效果：本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：本专利技术根据广域监视模式回波组成的特点，结合Relax算法，设计了进行杂波抑制的迭代方法。然后提出在杂波抑制的基础上，针对存在动目标的距离-多普勒单元继续进行迭代，可实现动目标参数的精确估计，该算法可充分利用已有的通道个数，而且不需要估计杂波加噪声协方差矩阵，在非均匀环境下具有较优的杂波抑制效果。同时在杂波抑制的基础上，对检测到动目标的距离-多普勒单元继续使用Relax算法进行迭代处理，可以获得动目标方位角度的精确估计。因此在实际系统中可以得到有效的应用。附图说明图1为广域监视模式空间几何关系图。图2为基于Relax算法的杂波抑制和参数估计流程图。图3为仿真场景的回波信息。图3(a)仿真场景的CNR分布图，图3(b)回波幅度归一化分布图。图4为不存在通道误差时的杂波抑制(幅度归一化)及CFAR检测结果图。图4(a)空时1DT-SAP算法杂波抑制结果图，图4(b)Relax算法第一次迭代结果图，图4(c)Relax算法第二次迭代结果图，图4(d)Relax算法杂波抑制后的CA-CFAR检测结果图。图5为存在通道误差时的杂波抑制(幅度归一化)及CFAR检测结果图。图5(a)空时1DT-SAP算法杂波抑制结果图，图5(b)Relax算法第一次迭代结果图，图5(c)Relax算法第二次迭代结果图，图5(d)Relax算法杂波抑制后的CA-CFAR检测结果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。一种WAS-GMTI(广域监视)模式下基于Relax算法的杂波抑制和参数估计方法，如图1、2所示，包括以下步骤：步骤1，数据预处理：将广域监视模式接收的回波分别进行距离向脉压、方位向FFT变换，即将数据变换到距离-多普勒域等待进一步处理，得到距离-多普勒域的数据。步骤2，基于Relax算法的杂波抑制：采用基于Relax算法的杂波抑制算法对步骤1得到的距离-多普勒域的数据中的每个距离-多普勒单元进行杂波抑制，得到杂波抑制后的估计的动目标分量。所述基于Relax算法的杂波抑制算法针对距离-多普勒域的每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种WAS‑GMTI模式下基于Relax算法的杂波抑制和参数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，数据预处理：将广域监视模式接收的回波分别进行距离向脉压、方位向FFT变换，得到距离‑多普勒域的数据；步骤2，基于Relax算法的杂波抑制：采用基于Relax算法的杂波抑制算法对步骤1得到的距离‑多普勒域的数据中的每个距离‑多普勒单元进行杂波抑制，得到杂波抑制后的估计的动目标分量；步骤3，恒虚警检测：对步骤2得到的杂波抑制后的估计的动目标分量进行单元平均恒虚警检测，获得检测到的动目标的距离‑多普勒单元编号；步骤4，基于Relax算法的参数估计，对检测到的动目标的距离‑多普勒单元，使用Relax算法继续进行迭代以实现动目标方位斜视角的精确估计，直到动目标的方位斜视角保持不变后终止迭代；然后根据估计的动目标方位斜视角和动目标落入的多普勒单元，计算动目标的径向速度，实现动目标参数估计。

【技术特征摘要】
1.一种WAS-GMTI模式下基于Relax算法的杂波抑制和参数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，数据预处理：将广域监视模式接收的回波分别进行距离向脉压、方位向FFT变换，得到距离-多普勒域的数据；步骤2，基于Relax算法的杂波抑制：采用基于Relax算法的杂波抑制算法对步骤1得到的距离-多普勒域的数据中的每个距离-多普勒单元进行杂波抑制，得到杂波抑制后的估计的动目标分量；步骤3，恒虚警检测：对步骤2得到的杂波抑制后的估计的动目标分量进行单元平均恒虚警检测，获得检测到的动目标的距离-多普勒单元编号；步骤4，基于Relax算法的参数估计，对检测到的动目标的距离-多普勒单元，使用Relax算法继续进行迭代以实现动目标方位斜视角的精确估计，直到动目标的方位斜视角保持不变后终止迭代；然后根据估计的动目标方位斜视角和动目标落入的多普勒单元，计算动目标的径向速度，实现动目标参数估计。2.根据权利要求1所述的WAS-GMTI模式下基于Relax算法的杂波抑制和参数估计方法，其特征在于：所述基于Relax算法的杂波抑制算法针对距离-多普勒域的每个距离-多普勒单元，采用两个嵌套for循环完成遍历，其中一个for循环遍历所有多普勒单元，另一个for循环遍历所有距离单元，这两个for循环的嵌套顺序可任意选择。3.根据权利要求1所述的WAS-GMTI模式下基于Relax算法的杂波抑制和参数估计方法，其特征在于：所述步骤2中采用基于Relax算法的杂波抑制算法对步骤1得到的距离-多普勒域的数据中的每个距离-多普勒单元进行杂波抑制的方法包括以下步骤：步骤2-1，初始化，初始化即完成下面的运算：其中，Ce(m,n)表示估计的杂波分量，m表示多普勒单元的序号，n表示距离单元的序号，M表示多普勒单元的个数，N表示多距离单元的个数，ac(θc(m))表示第m个多普勒单元对应杂波的导向矢量，

【专利技术属性】
技术研发人员：闫贺，王旭东，朱岱寅，李勇，张劲东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32