本发明专利技术针对常规STAP算法自适应权值计算需对空时协方差矩阵直接求逆，耗费系统很大运算量和设备量，使得STAP技术难以满足实时性要求的问题，提出一种空时自适应处理中的自适应权值迭代计算方法。该方法首先根据Hermitian矩阵性质，递推得到第一个脉冲协方差矩阵的逆矩阵，然后按照脉冲阶数逐级嵌套递推得到最终的空时协方差矩阵的逆，这样极大地降低了计算STAP自适应权值的运算量。本发明专利技术能够获得和协方差矩阵直接求逆STAP算法同样的杂波抑制性能，但是由于避免了协方差矩阵直接求逆的运算，求解自适应权值的计算量只有协方差矩阵直接求逆的50%左右，因此更利于工程实现。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机载相控阵雷达杂波抑制
，涉及。
技术介绍
机载相控阵雷达能实现对地面运动目标的有效检测，不过处于下视工作状态的机载相控阵雷达将面临比地基雷达更为严重的地/海杂波问题。地/海杂波不仅分布范围广、强度大，而且呈现出很强的空时耦合特性。空时自适应处理(STAP)技术能充分利用空域和时域信息，对目标信号进行相干积累的同时，将自适应空域处理和自适应多普勒处理两者优势结合起来，在空时域联合自适应滤除杂波，能获得更好的主瓣杂波抑制性能，改善对慢速目标的检测；同时可以对受旁瓣杂波干扰的小目标进行有效的检测。 常规的全维STAP算法需要大量满足独立同分布(I. I. D)条件的训练样本对协方差矩阵进行估计，在非均匀杂波环境中此条件尤其得不到满足；而且当系统自由度很高时，全维协方差矩阵直接求逆运算(SMI)在现有计算水平下几乎无法实现。虽然降维和非均匀STAP算法能够降低STAP自适应权值计算的运算量和改善非均匀杂波环境中STAP算法杂波抑制性能，但是常规降维STAP算法在求解自适应权值时依然面临着对协方差矩阵直接求逆的运算，这将耗费系统很大的运算量和设备量，使得STAP技术难以满足系统实时性的要求。另外，虽然基于协方差矩阵逆更新的SMI算法无需估计采样协方差矩阵，其迭代计算的次数等于训练样本的数目，但是因为零矩阵不存在逆矩阵，该算法将难以设置初始逆矩阵来等价求解SMI算法的自适应权矢量，只能获得近似的解。
技术实现思路
本专利技术针对常规STAP算法自适应权值计算需对空时协方差矩阵直接求逆，耗费系统很大运算量和设备量，使得STAP技术难以满足实时性要求的问题，根据协方差矩阵为Hermitian矩阵的特性，利用脉冲数据阶数分块递推，提出。步骤一、建立空时接收数据模型；假设雷达天线阵元数目为N，发射脉冲数目为M，阵元间距为d，载机飞行速度为V，高度为h，脉冲重复频率PRF为f；，Tr = l/fr为脉冲重复时间；若将斜距为R。处的杂波距离环在方位角度Q上分成N。个间隔为A 0 = 2 /N。的杂波散射单兀，0和—是杂波散射单元的方位角和俯仰角，/s =c/cos0cos识/A和ft = ^ fs分别为归一化空间频率和多普勒频率，^ = 2vTr/d表示杂波谱的斜率；那么第i个杂波散射单元的NX I维空间导向矢量c(fs；i)和MX I维时间导向矢量c (ft，i)即表示为 ciL.,) = '4T(5) C(Zlj) = 斜距R。处的杂波回波为N。个在空间上相互独立的杂波散射源响应之和权利要求1.，其特征在于，包括以下步骤 步骤一、建立空时接收数据模型； 假设雷达天线阵元数目为N，发射脉冲数目为M，阵元间距为d，载机飞行速度为V，高度为h，脉冲重复频率PRF为f；，Tr = l/fr为脉冲重复时间；若将斜距为R。处的杂波距离环在方位角度9上分成N。个间隔为A 0 = 2 /N。的杂波散射单兀，0和是杂波散射单兀的方位角和俯仰角，X =rfcos0cosp//^P ft = ^ fs分别为归一化空间频率和多普勒频率，3=2vTyd表示杂波谱的斜率；那么第i个杂波散射单元的NX I维空间导向矢量c (U和MX I维时间导向矢量c(ft，i)即表示为2.如权利要求I所述的，其特征在于，步骤三中所述的按照脉冲阶数进行递归计算空时协方差矩阵的逆采用以下方法 在接收到第I个脉冲数据时，利用距离训练样本计算协方差矩阵R(I)，因为该矩阵是Hermitian矩阵,利用Hermitian矩阵的顺序主子矩阵迭代完成第I个脉冲协方差矩阵的求逆；接着在接收第2个直至第M个脉冲数据时，便利用以上迭代方法计算前2个直至前M个脉冲接收数据协方差矩阵的逆；递推过程中，中间变量矩阵P(2)直至矩阵P(M)的逆，同样根据Hermitian矩阵的性质,利用Hermitian矩阵的顺序主子矩阵迭代完成上述NXN维 的变量矩阵逆的计算。全文摘要本专利技术针对常规STAP算法自适应权值计算需对空时协方差矩阵直接求逆，耗费系统很大运算量和设备量，使得STAP技术难以满足实时性要求的问题，提出。该方法首先根据Hermitian矩阵性质，递推得到第一个脉冲协方差矩阵的逆矩阵，然后按照脉冲阶数逐级嵌套递推得到最终的空时协方差矩阵的逆，这样极大地降低了计算STAP自适应权值的运算量。本专利技术能够获得和协方差矩阵直接求逆STAP算法同样的杂波抑制性能，但是由于避免了协方差矩阵直接求逆的运算，求解自适应权值的计算量只有协方差矩阵直接求逆的50%左右，因此更利于工程实现。文档编号G01S7/36GK102866388SQ201210222659公开日2013年1月9日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日专利技术者杨小鹏, 刘永旭, 龙腾, 曾涛 申请人:北京理工大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种空时自适应处理中的自适应权值迭代计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立空时接收数据模型；假设雷达天线阵元数目为N，发射脉冲数目为M，阵元间距为d，载机飞行速度为v，高度为h，脉冲重复频率PRF为fr，Tr＝1/fr为脉冲重复时间；若将斜距为Rc处的杂波距离环在方位角度θ上分成Nc个间隔为Δθ＝2π/Nc的杂波散射单元，θ和是杂波散射单元的方位角和俯仰角，和ft＝βfs分别为归一化空间频率和多普勒频率，β＝2vTr/d表示杂波谱的斜率；那么第i个杂波散射单元的N×1维空间导向矢量c(fs,i)和M×1维时间导向矢量c(ft,i)即表示为c(fs,i)=[1,exp(j2πfs,i),...,exp(j2π(N-1)fs,i)]Tc(ft,i)=[1,exp(j2πft,i),...,exp(j2π(M-1)ft,i)]T---(5)斜距Rc处的杂波回波为Nc个在空间上相互独立的杂波散射源响应之和xc=Σi=1Ncaic(fs,i,ft,i)---(6)其中为第i个杂波散射单元的空时导向矢量，其中αi(θ)为杂波散射单元的回波信号复幅度，其中αi(θ)不仅取决于发射天线方向图，还跟杂波散射特性有关，建模为广义平稳随机过程E{aiaj*}=0,∀i,j:i≠j---(7)而且第i个杂波散射单元的平均强度假设为和发射天线的增益成正比E{|αi|2}＝Gi,for？i＝1,...,Nc？？？？？？？？？(8)其中Gi为正的实常数，正比与发射天线增益，那么第l个距离门内的空时接收数据表示为如下的向量形式xk＝xc，k+xn，k＝[x1，k，x2，k，...，xM，k]T？？？？？？？？(9)其中xn，k表示零均值的高斯白噪声，而xm,k＝[x1，m，k,x2，m，k，...,xN，m，k]T表示第m个脉冲接收的N×1维的阵列数据；步骤二：估计STAP协方差矩阵；利用训练样本数据对NM×NM维协方差矩阵进行估计R^=1LΣl=1LxlxlH---(6)其中L是满足I.I.D条件的训练样本数目；协方差矩阵估计为非负定Hermitian矩阵，假设存在足够数量的I.I.D训练样本，则满秩为正定的Hermitian矩阵；步骤三：建立基于脉冲阶数的协方差矩阵迭代求逆模型；待检测距离单元的协方差矩阵表示为而按照脉冲阶数分解如下Rl(M)=E(x1,l...xm,l...xM,lx1,l...xm,l...xM,lH)=Rl(M-1)Fl(M-1)FlH(M-1)Gl(M)---(7)其中矩阵Rl(M-1)=E(x1,l...xm,l...xM-1,lx1,lH...xm,lH...xM-1,lH)---(8)表示前M？1个接收脉冲数据形成的N(M？1)×N(M？1)维的协方差矩阵，Fl(M-1)=E(x1,lxM,lHx2,lxM,lH...xm,lxM,lH...xM-1,lxM,lH)---(9)表示第M个脉冲接收数据和前M？1个脉冲接收数据的N(M？1)×N维的互相关矩阵及Gl(M)=E(xM,lxM,lH)---(10)表示第M个脉冲接收数据的N×N维协方差矩阵；待检测距离门的M个脉冲接收数据形成的空时协方差矩阵R由前M？1个脉冲接收数据形成的空时协方差矩阵表示，即只要得到第1个脉冲的阵列接收数据，即按照脉冲阶数进行递归计算空时协方差矩阵的逆，进而得到空时自适应权值；利用Hermitian矩阵分块和脉冲递 推的特性，计算得到前m个脉冲接收数据的协方差矩阵Rl(m)的逆与前m？1个脉冲接收数据的协方差矩阵Rl(m？1)的逆之间的迭代关系R-1(m)=R(m-1)F(m-1)FH(m-1)G(m)-1(11)=R-1(m-1)+B(m)P-1(m)BH(m)B(m)P-1(m)P-1(m)BH(m)P-1(m)其中矩阵B(m)＝？R？1(m)F(m？1)，矩阵P(m)＝G(m)？FH(m？1)R？1(m)F(m？1)；步骤四、计算STAP自适应权矢量；STAP处理自适应权矢量通过下述线性约束优化问题得到w＝R？1a(fs0,ft0)？？？？？？？？？？？？(12)其中a(fs0,ft0)表示目标空时导向矢量，而第l个距离单元的滤波输出为yl＝wHxl？？？？？？？？？(13)其中H表示共轭转置运算，xl表示待检测距离单元数据；自此，就完成了一种用于空时自适应处理自适应权值迭代的计算方法。FDA00001825608200011.jpg,FDA000018...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨小鹏，刘永旭，龙腾，曾涛，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
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