基于环境动态感知的机载雷达空时自适应处理方法技术

本发明专利技术属于机载雷达空时自适应处理技术领域，特别涉及基于环境动态感知的机载雷达空时自适应处理方法，其具体步骤为：将机载雷达的工作模式设置为MIMO模式，接收阵列接收时域回波信号Y，机载雷达观测区域的杂波散射系数矢量表示为γ；将机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块的位置记为Aij；建立稀疏模型：H表示与离散化后观测数据Y对应的基矩阵；通过求解所述稀疏模型得出机载雷达观测区域的杂波散射系数矢量γ的矢量估计将机载雷达的工作模式设置为相控阵模式，得出位置为Aij的杂波块与机载雷达的距离r′i以及对应的回波信号到达角得出待检测距离单元的杂波协方差矩阵，对机载雷达工作在相控阵模式时接收到的回波信号进行空时自适应处理。

【技术实现步骤摘要】
基于环境动态感知的机载雷达空时自适应处理方法
本专利技术属于机载雷达空时自适应处理
，特别涉及基于环境动态感知的机载雷达空时自适应处理方法，可用于非均匀杂波背景下的杂波抑制。
技术介绍
相较地基雷达，机载雷达由于平台位置的升高增加了雷达的可视距离，尤其是对低空及超低空目标，其可视距离更是大大增加。但是一方面由于机载雷达探测距离的扩大，导致机载雷达杂波区域的扩展，而且与地基雷达相比，机载雷达的雷达波束对地面的掠射角更大，使得回波中的杂波功率大大增加；另一方面由于平台是运动的，使得机载平台的杂波具有空时二维的分布特性，为了抑制回波中的杂波分量，通常需要进行空时二维联合处理，并且需实时自适应实现，即空时自适应处理(STAP，space-timeadaptiveprocessing)。空时自适应处理需估计检测单元的杂波协方差矩阵，一般地，假设机载雷达天线的阵元数为N，一个相干处理时间间隔(CPI，coherentprocessinterval)的脉冲数为M，若进行全自适应处理则至少需要2MN个独立同分布的训练样本。但是在实际应用中，由于环境的非均匀性，如地形地貌的变化，人造建筑物等，使得杂波的分布随距离发生变化，即现实世界里的杂波一般是非均匀的，因而很难取得足够的训练样本。近年来，为了改善非均匀杂波环境下的空时自适应处理性能，一些学者提出了知识辅助-空时自适应处理(KA-STAP，knowledge-aidedspace-timeadaptiveprocessing)方法。所谓的知识辅助-空时自适应处理方法，指的是利用先验信息改善空时自适应处理的性能，一般有以下两种方式：(1)间接利用先验信息，例如智能地选择滤波器和训练样本；(2)直接利用先验信息，例如贝叶斯滤波及数据预白化。上述的知识辅助-空时自适应处理方法，第一种方式利用数字地形高程数据、地面覆盖/地面使用数据等先验信息选取均匀的训练样本，来估计杂波的协方差矩阵，第二种方式通过先前的观测数据或其它方式获取当前检测单元的先验协方差矩阵。但是在实际应用中由于外界环境的改变，造成了先验信息与实际环境的失配，在这种情况下，使用先验信息不仅不会改善雷达的杂波抑制性能，甚至可能会降低其性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出基于环境动态感知的空时自适应处理方法，以在缺乏外界信息支持或先验信息与实际环境失配的情况下，通过对外界环境的实时在线感知，改善雷达在非均匀杂波环境中的杂波抑制性能。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。步骤1，将机载雷达的工作模式设置为MIMO模式，机载雷达的发射阵列向外发射信号，机载雷达的接收阵列接收时域回波信号Y；yp表示机载雷达工作在MIMO模式时其接收阵列接收到的离散化后的第p个距离单元的回波信号，p取1至P，P为机载雷达观测区域中距离单元的个数；将机载雷达观测区域的杂波散射系数矢量表示为γ，γ＝[γ1，…，γI]T，γi＝[γi1，…，γiJ]，γij表示机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块的散射系数，i取1至I，I表示机载雷达观测区域内距离单元的数目，j取1至J，J表示每个距离单元中杂波块的数目；将机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块的位置记为Aij；建立如下稀疏模型：其中，||·||2表示2范数，||·||1表示1范数；κ为设定的正则参数；H表示与离散化后观测数据Y对应的基矩阵；通过求解所述稀疏模型得出机载雷达观测区域的杂波散射系数矢量γ的矢量估计表示机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块的散射系数的估计值；步骤2，将机载雷达的工作模式设置为相控阵模式，当机载雷达工作在相控阵模式时，机载雷达的天线阵列为均匀线阵，机载雷达的天线阵列既是机载雷达的接收阵列，又是机载雷达的发射阵列；当机载雷达工作在相控阵模式时，机载雷达天线阵列向外发射信号，机载雷达的天线阵列接收对应的回波信号；当机载雷达工作在相控阵模式时，载机沿天线阵列的轴向运动；根据载机沿天线阵列的轴向的运动距离Δy、机载雷达工作在MIMO模式时机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块与机载雷达的距离ri、以及机载雷达工作在MIMO模式时机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块的回波信号到达角得出机载雷达工作在相控阵模式时位置为Aij的杂波块与机载雷达的距离ri′、以及机载雷达工作在相控阵模式时位置为Aij的杂波块的回波信号到达角当机载雷达工作在相控阵模式时，根据待检测距离单元中每个杂波块与机载雷达的距离、待检测距离单元中每个杂波块的回波信号到达角、待检测距离单元中每个杂波块的散射系数的估计值，得出待检测距离单元的杂波协方差矩阵利用待检测距离单元的杂波协方差矩阵对机载雷达工作在相控阵模式时其天线阵列接收到的回波信号进行空时自适应处理。本专利技术的有益效果为：本专利技术由于采用在线感知的方式获取雷达观测区域的场景信息，并通过预测方法预测载机未来一定时间内的杂波协方差矩阵，从而在缺乏外界信息支持或现有信息与实际环境失配的情况下，提高雷达在非均匀杂波环境中的杂波抑制性能。附图说明图1为本专利技术的基于环境动态感知的空时自适应处理方法的流程图；图2为本专利技术中机载雷达的工作原理示意图；图3为本专利技术机载雷达与散射点的几何关系图；图4为本专利技术散射点相对机载雷达距离与散射的回波信号到达角的预测关系几何示意图；图5为仿真实验中采用的SAR图像；图6为仿真实验中利用SAR图像生成的杂波场景示意图；图7为仿真实验中利用本专利技术得出的SAR图像重构杂波场景示意图；图8a为载机沿天线轴线方向移动0m时对波束指向为0°的回波信号分别最优处理器、本专利技术以及3DT降维方法进行空时自适应处理后的结果示意图；图8b为载机沿天线轴线方向移动10m时对波束指向为0°的回波信号分别最优处理器、本专利技术以及3DT降维方法进行空时自适应处理后的结果示意图；图8c为载机沿天线轴线方向移动20m时对波束指向为0°的回波信号分别最优处理器、本专利技术以及3DT降维方法进行空时自适应处理后的结果示意图；图8d为载机沿天线轴线方向移动30m时对波束指向为0°的回波信号分别最优处理器、本专利技术以及3DT降维方法进行空时自适应处理后的结果示意图；图9a为载机沿天线轴线方向移动0m时对波束指向为30°的回波信号分别最优处理器、本专利技术以及3DT降维方法进行空时自适应处理后的结果示意图；图9b为载机沿天线轴线方向移动10m时对波束指向为30°的回波信号分别最优处理器、本专利技术以及3DT降维方法进行空时自适应处理后的结果示意图；图9c，为载机沿天线轴线方向移动20m时对波束指向为30°的回波信号分别最优处理器、本专利技术以及3DT降维方法进行空时自适应处理后的结果示意图；图9d，为载机沿天线轴线方向移动30m时对波束指向为30°的回波信号分别最优处理器、本专利技术以及3DT降维方法进行空时自适应处理后的结果示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：参照图1，为本专利技术的基于环境动态感知的空时自适应处理方法的流程图。参照图2，为本专利技术中机载雷达的工作原理示意图。基于环境动态感知的空本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于环境动态感知的机载雷达空时自适应处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将机载雷达的工作模式设置为MIMO模式，机载雷达的发射阵列向外发射信号，机载雷达的接收阵列接收时域回波信号Y；Y=y1y2...yP,]]>yp表示机载雷达工作在MIMO模式时其接收阵列接收到的离散化后的第p个距离单元的回波信号，p取1至P，P为机载雷达观测区域中距离单元的个数；将机载雷达观测区域的杂波散射系数矢量表示为γ，γ＝[γ1,…,γI]T，γi＝[γi1,…,γiJ]，γij表示机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块的散射系数，i取1至I，I表示机载雷达观测区域内距离单元的数目，j取1至J，J表示每个距离单元中杂波块的数目；将机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块的位置记为Aij；建立如下稀疏模型：γ~=arg minγ||Y-Hγ||2+κ||γ||1]]>其中，||·||2表示2范数，||·||1表示1范数；κ为设定的正则参数；H表示与离散化后观测数据Y对应的基矩阵；通过求解所述稀疏模型得出机载雷达观测区域的杂波散射系数矢量γ的矢量估计γ~,]]>γ~[γ~1,...,γ~I]T,]]>γ~i=[γ~i1,...,γ~iJ],]]>γ~ij]]>表示机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块的散射系数的估计值；步骤2，将机载雷达的工作模式设置为相控阵模式，当机载雷达工作在相控阵模式时，机载雷达的天线阵列为均匀线阵，机载雷达的天线阵列既是机载雷达的接收阵列，又是机载雷达的发射阵列；当机载雷达工作在相控阵模式时，机载雷达天线阵列向外信号，机载雷达的天线阵列接收对应的回波信号；当机载雷达工作在相控阵模式时，载机沿天线阵列的轴向运动；根据载机沿天线阵列的轴向的运动距离Δy、机载雷达工作在MIMO模式时机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块与机载雷达的距离ri、以及机载雷达工作在MIMO模式时机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块的回波信号到达角得出机载雷达工作在相控阵模式时位置为Aij的杂波块与机载雷达的距离r′i、以及机载雷达工作在相控阵模式时位置为Aij的杂波块的回波信号到达角当机载雷达工作在相控阵模式时，根据待检测距离单元中每个杂波块与机载雷达的距离、待检测距离单元中每个杂波块的回波信号到达角、待检测距离单元中每个杂波块的散射系数的估计值，得出待检测距离单元的杂波协方差矩阵利用待检测距离单元的杂波协方差矩阵对机载雷达工作在相控阵模式时其天线阵列接收到的回波信号进行空时自适应处理。...

【技术特征摘要】
1.基于环境动态感知的机载雷达空时自适应处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将机载雷达的工作模式设置为MIMO模式，机载雷达的发射阵列向外发射信号，机载雷达的接收阵列接收时域回波信号Y；yp表示机载雷达工作在MIMO模式时其接收阵列接收到的离散化后的第p个距离单元的回波信号，p取1至P，P为机载雷达观测区域中距离单元的个数；将机载雷达观测区域的杂波散射系数矢量表示为γ，γ＝[γ1，…，γI]T，γi＝[γi1，…，γiJ]，γij表示机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块的散射系数，i取1至I，I表示机载雷达观测区域内距离单元的数目，j取1至J，J表示每个距离单元中杂波块的数目；将机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块的位置记为Aij；建立如下稀疏模型：其中，||·||2表示2范数，||·||1表示1范数；κ为设定的正则参数；H表示与离散化后观测数据Y对应的基矩阵；通过求解所述稀疏模型得出机载雷达观测区域的杂波散射系数矢量γ的矢量估计表示机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块的散射系数的估计值；步骤2，将机载雷达的工作模式设置为相控阵模式，当机载雷达工作在相控阵模式时，机载雷达的天线阵列为均匀线阵，机载雷达的天线阵列既是机载雷达的接收阵列，又是机载雷达的发射阵列；当机载雷达工作在相控阵模式时，机载雷达天线阵列向外发射信号，机载雷达的天线阵列接收对应的回波信号；当机载雷达工作在相控阵模式时，载机沿天线阵列的轴向运动；根据载机沿天线阵列的轴向的运动距离Δy、机载雷达工作在MIMO模式时机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块与机载雷达的距离ri、以及机载雷达工作在MIMO模式时机载雷达观测区域内第i个距离单元第j个杂波块的回波信号到达角得出机载雷达工作在相控阵模式时位置为Aij的杂波块与机载雷达的距离ri′、以及机载雷达工作在相控阵模式时位置为Aij的杂波块的回波信号到达角当机载雷达工作在相控阵模式时，根据待检测距离单元中每个杂波块与机载雷达的距离、待检测距离单元中每个杂波块的回波信号到达角、待检测距离单元中每个杂波块的散射系数的估计值，得出待检测距离单元的杂波协方差矩阵利用待检测距离单元的杂波协方差矩阵对机载雷达工作在相控阵模式时其天线阵列接收到的回波信号进行空时自适应处理。2.如权利要求1所述的基于环境动态感知的机载雷达空时自适应处理方法，其特征在于，在步骤1中，机载雷达发射阵列发射的信号P(t)表示为：其中，t表示时间变量，Pt表示机载雷达发射阵列内每个阵元的发射功率，pn′(t)分别为机载雷达发射阵列内第n′个阵元的发射波形，n′取1至Nt；Nt为机载雷达发射阵列的阵元数，机载雷达发射阵列任意两个阵元发射的波形相互正交；在步骤1中，机载雷达接收阵列得到的离散化后的第p个距离单元的回波信号yp为：其中，p取1至P，P为机载雷达观测区域中距离单元的个数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏伟，方明，戴奉周，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61