一种采用盲源分离的外辐射源雷达直达波恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种采用盲源分离的外辐射源雷达直达波恢复方法，包括以下几个步骤：(1)线阵接收信号x1(n),…,xN(n)，从而形成数字波束；(2)将参考电台的波束信号yS(n)与J个干扰电台的波束信号y1(n),…,yJ(n)共同输入瞬时ICA(独立成分分析)盲源分离模块，然后将盲源分离的输出信号p0(n),p1(n),…,pJ(n)通过解模糊处理模块，得到参考电台信号q(n)；(3)将yl(n)分别输入空域‑快时间域模块的多个FIR(有限冲击响应)滤波器，通过多维空域‑快时间域算法进行二维自适应滤波处理，输出得到监测通道信号z(n)；(4)基于参考电台信号q(n)与监测通道信号z(n)计算得到目标的时延多普勒平面。本发明专利技术解决了盲源分离方法的输出信号顺序模糊难题，从而可以保证可靠的参考电台直达波恢复。

【技术实现步骤摘要】
一种采用盲源分离的外辐射源雷达直达波恢复方法
本专利技术涉及一种采用盲源分离的外辐射源雷达直达波恢复方法，属于浮空平台外辐射源雷达

技术介绍
浮空平台雷达指以飞艇或热气球等为载体的雷达系统。与地面雷达系统相比，该类系统不受地球曲率、遮蔽物的影响，观测距离远。因此，以浮空平台为载体的雷达在上世纪七八十年代被提出之后，即在气象监测、矿产资源搜索、导弹预警等诸多领域获得大量的研究与应用。由于升力受限，浮空平台的载荷重量受到严格的限制。因此，有源相控阵雷达在浮空平台的应用受到限制。而外辐射源雷达(又称为无源双基地雷达)采用收发分离的体制，发射站可以采用民用照射源，如调频广播信号、数字电视信号等。该种外辐射源雷达不需要将发射系统升空，仅需接收天线安装在浮空平台，重量有效下降，适合浮空平台应用。在浮空平台采用调频广播信号作为照射源，具有良好的应用前景。但是，以浮空平台为载体的调频广播外辐射源雷达由于覆盖区域的增加，区域内的同频、邻频电台大量增加。由于同频电台的出现，直达波的提取与杂波与干扰的抑制变得更加困难。对于地面系统而言，直达波恢复一般采用指向参考电台的波束。但是，对于同频干扰存在的情况下，直达波的纯度下降。这将导致匹配滤波检测的虚警升高。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术目的是提供一种一种采用盲源分离的外辐射源雷达直达波恢复方法，采用盲源分离的方法，可以可靠的保证参考电台直达波恢复。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：本专利技术的一种采用盲源分离的外辐射源雷达直达波恢复方法，包括以下几个步骤：(1)通过N单元一维等间隔线阵接收调频广播外部电磁波信号x1(n),…,xN(n)，通过数字波束形成技术合成数字波束ys(n),y1(n),y2(n),…,yJ(n)；其中，N为天线单元个数，(2)在所述数字波束ys(n),y1(n),y2(n),…,yJ(n)形成以后，将参考电台的波束信号yS(n)与J个干扰电台的波束信号y1(n),y2(n)…,yJ(n)共同输入瞬时ICA(独立成分分析)盲源分离模块，通过瞬时ICA盲源分离算法进行盲源分离；然后，将盲源分离的输出信号p0(n),p1(n),…,pJ(n)通过解模糊处理模块进行相关峰值判别，从而得到参考电台信号q(n)；(3)将ys(n),y1(n),y2(n),…,yJ(n)分别输入空域-快时间域模块的多个FIR滤波器，通过多维空域-快时间域算法进行二维自适应滤波处理，输出得到监测通道信号z(n)；(4)基于步骤(2)得到的参考电台信号q(n)与步骤(3)得到的监测通道信号z(n)，计算得到目标的时延多普勒平面。步骤(1)中，N单元一维等间隔线阵中第i个阵列的接收信号具有如下形式：式中，n表示离散时间，s(n)表示参考电台信号，Jk(n)表示干扰电台信号，ε(n)表示高斯白噪声，具有零均值和单位方差；h(n-m)为参考电台的直达波与多径，共M条；ai(θm)表示阵列第i个单元的第m条多径对应的阵列流形；ck(n-l)为第k个干扰电台的第l条直达波与多径，共L条，而bi(θlk)表示阵列第i个单元的第k个干扰电台第l条多径对应的阵列流形；m表示参考电台多径序号、M表示参考电台多径数量、k表示干扰电台序号、K表示干扰电台数量、l干扰电台多径序号、L干扰电台多径数量；N单元一维等间隔线阵中第l个波束输出形式如下：式中，αi表示幅度加权，λ表示雷达波长，θ为波束指向角，d为阵元间隔，j表示复数；对于参考电台与同频干扰电台而言，都存在直达波与多径杂波的叠加问题；因此对于雷达接收天线阵列的一个单元而言，式(1)属于卷积混合模型；为了简化处理，形成针对干扰电台和参考电台的波束，从而提高相应干扰电台与参考电台的直达波信号强度，同时抑制多径的强度；当多径从副瓣进入时，对于对准直达波的波束而言，系统模型简化为该模型即瞬时混合模型，其中，θ0为当前波束指向。步骤(2)中，所述瞬时ICA盲源分离算法具体的步骤如下：(2-1)设定输入，为波束形成的多波束构成的向量Y＝[yS,y1,…,yJ]T(5)式中[·]T表示转置运算；(2-2)设定输出P＝[p1,p2,…,pJ+1]T(6)(2-3)设定非线性函数式中log2[·]表示以2为底的对数，cosh(·)表示双曲余弦，a1表示变换系数；(2-4)设定非线性函数一阶导数g'(y)＝tanh(a1y)，1≤a1≤2(8)式中tanh(·)表示双曲正切函数；(2-5)初始化权向量w(0)＝0，n＝0(9)(2-6)权向量更新w(n+1)＝E{Yg[wT(n)Y]}-E{g'[wT(n)Y]}w(n)(10)式中E{·}表示求数学期望；(2-7)权向量归一化式中||·||表示求模运算；(2-8)第i个盲源分离输出分量pi＝wY(12)步骤(2)中，令pl(n)为盲源分离的第l个输出，设参考台波束指向为第l个波束输出，采用ys(n)表示，则盲源分离结果与参考电台互相关函数可采用下式计算Arl(n)＝IFFT{FFT[pl(n)]·{FFT[ys(n)]}*}(13)上式中FFT[·]表示快速傅里叶变换，IFFT[·]表示快速逆傅里叶变换，{·}*表示共轭运算；峰值最大的输出对应的结果即为参考电台信号q(n)的输出。步骤(3)中，所述多维空域-快时间域算法具体方法如下：定义Nf个辅助天线信号的Ns点采样数据构成的数据矩阵，辅天线信号矩阵可以写成向量形式：式中xi(n)＝[xi(n),xi(n-1),…,xi(n-Ns+1)]T(15)自适应滤波器组的每个FIR滤波器都采用一组长度为NL权系数来表示，FIR滤波器组权向量矩阵可以写成向量的形式：式中引入向量化算子，将算法输入信号变为NM×1维χ(n)＝vec{X(n)}(18)其中，vec{}表示矩阵向量化算子；则S-FT协方差矩阵采用下式计算Rχχ＝E{χ(n)χH(n)}(19)[·]H表示转置运算；定义NM×1维权向量F＝vec{W(n)}(20)则互相关向量表示为P＝E{χ(n)Y*(n-δ)}(21)式中，δ为主波束信号时延，权向量采用下式求解式中，[·]-1表示矩阵求逆运算。得到杂波抑制后的输出信号为：z(n)＝yl(n)-FX(n)(23)步骤(4)中，基于参考通道信号q(n)和监测通道信号z(n)得到目标的时延多普勒平面式中，Nc表示计算式(23)所采用的样本长度，τ表示双基地时延，ζ表示双基地多普勒，z(n-τ)表示将z(n)时延τ个采样点。本专利技术采用盲源分离的方法实现干扰台情况下的直达波恢复；利用同频电台方位已知等先验信息，给出了一种波束域相关函数差异判断方法，解决了盲源分离算法的输出信号顺序模糊难题，从而可以保证可靠的参考电台直达波恢复。附图说明图1为基于盲源分离的直达波恢复算法原理框图；图2(a)为采用现有技术的目标检测性能图；图2(b)为采用本专利技术的目标检测性能图；图3为ICA盲源分离与与参考信号的互相关输出。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。1.同频干扰环境及其数学模型浮空平台调频广播外辐射源雷达接收阵列考虑N单元一维等间隔线阵，考虑存在一个参考电台和L个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用盲源分离的外辐射源雷达直达波恢复方法，其特征在于，包括以下几个步骤：(1)通过N单元一维等间隔线阵接收调频广播外部电磁波信号x1(n),…,xN(n)，通过数字波束形成技术合成数字波束ys(n),y1(n),y2(n),…,yJ(n)；其中，N为天线单元个数；(2)在所述数字波束ys(n),y1(n),y2(n),…,yJ(n)形成以后，将参考电台的波束信号yS(n)与J个干扰电台的波束信号y1(n),y2(n)…,yJ(n)共同输入瞬时ICA盲源分离模块，通过瞬时ICA盲源分离算法进行盲源分离；然后，将盲源分离的输出信号p0(n),p1(n),…,pJ(n)通过解模糊处理模块进行相关峰值判别，从而得到参考电台信号q(n)；(3)将ys(n),y1(n),y2(n),…,yJ(n)分别输入空域‑快时间域模块的多个FIR滤波器，通过多维空域‑快时间域算法进行二维自适应滤波处理，输出得到监测通道信号z(n)；(4)基于步骤(2)得到的参考电台信号q(n)与步骤(3)得到的监测通道信号z(n)，计算得到目标的时延多普勒平面。

【技术特征摘要】
1.一种采用盲源分离的外辐射源雷达直达波恢复方法，其特征在于，包括以下几个步骤：(1)通过N单元一维等间隔线阵接收调频广播外部电磁波信号x1(n),…,xN(n)，通过数字波束形成技术合成数字波束ys(n),y1(n),y2(n),…,yJ(n)；其中，N为天线单元个数；(2)在所述数字波束ys(n),y1(n),y2(n),…,yJ(n)形成以后，将参考电台的波束信号yS(n)与J个干扰电台的波束信号y1(n),y2(n)…,yJ(n)共同输入瞬时ICA盲源分离模块，通过瞬时ICA盲源分离算法进行盲源分离；然后，将盲源分离的输出信号p0(n),p1(n),…,pJ(n)通过解模糊处理模块进行相关峰值判别，从而得到参考电台信号q(n)；(3)将ys(n),y1(n),y2(n),…,yJ(n)分别输入空域-快时间域模块的多个FIR滤波器，通过多维空域-快时间域算法进行二维自适应滤波处理，输出得到监测通道信号z(n)；(4)基于步骤(2)得到的参考电台信号q(n)与步骤(3)得到的监测通道信号z(n)，计算得到目标的时延多普勒平面；步骤(1)中，N单元一维等间隔线阵中第i个阵列的接收信号具有如下形式：式中，n表示离散时间，s(n)表示参考电台信号，Jk(n)表示干扰电台信号，ε(n)表示高斯白噪声，具有零均值和单位方差；h(n-m)为参考电台的直达波与多径，共M条；ai(θm)表示阵列第i个单元的第m条多径对应的阵列流形；ck(n-l)为第k个干扰电台的第l条直达波与多径，共L条，而bi(θlk)表示阵列第i个单元的第k个干扰电台第l条多径对应的阵列流形；m表示参考电台多径序号、M表示参考电台多径数量、k表示干扰电台序号、K表示干扰电台数量、l干扰电台多径序号、L干扰电台多径数量；N单元一维等间隔线阵中第l个波束输出形式如下：式中，αi表示幅度加权，λ表示雷达波长，θ为波束指向角，d为阵元间隔，j表示复数；对于参考电台与同频干扰电台而言，都存在直达波与多径杂波的叠加问题；因此对于雷达接收天线阵列的一个单元而言，式(1)属于卷积混合模型；为了简化处理，形成针对干扰电台和参考电台的波束，从而提高相应干扰电台与参考电台的直达波信号强度，同时抑制多径的强度；当多径从副瓣进入时，对于对准直达波的波束而言，系统模型简化为该模型即瞬时混合模型，其中，θ0为当前波束指向；步骤(2)中，所述瞬时ICA盲源分离算法具体的步骤如下：(2-1)设定输入，为波束形成的多波束构成的向量Y＝[yS,y1,…,yJ]T(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，蒋德富，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32