一种基于子带处理的外辐射源雷达杂波抑制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于子带处理的外辐射源雷达杂波抑制方法及装置。方法包括子带分解、过采样杂波子空间构造、LS自适应滤波、子带合成等四个主要步骤。首先将监测信号分解为多路子带信号，然后利用参考信号以过采样方式构造杂波子空间，同时进行子带分解，接着在每个子带进行LS自适应滤波，最后将滤波后子带信号合成得杂波抑制后的监测信号。该方法对载波频偏、采样率频偏、分数时延、通道频率响应等非理想因素的鲁棒性强，杂波抑制性能逼近理论上限，且计算量较小，又具有并行化处理架构，非常适合工程实时化实现，具有推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及外辐射源雷达信号处理
，特别是涉及一种基于子带处理的外辐射源雷达杂波抑制方法及装置。
技术介绍
外辐射源雷达是依赖于外部照射源而构筑的非合作式双/多基地雷达系统。因发射信号未知，外辐射源雷达中常设置两类通道，即参考通道和监测通道。参考通道用于收集发射信号，提纯所得参考信号用作参考和匹配样本；监测通道用于接收目标散射信号，通道输出称为监测信号。发射站到接收站的直达路径信号称为直达波，理想条件下，希望参考通道接收纯净的直达波，而监测通道中无直达波，如此两者相关处理即可实现目标检测。实际中，外部照射源连续发射，接收端监测通道面临强直达波和杂波。由于发射信号并非专为雷达探测设计，相干匹配后直达波和杂波的旁瓣遍及整个距离多普勒区域，旁瓣高出噪声基底甚至掩盖目标，降低了目标探测灵敏度，故外辐射源雷达目标检测前需要抑制掉直达波与杂波，此过程称为杂波抑制。已有的杂波抑制方法总体上可根据参与抑制的是单通道还是多通道而粗分为时域抑制和空域抑制两类，本专利技术公开的杂波抑制方法按此分类属于时域杂波抑制方法。时域杂波抑制因抑制方式也称为杂波对消，其中讨论最多的是常规自适应滤波方法，具体包括最小均方(LMS)算法、归一化最小均方(NLMS)算法、递归最小二乘方(RLS)算法、梯度格型(GAL)算法等。这些算法均脱胎于维纳滤波原理，因信号统计特性未知或时变，故采用参数可调的滤波器，通过自适应算法调节参数。另一类时域杂波抑制方法为时域投影法，其基本原理是利用参考信号扩展构造杂波子空间，然后将监测信号沿所构造的杂波子空间做正交投影(正交投影由最小二乘(LS)准则推导而得)得杂波抑制后的信号。时域投影法的典型算法为扩展相消算法(ECA)、分段扩展相消算法(ECA-B)、分载波扩展相消算法(ECA-C)。时域投影法的计算复杂度正比于信号长度与杂波子空间维数平方之积，故计算量大。当前，基于数字电视信号的外辐射源雷达是外辐射源雷达研究的主流。数字电视信号带宽约7.5MHz，若需抑制杂波的双基距离范围为60km，对应的距离元数达1500，若利用ECA或ECA-B方法处理200ms数据，计算量将达1012量级，难以实现实时处理。常规自适应滤波方法在滤波器阶数较大时也存在收敛速度较慢的问题。且在实际外辐射源雷达系统中，还存在如下几种主要的非理想因素：1)受限于振荡器的频率稳定度以及可能存在的频率漂移，发射端射频信号的实际载频与接收端本地振荡器频率存在偏差，引起载波频偏；2)实际采样率与标称采样率的偏差引起采样率频偏；3)杂波时延(即杂波相对于参考信号的时延)可能为采样周期的非整数倍，称之为分数时延；4)实际接收信号受到发射和接收端的通道频率响应的作用。常规自适应滤波方法对载波频偏、采样率频偏、分数时延、通道频率响应等非理想因素较为敏感。时域投影法的杂波对消性能亦受限于非理想因素。可见，当前时域杂波抑制方法主要面临计算量大和受非理想因素影响性能这两大问题。因此需要研究能兼顾这两方面问题的杂波对消方法，本专利技术所公开的基于子带处理的杂波对消方法(称之为子带杂波对消方法)即是一种既对非理想因素鲁棒性强且计算量较小的杂波对消方法。计算量大的症结在于大的信号带宽，大的信号带宽使得距离分辨率提高，导致覆盖一定距离范围的杂波子空间维数增加。此时若直接采用计算量与杂波子空间维数平方成正比的杂波对消方法，计算量非常巨大。为此子带杂波对消方法将信号分解为多路较小带宽的信号，使得分路子带处理时，每路子带信号的杂波子空间维数降低，从而降低计算量。再考虑载波频偏、采样率频偏、分数时延、以及通道频率响应等非理想因素。首先讨论采样率频偏，其相当于在时域内对信号进行压缩(或扩展)，其频谱相应扩展(或压缩)。当采用子带信号处理时，对于每一路子带信号，当子带分解足够细时，子带内的扩展(或压缩)可忽略，而整体上的扩展(或压缩)可近似等效为子带频谱的平移，因此采样率频偏可等效为载波频偏。若子带杂波对消方法考虑了应对载波频偏，则可以一并消除采样率频偏的不利影响。而对于通道频率响应，其可等效为额外的时域冲激响应，这一方面引起分数时延问题，另一方面导致杂波时延扩展范围增加，通道频率响应随频率变化一般较平缓，对应的杂波时延扩展范围增加很小，因此非理想通道响应引起的主要是分数时延问题。因此，当引入子带信号处理用于杂波对消时，所需考虑的非理想因素主要是载波频偏和分数时延。需要指出的是，本专利技术所公开的子带杂波对消方法与刘宇等人提出的频域ECA-B方法(刘宇,吕晓德,杨鹏程.一种无源雷达频域扩展相消批处理杂波对消算法[J].雷达学报,2016,5(3):293-301.)在流程上有相近之处。比如，子带杂波对消方法的“子带分解”和“子带合成”与频域ECA-B方法的“变换到频域+分段”和“拼接+变回到时域”在处理上接近。但本专利技术的子带杂波对消方法与频域ECA-B方法在杂波对消核心步骤上存在显著差异，具体表现在：1)子带杂波对消方法采用了频偏子空间扩展和时延子空间扩展用于消除载波频偏、分数时延等非理想因素的不利影响，而频域ECA-B方法未专门考虑这一点；2)子带杂波对消方法采用LS自适应滤波对消杂波，LS自适应滤波与过采样杂波子空间构造有关，这也与频域ECA-B方法中的对消方式不同。
技术实现思路
为了解决上述外辐射源雷达杂波对消中存在的问题，本专利技术提供了一种基于子带处理的外辐射源雷达杂波抑制方法及装置，是一种既对非理想因素鲁棒性强且计算量较小的杂波对消方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于子带处理的外辐射源雷达杂波抑制方法，引入了子带信号处理思想用于外辐射源雷达杂波抑制，并以过采样方式构造杂波子空间，利用LS自适应滤波对消杂波，包括以下步骤：步骤1：将监测信号分解为多路子带信号；步骤2：利用参考信号经频偏子空间扩展和时延子空间扩展构造杂波子空间，进行子带分解，频偏子空间扩展的频率间隔小于频率分辨率，时延子空间扩展时延间隔小于子带信号时延分辨率，均满足过采样；步骤3：对每路子带信号分别进行LS自适应滤波；步骤4：将滤波后多路子带信号合成得杂波抑制后的监测信号。步骤1中所述的将监测信号分解为多路子带信号；此处的子带分解采用“FFT+子带划分”的方式实现，子带划分采用均匀频谱划分，记ssurv＝[ssurv[0],ssurv[1],...,ssurv[N-1]]T表示监测信号向量，其中N为相干处理间隔内的信号采样点数，上标“T”表示转置，对ssurv进行FFT处理后的信号记为ssurv_FD，设划分为M个子带，每个子带信号长度为Ns，其中N＝MNs，第m个子带信号记为为Ns×1的向量。步骤2中所述的利用参考信号经频偏子空间扩展和时延子空间扩展构造杂波子空间，进行子带分解，频偏子空间扩展的频率间隔小于频率分辨率，时延子空间扩展时延间隔小于子带信号时延分辨率，均满足过采样；根据时延子空间扩展与子带分解的先后顺序不同，本步骤有两种实现方式。实现方式1：先进行频偏子空间扩展，然后做子带分解，再做时延子空间扩展。记sref＝[sref[0],sref[1],...,sref[N-1]]T表示参考信号向量，设频偏子空间扩展的频率为f0,f1,...,fQ，f0,f1,...,fQ频率间隔均匀，且频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于子带处理的外辐射源雷达杂波抑制方法，其特征在于：引入了子带信号处理思想用于外辐射源雷达杂波抑制，并以过采样方式构造杂波子空间，利用LS自适应滤波对消杂波，包括以下步骤：步骤1：将监测信号分解为多路子带信号；步骤2：利用参考信号经频偏子空间扩展和时延子空间扩展构造杂波子空间，进行子带分解，频偏子空间扩展的频率间隔小于频率分辨率，时延子空间扩展时延间隔小于子带信号时延分辨率，均满足过采样；步骤3：对每路子带信号分别进行LS自适应滤波；步骤4：将滤波后多路子带信号合成得杂波抑制后的监测信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于子带处理的外辐射源雷达杂波抑制方法，其特征在于：引入了子带信号处理思想用于外辐射源雷达杂波抑制，并以过采样方式构造杂波子空间，利用LS自适应滤波对消杂波，包括以下步骤：步骤1：将监测信号分解为多路子带信号；步骤2：利用参考信号经频偏子空间扩展和时延子空间扩展构造杂波子空间，进行子带分解，频偏子空间扩展的频率间隔小于频率分辨率，时延子空间扩展时延间隔小于子带信号时延分辨率，均满足过采样；步骤3：对每路子带信号分别进行LS自适应滤波；步骤4：将滤波后多路子带信号合成得杂波抑制后的监测信号。2.根据权利要求1所述的基于子带处理的外辐射源雷达杂波抑制方法，其特征在于：步骤1中所述的将监测信号分解为多路子带信号；此处的子带分解采用“FFT+子带划分”的方式实现，子带划分采用均匀频谱划分，记ssurv＝[ssurv[0],ssurv[1],...,ssurv[N-1]]T表示监测信号向量，其中N为相干处理间隔内的信号采样点数，上标“T”表示转置，对ssurv进行FFT处理后的信号记为ssurv_FD，设划分为M个子带，每个子带信号长度为Ns，其中N＝MNs，第m个子带信号记为为Ns×1的向量。3.根据权利要求2所述的基于子带处理的外辐射源雷达杂波抑制方法，其特征在于：步骤2中所述的利用参考信号经频偏子空间扩展和时延子空间扩展构造杂波子空间，进行子带分解，频偏子空间扩展的频率间隔小于频率分辨率，时延子空间扩展时延间隔小于子带信号时延分辨率，均满足过采样；根据时延子空间扩展与子带分解的先后顺序不同，本步骤有两种实现方式：实现方式1：先进行频偏子空间扩展，然后做子带分解，再做时延子空间扩展；记sref＝[sref[0],sref[1],...,sref[N-1]]T表示参考信号向量，设频偏子空间扩展的频率为f0,f1,...,fQ，f0,f1,...,fQ频率间隔均匀，且频率间隔小于多普勒频率分辨率Ts为采样周期，频偏子空间扩展满足过采样，则频偏子空间扩展后所得杂波子空间为式中，对Sref每列进行FFT变换得Sref_FD，然后按行均匀划分为M个子带，每个子带信号长度为Ns，第m个子带信号记为每个子带信号再经时延子空间扩展即得最终的第m个子带的杂波子空间Xm；设时延扩展R+1维，分别对应时延τ0＝n0Ts,...,τR＝nRTs，τ0,...,τR时间间隔均匀，且时间间隔小于MTs，MTs为子带信号的时延分辨率，时延子空间扩展亦满足过采样；则所构造杂波子空间的总维数为D＝(Q+1)(R+1)，杂波子空间Xm为Ns×D的矩阵，表达为式中，实现方式2：先进行频偏子空间扩展，然后做时延子空间扩展，再做子带分解；记表示扩增的参考信号向量，KTs大于最大杂波时延；此时频偏子空间扩展后所得杂波子空间为式中，频偏子空间扩展后直接做时延子空间扩展即为在时域对信号进行移位，记一步移位算子为D，则时延子空间扩展后的信号为截取保留的后N行记为Y；将Y各列分别FFT变换到频域得X，将X按行均匀划分为M个子带，每个子带信号记为Xm，Xm即为构造的第m个子带的杂波子空间。4.根据权利要求3所述的基于子带处理的外辐射源雷达杂波抑制方法，其特征在于：步骤3中所述的对每路子带信号分别进行LS自适应滤波；LS自适应滤波按如下方式处理式中，上标“H”和分别表示共轭转置和Moore-Penrose逆矩阵，为杂波抑制后的第m个子带监测信号。5.根据权利要求4所述的基于子带处理的外辐射源雷达杂波抑制方法，其特征在于：步骤4中所述的将滤波后多路子带信号合成得杂波抑制后的监测信号；此处的子带合成通过“子带拼接+IFFT”的方式实现，子带拼接表示为然后做IFF...

【专利技术属性】
技术研发人员：易建新，万显荣，程丰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42