基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法技术

本发明专利技术公开一种基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法，其主要思路为：确定机载雷达，所述机载雷达发射脉冲信号，并计算一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后的M×N×L维雷达回波信号矩阵；分别计算一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y，及滞后一个PRI后和滞后两个PRI后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后分别在N个阵元、L个距离单元处接收的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y'和Y；进而计算排序后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的PL×1维雷达回波信号矩阵Z'；然后计算Z'中元素在二维实数坐标下的拟合曲线，进而计算得到基于多项式拟合的杂波背景下机载雷达噪声功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达信号处理
，特别涉及一种基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法，适用于估计杂波背景下机载雷达回波信号中的噪声功率。
技术介绍
机载雷达以其独特的作战特点，被各国军方视为能够左右战场事态的战略性武器。相比于地基雷达，机载雷达由于平台运动的影响，在进行广域目标检测或目标成像等工作时会受到地杂波的干扰，致使雷达的目标检测性能下降，当机载雷达下视工作时，干扰问题尤其严重。由于相控阵机载雷达在空域上不同阵元天线接收到的一串杂波信号与时域上一个相干处理间隔(CPI)内不同脉冲间接收到的一串杂波信号在信号形式上有很强的关联性，即空时耦合特性，一些传统的用于地基雷达的运动目标检测方法，如三脉冲相消处理，脉冲-多普勒处理等，难以在杂波环境下获得可靠的目标检测结果。在杂波加噪声协方差矩阵准确已知的条件下，Brennan等人于1973年提出了全空时二维自适应处理(STAP)的概念和理论，其思想是将阵列信号处理的基本原理推广到由脉冲和阵元采样构成的二维场中；DePietro在1994年提出了改善空时自适应处理在运算量和样本选取上的局限的扩展因子化方法(ExtendedFactorApproach)，通过降低协方差矩阵和导向矢量的维数一定程度上解决了全空时二维自适应处理在运算量和样本选取上的问题，使其可以应用到实际工程当中；进入21世纪后，各种改善杂波背景下目标检测性能的算法相继提出，主要是对于扩展因子化方法的改进与拓展。以上提到的全空时二维自适应处理和扩展因子化方法都可以在一定应用范围内提高机载雷达对于目标的检测性能，但却都忽略了进行自适应处理后输出信号中的噪声分量的功率水平较接收的信号中的噪声功率水平会发生变化这一事实，导致在已知可检测因子的情况下机载雷达对于目标检测性能的下降。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法，该种基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法能够在杂波功率较强、脉冲重复频率较低的情况下估计得到雷达的噪声功率。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法，包括以下步骤：步骤1，确定机载雷达，所述机载雷达发射脉冲信号，且机载雷达发射脉冲信号的脉冲重复时间间隔为PRI，机载雷达发射脉冲信号的脉冲宽度为Tp，机载雷达发射脉冲信号的脉冲重复频率为PRF；机载雷达的天线阵面的阵元个数为N，机载雷达在一个相干积累周期内的脉冲数为M，机载雷达的最大不模糊距离单元个数为L，并计算得到一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后的M×N×L维雷达回波信号矩阵X；步骤2，分别计算得到滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X'和滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X\；步骤3，根据一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后的M×N×L维雷达回波信号矩阵X和滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X'，以及滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X\，分别计算得到一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y和滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后在N个阵元、L个距离单元处接收的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y'，以及滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后在N个阵元、L个距离单元处接收的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y\；其中，P表示离散傅里叶变换的点数，L表示机载雷达的最大不模糊距离单元个数；步骤4，对所述一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y和滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后在N个阵元、L个距离单元处接收的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y'，以及滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后在N个阵元、L个距离单元处接收的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y\进行抑制主杂波处理，得到抑制主杂波处理后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的P×L维雷达回波信号矩阵Z，进而计算排序后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的PL×1维雷达回波信号矩阵Z'；步骤5，根据排序后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的PL×1维雷达回波信号矩阵Z'，计算得到基于最小二乘的排序后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的PL×1维雷达回波信号矩阵Z'中元素在二维实数坐标下的拟合曲线；步骤6，求解基于最小二乘的排序后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的PL×1维雷达回波信号矩阵Z'中元素在二维实数坐标下的拟合曲线的斜率，找到斜率最小值点，将所述斜率最小值点对应的功率值，作为基于多项式拟合的杂波背景下机载雷达噪声功率。本专利技术的有益效果为：本专利技术方法根据杂波背景下雷达回波信号中杂波分量和噪声分量功率分布特性的差异，对雷达回波信号中的噪声功率水平进行估计，使得使用二项式拟合计算每一个多普勒-距离单元的雷达回波信号功率值成为可能，并使用了抑制主杂波的三脉冲相消方法，使得本专利技术方法在较为恶劣的杂波环境中拥有较强的稳健性。与当前工程中普遍使用的根据脉冲-多普勒处理后得到的具体数据选取距离-多普勒数据进行噪声水平估计，并对所有距离单元功率进行平均观察清晰区水平的方法相比，本专利技术方法具有更好的普适性和稳健性，并为之后的雷达回波信号检测带来了很大的便捷。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术的一种基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法流程图；图2a是雷达回波数据经过脉冲-多普勒处理后得到的功率分别沿距离门方向和多普勒通道方向的分布图，其中横坐标为多普勒通道号，纵坐标为距离门号，每一点代表该处的功率大小；图2b是雷达回波数据依次经过脉冲-多普勒处理和脉冲相消处理后得到的功率分布图，其中横坐标为多普勒通道号，纵坐标为距离门号，每一点代表该处的功率大小；图3是使用不同处理方法得到的噪声功率水平分别随多普勒频率变化的曲线图，所述不同处理方法为图2a的功率分布、图2b中的功率分布分别在距离向取平均后的功率曲线，以及使用本专利技术方法估计的噪声功率曲线和实际的噪声功率曲线。具体实施方式参照图1，为本专利技术的一种基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法流程图；所述基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法，包括以下步骤：步骤1，确定机载雷达，所述机载雷达发射脉冲信号，且机载雷达发射脉冲信号的脉冲重复时间间隔为PRI，机载雷达发射脉冲信号的脉冲宽度为Tp，机载雷达发射脉冲信号的脉冲重复频率为PRF；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定机载雷达，所述机载雷达发射脉冲信号，且机载雷达发射脉冲信号的脉冲重复时间间隔为PRI，机载雷达发射脉冲信号的脉冲宽度为Tp，机载雷达发射脉冲信号的脉冲重复频率为PRF；机载雷达的天线阵面的阵元个数为N，机载雷达在一个相干积累周期内的脉冲数为M，机载雷达的最大不模糊距离单元个数为L，并计算得到一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后的M×N×L维雷达回波信号矩阵X；步骤2，分别计算得到滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X'和滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X；步骤3，根据一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后的M×N×L维雷达回波信号矩阵X和滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X'，以及滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X，分别计算得到一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y和滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后在N个阵元、L个距离单元处接收的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y'，以及滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后在N个阵元、L个距离单元处接收的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y；其中，P表示离散傅里叶变换的点数，L表示机载雷达的最大不模糊距离单元个数；步骤4，对所述一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y和滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后在N个阵元、L个距离单元处接收的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y'，以及滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后在N个阵元、L个距离单元处接收的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y进行抑制主杂波处理，得到抑制主杂波处理后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的P×L维雷达回波信号矩阵Z，进而计算排序后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的PL×1维雷达回波信号矩阵Z'；步骤5，根据排序后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的PL×1维雷达回波信号矩阵Z'，计算得到基于最小二乘的排序后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的PL×1维雷达回波信号矩阵Z'中元素在二维实数坐标下的拟合曲线；步骤6，求解基于最小二乘的排序后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的PL×1维雷达回波信号矩阵Z'中元素在二维实数坐标下的拟合曲线的斜率，找到斜率最小值点，将所述斜率最小值点对应的功率值，作为基于多项式拟合的杂波背景下机载雷达噪声功率。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定机载雷达，所述机载雷达发射脉冲信号，且机载雷达发射脉冲信号的脉冲重复时间间隔为PRI，机载雷达发射脉冲信号的脉冲宽度为Tp，机载雷达发射脉冲信号的脉冲重复频率为PRF；机载雷达的天线阵面的阵元个数为N，机载雷达在一个相干积累周期内的脉冲数为M，机载雷达的最大不模糊距离单元个数为L，并计算得到一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后的M×N×L维雷达回波信号矩阵X；步骤2，分别计算得到滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X'和滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X\；步骤3，根据一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后的M×N×L维雷达回波信号矩阵X和滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X'，以及滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X\，分别计算得到一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y和滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后在N个阵元、L个距离单元处接收的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y'，以及滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后在N个阵元、L个距离单元处接收的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y\；其中，P表示离散傅里叶变换的点数，L表示机载雷达的最大不模糊距离单元个数；步骤4，对所述一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y和滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后在N个阵元、L个距离单元处接收的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y'，以及滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后在N个阵元、L个距离单元处接收的P×L维雷达回波信号功率矩阵Y\进行抑制主杂波处理，得到抑制主杂波处理后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的P×L维雷达回波信号矩阵Z，进而计算排序后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的PL×1维雷达回波信号矩阵Z'；步骤5，根据排序后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的PL×1维雷达回波信号矩阵Z'，计算得到基于最小二乘的排序后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的PL×1维雷达回波信号矩阵Z'中元素在二维实数坐标下的拟合曲线；步骤6，求解基于最小二乘的排序后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样、P点离散傅里叶变换后的PL×1维雷达回波信号矩阵Z'中元素在二维实数坐标下的拟合曲线的斜率，找到斜率最小值点，将所述斜率最小值点对应的功率值，作为基于多项式拟合的杂波背景下机载雷达噪声功率。2.如权利要求1所述的一种基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法，其特征在于，在步骤1中，所述机载雷达的最大不模糊距离单元个数为L，B表示机载雷达的接收带宽；所述一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后的M×N×L维雷达回波信号矩阵X，其表达式为：其中，n＝1,2,…,N，l＝1,2,…,L，N表示机载雷达的天线阵面包含的阵元个数，M表示机载雷达在一个相干积累周期内的脉冲个数；将一个相干积累时间内第m个脉冲时域采样后在第n个阵元、第l个距离单元处接收到的雷达回波信号记为xm,n,l，并令m分别取1至M，进而计算得到一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第n个阵元、第l个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵为xn,l，其表达式为：xn,l=1×x1,n,lej2πf‾d×x2,n,l...ej2πf‾d(m-1)×xm,n,l...ej2πf‾d(M-1)×xM,n,lT]]>表示归一化多普勒频率，v表示机载雷达的载机速度，λ表示机载雷达发射电磁波信号的波长。3.如权利要求1所述的一种基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法，其特征在于，步骤2的过程为：将时域采样点分别滞后一个脉冲重复时间间隔和两个脉冲重复时间间隔，然后对一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第n个阵元、第l个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵xn,l分别进行时域采样，分别得到滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第n个阵元、第l个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x'n,l，以及滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第n个阵元、第l个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x\n,l，其表达式分别为：xn,l′=ej2πf‾d×1×x1,n,lej2πf‾d×2×x2,n,l...ej2πf‾d×(M-1)×x(M-1),n,lej2πf‾d×M×xM,n,lT]]>xn,l′′=ej2πf‾d×2×x2,n,lej2πf‾d×3×x3,n,l...ej2πf‾d×M×xM,n,lej2πf‾d×(M+1)×x(M+1),n,lT]]>当n＝1时，令l分别取1至L，进而分别得到滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内时域采样后M个脉冲在第1个阵元、L个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x′1和滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第1个阵元、L个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x\1；所述滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第1个阵元、L个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x′1为滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第1个阵元、第1个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x′1,1至滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第1个阵元、第L个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x′1,L；所述滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第1个阵元、L个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x\1为滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第1个阵元、第1个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x\1,1至滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第1个阵元、第L个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x\1,L；然后令n分别取2至N，进而分别得到滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第1个阵元、L个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x′1至滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第N个阵元、L个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x′N，以及滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第1个阵元、L个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x\1至滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在第N个阵元、L个距离单元处接收的M×1维雷达回波信号矩阵x\N；并分别计算得到滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X'和滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X\，其表达式分别为：4.如权利要求2或3所述的一种基于多项式拟合的杂波背景下雷达噪声功率估计方法，其特征在于，步骤3的子步骤为：3.1分别将一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后的M×N×L维雷达回波信号矩阵X转化为一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后的M×L维雷达回波信号矩阵将滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X'转化为滞后一个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×L维雷达回波信号矩阵将滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×N×L维雷达回波信号矩阵X\转化为滞后两个脉冲重复时间间隔后一个相干积累时间内M个脉冲时域采样后在N个阵元、L个距离单元处接收的M×L维雷达回波信号矩阵其表达式分别为：其中，一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彤，李博文，张俊飞，刘红亮，
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