基于杂波空时等效的三维异构阵空时重构方法技术

本发明专利技术属于雷达技术领域，公开了基于杂波空时等效的三维异构阵空时重构方法，包括：获取某一距离单元的回波数据，然后利用杂波的空时等效特性，当平台速度和脉冲重复频率满足DPCA条件时，将该回波数据进行重排、截断处理，以满足所有空间位置的相位一致性，完成数据的空时重构处理。本发明专利技术方法不仅考虑了运动补偿，还将三维异构阵列的体阵列结构转换为面阵列，改善了杂波抑制性能，达到了更好的杂波对消效果。

Space time reconstruction method of three dimensional heterogeneous array based on clutter space-time equivalent

The invention belongs to the field of radar technology, discloses a 3D reconstruction method, heterogeneous array space clutter space-time equivalent based on echo data includes: acquiring a distance unit, then the equivalent properties of clutter free, when the platform speed and pulse repetition frequency satisfies the DPCA condition, the echo data rearrangement, truncation processing, in order to meet the consistency of phase space position, complete the data processing of space-time reconstruction. The method of the invention not only considers the motion compensation, but also converts the body array structure of the three-dimensional heterogeneous array into the surface array, thereby improving the clutter suppression performance and achieving better clutter cancellation effect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达
，尤其涉及一种基于杂波空时等效的三维异构阵空时重构方法，用于机载共形阵雷达信号处理。
技术介绍
现代战争对机载雷达的隐身能力、机动能力和目标探测能力都提出了越来越高的要求，而机载雷达采用的天线，或外露于机体，或装于流线形的整流罩内，从机头到机尾分布着多达几十种类型各异的天线，这不仅大大影响了飞机的气动性能和隐身性能，而且也限制了很多电子设备的性能。因此，研究能够与飞行载体表面相吻合的天线系统-三维异构阵，成为近年来日益重视的新领域。机载三维阵雷达，由于其便于集成，能减小载机负荷和雷达散射截面积等独特优势，成为相控阵雷达的重要发展方向。早在20世纪60年代，国外就已经开始了对三维异构阵的研究，包括美国、以色列、日本和欧洲。例如，美国空军提出的宇航飞行器“智能蒙皮计划”(PENVAL)，其本质就是将多副天线与飞行器载体有效共形的研究计划。我国在20世纪90年代也开始进行了研究。目前，三维异构阵已受到各国军方的高度关注，并且已有世界顶级战机、预警机采用了三维异构阵以支持其先进的机载雷达和卓越的气动-隐身外形。但是，不同于平面相控阵，三维异构阵接收的杂波特性将变得十分复杂，这种复杂性主要体现在阵元通道间的互耦特性更加复杂、阵元通道间的极化特性更加复杂、阵元/子阵相位中心非线性排列、杂波存在极化去相关问题等，这种杂波特性的复杂性也给杂波抑制带来很大的问题，包括阵列流型更加复杂，目标和杂波的导向矢量计算困难，导向矢量间的相关性更难计算，干扰子空间和目标导向矢量的关系难以确定，杂波秩显著增加等。在杂波抑制性能方面，由于机载雷达的平台运动，在不同的方向，杂波往往都呈现出一定的非平稳性，在近距离探测时这种非平稳性尤其严重，这导致了三维异构阵在形成接收方向图时的旁瓣性能不稳定，使得传统的空时自适应处理算法在三维异构阵雷达的杂波抑制中性能严重下降。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于杂波空时等效的三维异构阵空时重构方法，能够解决三维异构阵雷达在形成接收方向图时的旁瓣性能不稳定导致的杂波抑制性能下降的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种基于杂波空时等效的三维异构阵空时重构方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，设定雷达的三维异构阵为圆台阵，所述圆台阵共包含M层阵元，将每层阵元作为圆台阵的一个子阵，则所述圆台阵包含M个子阵；获取所述圆台阵接收到的杂波回波数据，所述圆台阵接收到的杂波回波数据包含L个距离单元的回波数据矢量；令l＝1；l表示第l个距离单元，l＝1，2，...，L；步骤2，获取第l个距离单元的回波数据矢量，将所述第l个距离单元的回波数据矢量重新排列为回波数据矩阵，得到第l个距离单元的回波数据矩阵，所述第l个距离单元的回波数据矩阵为K行M列的矩阵，其中，所述第l个距离单元的回波数据矩阵的第m列表示第m个子阵接收到的回波数据，所述第l个距离单元的回波数据矩阵的第k行表示第k个脉冲时刻接收到的回波数据，m＝1，...，M，k＝1，...，K；M为圆台阵包含的子阵数据，K为雷达在一个相干处理间隔内发射的脉冲个数，且K远大于M；步骤3，对所述第l个距离单元的回波数据矩阵中的第m个子阵接收到的回波数据分别做M-m个元素的循环向上移动，且m分别取1，2，...，M；得到第l个距离单元的重排后的回波数据矩阵；步骤4，删除所述第l个距离单元的重排后的回波数据矩阵中相位不一致的后M-1行，得到第l个距离单元的空时重构回波数据，所述第l个距离单元的空时重构回波数据为K-M+1行M列；步骤5，令l的值加1，并依次重复执行步骤2至步骤4，分别得到L个距离单元中每个距离单元的空时重构回波数据。本专利技术技术方案的特点和进一步的改进为：(1)在步骤5之后，所述方法还包括：步骤6，对所述第l个距离单元的空时重构回波数据中的第k′个多普勒通道数据作离散傅里叶变换，得到第l个距离单元的空时重构回波数据中第k′个多普勒通道离散傅里叶变换后的数据，其中，k′依次取1，2，...，K-M+1，从而得到第l个距离单元的空时重构回波数据中K-M+1个多普勒通道离散傅里叶变换后的数据；步骤7，令l分别取1，2，...，L，从而得到L个距离单元中每个距离单元的空时重构回波数据中K-M+1个多普勒通道离散傅里叶变换后的数据；步骤8，对L个距离单元的空时重构回波数据中第k′个多普勒通道离散傅里叶变换后的数据进行空域滤波，令k′依次取1，2，...，K-M+1，得到L个距离单元的空时重构回波数据的滤波结果，并将所述L个距离单元的空时重构回波数据的滤波结果作为杂波抑制结果。(2)步骤2中，获取第l个距离单元的回波数据矢量xl为：xl＝[x11，x12，...，x1M；x21，x22，...，x2M；...，xkm，...；xK1，xK2，...，xKM]T；其中，[·]T表示转置操作，xkm为第k个脉冲时刻第m个子阵的回波数据，且其中，i＝1，...，I表示回波数据中的第i个杂波块，I为第l个距离单元内的杂波块数目，ai表示第i个杂波块的幅度，fsi表示第i个杂波块的归一化空间频率，fdi表示第i个杂波块的归一化多普勒频率；且第i个杂波块的归一化空间频率第i个杂波块的归一化多普勒频率其中，d为子阵间距，φa为天线锥角，λ为雷达工作波长，v为平台速度，T为脉冲重复间隔；令第i个杂波块的归一化空间频率与第i个杂波块的归一化多普勒频率相等，则平台速度v、脉冲重复间隔T以及子阵间距d存在如下关系d＝2vT。(3)步骤2中，将所述第l个距离单元的回波数据矢量xl重新排列为回波数据矩阵，得到第l个距离单元的回波数据矩阵Xl，具体为：其中，Xl∈CK×M，CK×M表示K行M列的复数矩阵，且Xl的行表示时域回波数据，Xl的列表示空域回波数据；令第i个杂波块的归一化空间频率与第i个杂波块的归一化多普勒频率相等时，第l个距离单元的回波数据矩阵Xl为：(4)步骤3中，对所述第l个距离单元的回波数据矩阵中的第m个子阵接收到的回波数据分别做M-m个元素的循环向上移动，具体为：对第l个距离单元的回波数据矩阵Xl的第m列的回波数据元素做M-m个元素的循环向上移动，从而得到第l个距离单元的重排后的回波数据矩阵其中，CK×M表示K行M列的复数矩阵。(5)步骤4中，删除所述第l个距离单元的重排后的回波数据矩阵中相位不一致的后M-1行，得到第l个距离单元的空时重构回波数据为：其中，表示行M列的复数矩阵，且(6)步骤6具体为：(6a)构造与所述第l个距离单元的空时重构回波数据相对应的变换矩阵F：其中，表示行列的复数矩阵；(6b)所述变换矩阵F的第k′列Fk′：k′表示第k′个多普勒通道；(6c)对所述第l个距离单元的空时重构回波数据中的第k′个多普勒通道数据作离散傅里叶变换，得到第l个距离单元的空时重构回波数据中第k′个多普勒通道数据其中，C1×M表示1行M列的复数矩阵；(6d)令k′依次取1，2，...，K-M+1，重复执行子步骤(6b)和(6c)，从而得到第l个距离单元的空时重构回波数据中K-M+1个多普勒通道数据。(7)步骤8具体为：(8a)获取L个距离单元的空时重构回波数据中第k′个多普勒通道数据Yk′：其中，Yk′∈CM×本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于杂波空时等效的三维异构阵空时重构方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，设定雷达的三维异构阵为圆台阵，所述圆台阵共包含M层阵元，将每层阵元作为圆台阵的一个子阵，则所述圆台阵包含M个子阵；获取所述圆台阵接收到的杂波回波数据，所述圆台阵接收到的杂波回波数据包含L个距离单元的回波数据矢量；令l＝1；l表示第l个距离单元，l＝1,2,...,L；步骤2，获取第l个距离单元的回波数据矢量，将所述第l个距离单元的回波数据矢量重新排列为回波数据矩阵，得到第l个距离单元的回波数据矩阵，所述第l个距离单元的回波数据矩阵为K行M列的矩阵，其中，所述第l个距离单元的回波数据矩阵的第m列表示第m个子阵接收到的回波数据，所述第l个距离单元的回波数据矩阵的第k行表示第k个脉冲时刻接收到的回波数据，m＝1,...,M，k＝1,...,K；M为圆台阵包含的子阵数据，K为雷达在一个相干处理间隔内发射的脉冲个数，且K远大于M；步骤3，对所述第l个距离单元的回波数据矩阵中的第m个子阵接收到的回波数据分别做M‑m个元素的循环向上移动，且m分别取1,2,...,M；得到第l个距离单元的重排后的回波数据矩阵；步骤4，删除所述第l个距离单元的重排后的回波数据矩阵中相位不一致的后M‑1行，得到第l个距离单元的空时重构回波数据，所述第l个距离单元的空时重构回波数据为K‑M+1行M列；步骤5，令l的值加1，并依次重复执行步骤2至步骤4，分别得到L个距离单元中每个距离单元的空时重构回波数据。...

【技术特征摘要】
1.一种基于杂波空时等效的三维异构阵空时重构方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，设定雷达的三维异构阵为圆台阵，所述圆台阵共包含M层阵元，将每层阵元作为圆台阵的一个子阵，则所述圆台阵包含M个子阵；获取所述圆台阵接收到的杂波回波数据，所述圆台阵接收到的杂波回波数据包含L个距离单元的回波数据矢量；令l＝1；l表示第l个距离单元，l＝1,2,...,L；步骤2，获取第l个距离单元的回波数据矢量，将所述第l个距离单元的回波数据矢量重新排列为回波数据矩阵，得到第l个距离单元的回波数据矩阵，所述第l个距离单元的回波数据矩阵为K行M列的矩阵，其中，所述第l个距离单元的回波数据矩阵的第m列表示第m个子阵接收到的回波数据，所述第l个距离单元的回波数据矩阵的第k行表示第k个脉冲时刻接收到的回波数据，m＝1,...,M，k＝1,...,K；M为圆台阵包含的子阵数据，K为雷达在一个相干处理间隔内发射的脉冲个数，且K远大于M；步骤3，对所述第l个距离单元的回波数据矩阵中的第m个子阵接收到的回波数据分别做M-m个元素的循环向上移动，且m分别取1,2,...,M；得到第l个距离单元的重排后的回波数据矩阵；步骤4，删除所述第l个距离单元的重排后的回波数据矩阵中相位不一致的后M-1行，得到第l个距离单元的空时重构回波数据，所述第l个距离单元的空时重构回波数据为K-M+1行M列；步骤5，令l的值加1，并依次重复执行步骤2至步骤4，分别得到L个距离单元中每个距离单元的空时重构回波数据。2.根据权利要求1所述的一种基于杂波空时等效的三维异构阵空时重构方法，在步骤5之后，所述方法还包括：步骤6，对所述第l个距离单元的空时重构回波数据中的第k′个多普勒通道数据作离散傅里叶变换，得到第l个距离单元的空时重构回波数据中第k′个多普勒通道离散傅里叶变换后的数据，其中，k′依次取1,2,...,K-M+1，从而得到第l个距离单元的空时重构回波数据中K-M+1个多普勒通道离散傅里叶变换后的数据；步骤7，令l分别取1,2,...,L，从而得到L个距离单元中每个距离单元的空时重构回波数据中K-M+1个多普勒通道离散傅里叶变换后的数据；步骤8，对L个距离单元的空时重构回波数据中第k′个多普勒通道离散傅里叶变换后的数据进行空域滤波，令k′依次取1,2,...,K-M+1，得到L个距离单元的空时重构回波数据的滤波结果，并将所述L个距离单元的空时重构回波数据的滤波结果作为杂波抑制结果。3.根据权利要求1所述的一种基于杂波空时等效的三维异构阵空时重构方法，其特征在于，步骤2中，获取第l个距离单元的回波数据矢量xl为：xl＝[x11,x12,...,x1M；x21,x22,...,x2M；...,xkm,...；xK1,xK2,...,xKM]T；其中，[·]T表示转置操作，xkm为第k个脉冲时刻第m个子阵的回波数据，且其中，i＝1,...,I表示第k个脉冲时刻第m个子阵的回波数据中的第i个杂波块，I为第l个距离单元内的杂波块数目，ai表示第i个杂波块的幅度，fsi表示第i个杂波块的归一化空间频率，fdi表示第i个杂波块的归一化多普勒频率；且第i个杂波块的归一化空间频率第i个杂波块的归一化多普勒频率其中，d为子阵间距，φa为天线锥角，λ为雷达工作波长，v为平台速度，T为脉冲重复间隔；令第i个杂波块的归一化空间频率与第i个杂波块的归一化多普勒频率相等，则平台速度v、脉冲重复间隔T以及子阵间距d存在如下关系d＝2vT。4.根据权利要求3所述的一种基于杂波空时等效的三维异构阵空时重构方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建新，裴卓，牛芊芊，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61