一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法，正交匹配跟踪简称OMP，该发明专利技术针对双基机载雷达杂波距离非平稳性的问题，首先估计主瓣杂波的多普勒频率，再通过改进OMP获得主瓣杂波的空间频率，进而对不同距离单元主瓣杂波分别进行补偿。仿真实验结果表明，经自适应补偿后，双基机载雷达杂波距离非平稳性有所改善，三通道联合自适应处理(3DT)改善因子在主瓣杂波区提高了约6dB。本发明专利技术自适应补偿效果好、运算量小，易于工程实施。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法
本专利技术涉及双基杂波空时谱补偿
，特别是一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法。
技术介绍
近年来，运动平台双基地探测得到国内外科研机构的广泛关注。双基地机载雷达采用收发分置的系统，发射机远离危险区域而接收机置于所关注的区域，比一般的单基探测系统具有安全性高、作用距离远、抗干扰性能强等优点。空时自适应处理(STAP)是机载单基雷达杂波抑制和动目标检测的一项先进技术，已较为广泛的应用在预警机雷达上。目前STAP在双基地机载探测系统上的应用还处于理论研究阶段，STAP在双基地机载探测系统中的应用还有很多待研究的问题。双基地机载雷达探测系统由于收发分置，其杂波角度-多普勒二维谱分布复杂化；双基距离和双基几何构型不同并且随着时间而变化，双基杂波有较强的距离非平稳性，STAP对双基杂波的抑制也就更加困难，这就需要用特殊的方法对不同距离单元的杂波进行补偿。在机载单基雷达中，解决杂波距离非平稳性的方法有多普勒频移(DW)，角度多普勒补偿(ADC)，自适应角度多普勒补偿(A2DC)等。DW、ADC的补偿参数根据雷达系统参数直接计算，在误差下补偿性能较差；AADC采用最小方差无畸变响应(MVDR)谱估计补偿参数，但子孔径平滑降低了MVDR谱的分辨率且运算量极大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法，本专利技术改善了双基杂波谱较强的距离非平稳性。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本专利技术提出的一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法，包括以下步骤：步骤一、主瓣杂波多普勒频率估计，具体为：设双基机载雷达接收系统天线阵列阵元数即空域自由度为N，在一个相参脉冲积累CPI内时域脉冲数为K，第l个距离单元接收信号逐脉冲排列为Xl，对Xl进行快速傅里叶变换FFT，得到第l个距离单元所有多普勒单元输出信号Dl：其中，FD为FFT变换矩阵，上标H表示转置，Dl_i为第l个距离单元第i个多普勒单元输出信号，1≤i≤K；对Xl通过数字波束形成DBF形成接收和波束Σl，Σl表示为：Σl＝wΣXl其中，wΣ为接收和波束权值；对接收和波束Σl进行FFT变换，得到第l个距离单元所有多普勒单元接收和波束输出信号DΣ,l：其中，FΣ,D为和波束FFT变换矩阵，DΣ,l_i为第l个距离单元第i个多普勒单元接收和波束输出信号；对于第l个距离单元，DΣ,l中的绝对值最大值所在的多普勒单元记为l_d_max，l_d_max对应着接收机主瓣杂波的多普勒频率fd_l；步骤二、主瓣杂波空间频率估计：在第l个距离单元，对步骤一中Dl中处于l_d_max位置的多普勒单元输出信号也即最大多普勒单元输出信号Dl_d_max进行空域稀疏重构，再通过重心融合算法精确计算得到主瓣杂波空间频率，在稀疏重构中最大多普勒单元输出信号Dl_d_max为观测矢量；具体为：2.1、迭代参数初始值设置：残余矢量初始值r0＝Dl_d_max，稀疏度初始值S＝1，迭代计数量初始值t＝1，支撑集初始值Ω0为空集允许误差为||·||2为L2范数运算；经过第t次迭代估计得到稀疏重构的杂波空域幅度分布为其初始值M为N×Ns维的观测矩阵，且M是由空域导引矢量构成的一组超完备基，Ns为空域量化单元数，μp表示观测矩阵M的第p列，1≤p≤Ns；2.2、支撑集更新：根据找出观测矩阵M与残余矢量rt-1相关性最大的列μpt，并更新支撑集其中，|<rt-1,μp>|为求rt-1和μp内积的绝对值，为函数f(x)取最大值时所对应的变量x的值，是求第t次迭代中使rt-1和μp内积的绝对值最大时的列Ωt为第t次迭代获得的支撑集，由前t-1次支撑集Ωt-1与构成的新集合，为Ωt-1和列的并集；2.3、稀疏重构更新：采用最小二乘估计算法求解第t次迭代估计获得的杂波空域幅度分布其中，为函数f(x)取最小值时所对应的变量x的值，即是求第t次迭代中取最小值时的值；2.4、残余矢量更新：2.5、迭代判决：将残余矢量rt与允许误差δl进行判决，若||rt||2＞δl，则进行迭代估计，t＝t+1，线性增加稀疏度S的值即S＝S+1，重复步骤2.2至步骤2.4；若||rt||2≤δl，则停止迭代，完成稀疏重构，执行步骤2.6；2.6、在最后一次迭代估计中，结束稀疏重构时记σl_d_max即为第l个距离单元最大多普勒单元输出信号Dl_d_max经改进OMP算法稀疏重构的空域幅度分布；采用重心融合算法得到第l个距离单元主瓣杂波空间频率fs_l：其中，Nq为稀疏重构得到的σl_d_max主瓣杂波散射单元个数，fs,q为σl_d_max第q个主瓣杂波散射单元的空间频率，σl_d_max,q为σl_d_max的第q个主瓣杂波散射单元的幅度值；步骤三、主瓣杂波自适应补偿，具体为：由步骤一和步骤二得到的第l个距离单元的主瓣杂波的频谱中心为(fs_l,fd_l)，设检测距离单元主瓣杂波的频谱中心为(fs_0,fd_0)，fs_0和fd_0分别为该检测距离单元主瓣杂波的空间频率和多普勒频率，则第l个距离单元与检测距离单元的多普勒频率之差Δfd_l、空间频率之差Δfs_l分别为：Δfd_l＝fd_l-fd_0Δfs_l＝fs_l-fs_0因此，第l个距离单元的归一化多普勒频率补偿因子Tt_l和空间频率补偿因子Ts_l分别为：其中，fr为脉冲重复频率，j为虚数单位；经自适应补偿后第l个距离单元的数据为：Cl＝Ts_lXlTt_l。作为本专利技术所述的一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法进一步优化方案，Xl表示如下：其中，Sl_i为第l个距离单元第i个脉冲各阵元接收信号矢量，1≤i≤K。作为本专利技术所述的一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法进一步优化方案，N＝16。作为本专利技术所述的一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法进一步优化方案，K＝64。作为本专利技术所述的一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法进一步优化方案，Ns＝128。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)通过估计主瓣杂波的多普勒频率和空间频率，对各距离单元杂波进行自适应的补偿，改善了双基杂波较强的距离非平稳性；(2)仿真实验结果表明，基于改进OMP的双基杂波谱自适应的补偿运算量较小、补偿效果好，易于工程实施。附图说明图1是双基机载雷达几何关系示意图；图2a为不同距离单元主瓣杂波方位角变化轨迹图；图2b为不同距离单元主瓣杂波多普勒频率变化轨迹图；图3为本专利技术信号处理流程图；图4为改进OMP算法流程框图；图5a为双基前后飞行杂波空时二维谱；图5b为凸优化稀疏重构获得的双基杂波二维谱；图5c为改进OMP稀疏重构获得的双基杂波二维谱；图6a为补偿前主瓣杂波中心轨迹图；图6b为基于凸优化的自适应补偿后主瓣杂波中心轨迹图；图6c为基于改进OMP的自适应补偿后主瓣杂波中心轨迹图；图7为补偿前后3DT的改善因子曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：假设收发装置都为正侧视阵相控阵雷达天线，如图1所示，以接收机在地面上的投影点O本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、主瓣杂波多普勒频率估计，具体为：设双基机载雷达接收系统天线阵列阵元数即空域自由度为N，在一个相参脉冲积累CPI内时域脉冲数为K，第l个距离单元接收信号逐脉冲排列为Xl，对Xl进行快速傅里叶变换FFT，得到第l个距离单元所有多普勒单元输出信号Dl：

【技术特征摘要】
1.一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、主瓣杂波多普勒频率估计，具体为：设双基机载雷达接收系统天线阵列阵元数即空域自由度为N，在一个相参脉冲积累CPI内时域脉冲数为K，第l个距离单元接收信号逐脉冲排列为Xl，对Xl进行快速傅里叶变换FFT，得到第l个距离单元所有多普勒单元输出信号Dl：其中，FD为FFT变换矩阵，上标H表示转置，Dl_i为第l个距离单元第i个多普勒单元输出信号，1≤i≤K；对Xl通过数字波束形成DBF形成接收和波束Σl，Σl表示为：Σl＝wΣXl其中，wΣ为接收和波束权值；对接收和波束Σl进行FFT变换，得到第l个距离单元所有多普勒单元接收和波束输出信号DΣ,l：其中，FΣ,D为和波束FFT变换矩阵，DΣ,l_i为第l个距离单元第i个多普勒单元接收和波束输出信号；对于第l个距离单元，DΣ,l中的绝对值最大值所在的多普勒单元记为l_d_max，l_d_max对应着接收机主瓣杂波的多普勒频率fd_l；步骤二、主瓣杂波空间频率估计：在第l个距离单元，对步骤一中Dl中处于l_d_max位置的多普勒单元输出信号也即最大多普勒单元输出信号Dl_d_max进行空域稀疏重构，再通过重心融合算法精确计算得到主瓣杂波空间频率，在稀疏重构中最大多普勒单元输出信号Dl_d_max为观测矢量；具体为：2.1、迭代参数初始值设置：残余矢量初始值r0＝Dl_d_max，稀疏度初始值S＝1，迭代计数量初始值t＝1，支撑集初始值Ω0为空集允许误差为||·||2为L2范数运算；经过第t次迭代估计得到稀疏重构的杂波空域幅度分布为其初始值M为N×Ns维的观测矩阵，且M是由空域导引矢量构成的一组超完备基，Ns为空域量化单元数，μp表示观测矩阵M的第p列，1≤p≤Ns；2.2、支撑集更新：根据找出观测矩阵M与残余矢量rt-1相关性最大的列并更新支撑集其中，|<rt-1,μp>|为求rt-1和μp内积的绝对值，为函数f(x)取最大值时所对应的变量x的值，是求第t次迭代中使rt-1和μp内积的绝对值最大时的列Ωt为第t次迭代获得的支撑集，由前t-1次支撑集Ωt-1与构成的新集合，为Ωt-1和列的并集；2.3、稀疏重构更新：采用最小二乘估计算法求解第t次迭代估计获得的杂波空域幅度分布其中，为函...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈明威，纪存孝，陶震，张琪，王冠，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32