基于FDA‑MIMO雷达的距离模糊杂波抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FDA‑MIMO雷达的局域联合降维距离模糊杂波抑制方法，主要解决现有距离模糊杂波抑制方法检测性能不佳而且运算量大和对独立同分布样本数目要求高的问题。其实现步骤为：(1)用发射波形对雷达的回波数据进行匹配滤波；(2)对匹配滤波后的数据进行距离依赖补偿；(3)构造局域联合降维矩阵并对接收数据进行降维处理；(3)用降维后的数据估计出杂波协方差矩阵；(4)根据最小方差无畸变响应波束形成得到最优权矢量；(5)用最优权对降维后的数据加权，抑制距离模糊杂波，检测出目标信号。本发明专利技术与现有距离模糊杂波抑制方法相比，具有计算复杂度低，对独立同分布样本数目的要求低和抑制杂波性能好的优点，实现对机载雷达的距离模糊杂波抑制，可应用于机载雷达地面运动目标检测。

FDA suppression method of MIMO radar clutter based on fuzzy distance

The invention discloses a local FDA MIMO radar based on joint dimension distance method of fuzzy clutter suppression, mainly solves the fuzzy distance clutter suppression method for detection of poor performance and large amount of computation and the number of independent and identically distributed sample demanding issues. The method comprises the following steps: (1) by matching filtering with the waveform of radar echo data; (2) to match the data after filtering for distance dependent compensation; (3) constructed the joint dimension matrix and to reduce the dimension of the received data; (3) to estimate the clutter covariance matrix of dimension reduction after the data; (4) according to the minimum variance distortionless response beamformer to obtain the optimal weight vector; (5) for high-dimensional data weighted by the optimal power, suppression of range ambiguous clutter, the target signal detection. The invention with the existing distance fuzzy method for clutter suppression compared with low computational complexity, the number of independent and identically distributed samples and low requirement to suppress the advantages of good performance of wave, airborne radar range ambiguous clutter suppression, can be applied to the ground moving target detection for airborne radar.

【技术实现步骤摘要】
基于FDA-MIMO雷达的距离模糊杂波抑制方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及一种距离模糊杂波抑制方法，可用于对动目标的检测。
技术介绍
当机载预警雷达处于下视工作状态时，杂波多普勒会扩散，导致微弱目标信号被杂波淹没。空时二维自适应处理STAP联合空间和时间二维信息能有效提高杂波抑制能力和动目标检测性能。传统的STAP方法都是假定不存在距离模糊的情况下，当发生了距离模糊时，目标要同时与无模糊和有模糊的杂波竞争，大大降低了STAP的检测性能。T.B.Hale等在论文“Localizedthree-dimensionaladaptivespatial-temporalprocessingforairborneradar”(IEERadarSonarandNavig.,vol.150,no.1,pp.18-22,Feb.2003)和“Cluttersuppressionusingelevationinterferometryfusedwithspace-timeadaptiveprocessing”(Electron.Lett.,vol.37,no.12,pp.793-794,Jun.2001)中提出了一种三维SATP方法，通过引入俯仰维的自由度来解决距离模糊杂波问题。但该种方法计算量很大而且需要大量的训练数据，难以在实际情况中进行运用。D.Cristallini等在论文“ArobustdirectdatadomainapproachforSTAP”(IEEETrans.SignalProcess.,vol.60,no.3,pp.1283-1294,Mar.2012)中介绍了一种直接数据域STAP方法，通过单次快拍在空域和时域的平滑获得二阶训练样本实现对距离模糊杂波的抑制，但该方法牺牲了一定的自由度，造成检测性能的下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于FDA-MIMO雷达的距离模糊杂波抑制方法，以在发生距离模糊的情况下，提高动目标的检测性能。本专利技术的技术方案是：通过采用多输入多输出MIMO雷达技术可有效的虚拟发射自由度,利用频率分集阵列的发射导向矢量的距离角度依赖特点，对距离模糊杂波进行分离和抑制，同时通过局域联合降维方法降低计算复杂度和杂波抑制对独立同分布杂波样本数目的要求，对地面目标检测过程进行实时处理，其实现步骤包括如下：(1)利用正侧视FDA—MIMO雷达模式，对雷达接收机端N个天线每次快拍数据分别用M个发射天线阵元的发射波形进行匹配滤波；将每个接收天线匹配滤波后的回波数据首尾相连，得到MNK×1维的第l个距离门的空时数据矢量xl，其中，m＝1,2,...,M，上标*表示共轭，K为一次相干处理间隔内的脉冲数；(2)对空时数据矢量xl进行距离依赖补偿，得到补偿后的空时数据矢量：其中，为补偿矢量，rl为对应于待检测距离门的主值距离，gT(rl)表示发射端的补偿矢量，1N为N维全1的列矢量，1K为K维全1的列矢量，符号表示Kronecker积，上标H表示共轭转置，diag表示将补偿矢量对角化；(3)对补偿后的空时数据矢量和目标的导向矢量进行降维，得到降维后的数据矢量和降维后的目标导向矢量其中，T表示局域联合降维矩阵，p0表示目标所在的距离区域索引号，ψ0为目标的角度，v0为目标的速度；(4)利用L个距离门的降维后数据矢量估计目标所在距离门的协方差矩阵：其中，为降维后的杂波加噪声的协方差矩阵；(5)根据步骤(3)和步骤(4)的结果，由最小方差无畸变响应波束形成器得到最优权矢量：其中，为协方差矩阵估计值的逆矩阵；(6)利用最优权矢量w对降维后的数据矢量进行加权求和，将回波数据中的杂波抑制滤除，检测出动目标。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(a)本专利技术利用FDA雷达距离维的自由度，同时利用MIMO技术，先通过距离依赖补偿将距离模糊杂波在发射-接收空间分离，再对不同距离区域的杂波进行抑制，提高了动目标的检测性能。(b)本专利技术对距离依赖补偿之后的数据利用局域联合降维处理方法进行降维，不仅减小了计算量，降低了计算复杂度，也降低了对独立同分布数据样本数目的要求，可实现对地面动目标的实时检测。本专利技术的目的、特征、优点可通过如下附图和实例详细描述。附图说明图1是本专利技术的实现流程图；图2是本专利技术中所采用的正侧视机载FDA-MIMO雷达的模型示意图；图3是FDA-MIMO雷达未进行距离依赖补偿的杂波功率谱；图4是本专利技术中对FDA-MIMO雷达进行距离依赖补偿后的杂波功率谱；图5是用本专利技术对杂波进行抑制的发射-接收-多普勒三维处理器响应图；图6是图5在空时二维平面上的切片图。具体实施方式本专利技术所用的正侧视机载FDA-MIMO雷达模型如图2所示，坐标系原点O为平台在水平面的投影点，发射阵列与接收阵列均采用均匀线阵，发射天线阵元数为M，接收天线阵元数为N，dT为发射天线阵元间距，dR为接收天线阵元间距，x轴为平台运动速度υp的方向，H为平台的高度，θq为杂波点的方位角，φl,p为杂波点的俯仰角，rl,p为杂波点到平台的距离，ψl,p,q为杂波点与平台连线的夹角，ξl,p,q为杂波点的散射系数。参照图1，本专利技术的具体实现步骤如下：步骤1：对雷达的回波数据进行匹配滤波。利用正侧视FDA—MIMO雷达模式，用每个接收天线的回波数据与发射波形的共轭作内积进行匹配滤波，将匹配滤波之后的回波数据首尾相连，即可得到MNK×1维的回波数据为：其中，上标*表示共轭，m＝1,2,…,M，K为一次相干处理时间内的脉冲数，ξt为目标的反射系数，为目标的导向矢量，符号表示Kronecker积，aT(fT(r0,ψ0))为目标的发射导向矢量，fT(r0,ψ0)为目标的发射空间频率，aR(fR(ψ0))为目标的接收导向矢量，fR(ψ0)为目标的接收空间频率，b(fd(ψ0,v0))为目标的多普勒导向矢量，fd(ψ0,v0)为目标的多普勒频率，r0为目标的距离，ψ0为目标的角度，v0为目标的速度，Np为距离模糊数，Nc为每个距离门内统计独立的杂波点数，为杂波点的导向矢量，aT(fT(rl,p,ψl,p,q))为杂波的发射导向矢量，fT(rl,p,ψl,p,q)＝-2Δfrl,p/c+dTcos(ψl,p,q)/λ0为杂波点的归一化发射空间频率，aR(fR(ψl,p,q))为杂波的接收导向矢量，fR(ψl,p,q)＝dRcos(ψl,p,q)/λ0为杂波的归一化接收空间频率，b(fd(ψl,p,q))为杂波的多普勒导向矢量，fd(ψl,p,q)＝2vpTcos(ψl,p,q)/λ0为杂波的归一化多普勒频率，Δf为步进频率量，c为光速，λ0为载波波长，T为脉冲重复周期，nl为高斯白噪声的空时数据矢量。所述的正侧视FDA-MIMO雷达模式，是指每个发射天线单元的发射信号载频具有线性步进量，且平台的飞行方向与天线法线方向垂直，在发射端由多个发射天线发射相互正交的信号产生多个发射通道，在接收端用多个天线接收回波信号。步骤2：对匹配滤波之后的数据进行距离依赖补偿。由于频率分集阵列FDA雷达通过阵元间载频的频率增量，引入距离维的自由度，导致发射导向矢量存在距离依赖性，需要进行距离依赖补偿，补偿矢量为补偿后的数据矢量表示为：其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FDA‑MIMO雷达的距离模糊杂波抑制方法，包括：(1)利用正侧视FDA—MIMO雷达模式，对雷达接收机端N个天线每次快拍数据分别用M个发射天线阵元的发射波形

【技术特征摘要】
1.一种基于FDA-MIMO雷达的距离模糊杂波抑制方法，包括：(1)利用正侧视FDA—MIMO雷达模式，对雷达接收机端N个天线每次快拍数据分别用M个发射天线阵元的发射波形进行匹配滤波；将每个接收天线匹配滤波后的回波数据首尾相连，得到MNK×1维的第l个距离门的空时数据矢量xl，其中，m＝1,2,...,M，上标*表示共轭，K为一次相干处理间隔内的脉冲数；(2)对空时数据矢量xl进行距离依赖补偿，得到补偿后的空时数据矢量：其中，为补偿矢量，rl为对应于待检测距离门的主值距离，gT(rl)表示发射端的补偿矢量，1N为N维全1的列矢量，1K为K维全1的列矢量，符号表示Kronecker积，上标H表示共轭转置，diag表示将补偿矢量对角化；(3)对补偿后的空时数据矢量和目标的导向矢量进行降维，得到降维后的数据矢量和降维后的目标导向矢量其中，T表示局域联合降维矩阵，p0表示目标所在的距离区域索引号，ψ0为目标的角度，v0为目标的速度；(4)利用L个距离门的降维后数据矢量估计目标所在距离门的协方差矩阵：

【专利技术属性】
技术研发人员：许京伟，廖桂生，徐义正，张玉洪，兰岚，娄联章，
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