基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法，其主要思路为：确定机载雷达，并且分别获取Nmax个距离门雷达回波数据和Nmax个待检测单元数据；然后确定杂波脊；令l∈{1,2,…,Nmax}，计算第l个待检测单元数据xl在杂波脊上的最终杂波功率矩阵

Knowledge aided sparse incremental minimum variance method for clutter suppression in airborne radar

The invention discloses an airborne radar clutter suppression method based on Knowledge-Aided sparse asymptotic minimum variance. The main idea is to determine the airborne radar, and obtain the Nmax range gate radar echo data and Nmax detection unit data respectively; then determine the clutter ridge; make L <{1,2,...] Nmax}, to calculate the final clutter power matrix of the L XL data on the clutter ridge.

【技术实现步骤摘要】
基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及一种基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法，适用于非均匀环境下机载预警雷达抑制强地杂波以及检测地面慢速运动目标。
技术介绍
机载预警雷达在接收目标回波信号的同时，不可避免地会受到复杂强地杂波的影响。由于复杂强地杂波严重影响了机载预警雷达对地面运动目标的检测，如何减轻或消除地杂波对检测性能的影响，是机载预警雷达所面临的难题；空时自适应处理技术能够从空域和时域两维上同时区分运动目标和杂波，能够有效改善机载预警雷达的杂波抑制和运动目标检测性能，尤其是对慢速目标的检测更为有效，因而得到了广泛的关注。由于待检测单元杂波信号的统计特性通常事先是不知道的，传统空时自适应处理STAP需要选取待检测单元附近的回波数据作为训练样本对其进行估计；为获得较优的STAP性能(相对最优处理的性能损失不超过3dB),所需要的训练样本数不应少于系统自由度的两倍，此处假设所选用的训练样本与待检测单元数据满足独立同分布条件，即这些训练样本是均匀的且和待检测单元数据的统计特性相同；然而，由于实际场景中存在复杂的地表类型、目标污染等情况，机载雷达通常都工作在非均匀杂波环境中；另外，当雷达天线旋转时，这也会导致机载雷达回波数据非均匀，使得上述独立同分布假设在实际环境中很难满足，进而影响待检测单元杂波协方差矩阵估计精度，导致STAP的杂波抑制性能显著下降。为解决以上技术问题，可以采用基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制的技术。基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法实际上就是利用待检测单元的数据重构待检测单元的杂波协方差矩阵，该方法可以有效克服训练样本的非均匀性，并且不需要人为设置参数，在工程上比较容易实现。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提出一种基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法，该种基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法能够有效抑制非均匀环境下机载预警雷达的强地杂波，提高待检测单元杂波协方差矩阵的估计精度，工程上易于实现，同时又能取得良好的杂波抑制和目标检测性能；本专利技术方法能有效抑制地杂波，并能明显改善对微弱慢速运动的目标检测性能。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。一种基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法，包括以下步骤：步骤1，确定机载雷达，并且分别获取Nmax个距离门雷达回波数据和Nmax个待检测单元数据；然后确定杂波脊；Nmax为大于1的正整数；步骤2，分别确定第l个待检测单元数据xl在杂波脊上的杂波功率矩阵初始值和第l个待检测单元数据xl的噪声功率初始值初始化：令i表示第i次迭代，i的初始值为1，l∈{1,2,...,Nmax}，l的初始值为1；Nmax表示雷达回波数据包含的距离门雷达回波数据总个数，与待检测单元数据总个数取值相等；步骤3，计算第i次迭代后第l个待检测单元数据xl在杂波脊上的杂波功率矩阵和第i次迭代后第l个待检测单元数据xl的噪声功率步骤4，若i&lt;γ，则令i的值加1，返回步骤3；其中，γ为预先设定的最大迭代次数；若i≥γ，则迭代停止，并将迭代停止时对应的第i次迭代后第l个待检测单元数据xl在杂波脊上的杂波功率矩阵记为第l个待检测单元数据xl在杂波脊上的最终杂波功率矩阵步骤5，利用第l个待检测单元数据xl在杂波脊上的最终杂波功率矩阵计算第l个待检测单元数据xl的重构空时二维协方差矩阵步骤6，将i的值初始化为1；然后令l的值加1，返回步骤3，直到得到第Nmax个待检测单元数据xl的重构空时二维协方差矩阵并利用第Nmax个待检测单元数据的重构空时二维协方差矩阵计算用于处理第Nmax个待检测单元数据的权进而得到空时自适应处理结果，所述空时自适应处理结果为基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制结果。本专利技术的有益效果：第一，本专利技术方法利用基于知识辅助稀疏渐进最小方差方法的优势，充分考虑了训练样本与待检测单元数据之间的差异，通过将待检测单元数据分解成多个空域快拍数据，再利用空域快拍数据重构待检测单元的空域协方差矩阵，最后利用杂波脊先验信息得到待检测单元的空时协方差矩阵，使得本专利技术方法能够有效抑制复杂强地杂波，从而显著改善对运动目标的检测性能。第二，本专利技术方法通过利用知识辅助稀疏渐进最小方差谱重构技术重构待检测单元的杂波协方差矩阵，该方法不需要人为设置参数，运算量小，相比传统的杂波谱重构方法谱估计精度更高，因此该方法的实时性更好，实用价值更高。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为本专利技术的一种基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法流程图；图2为机载雷达几何构型图；图3(a)为正侧阵时最优处理空时二维谱示意图；图3(b)为正侧阵时本专利技术方法空时二维谱示意图图4(a)为75度偏航角时最优处理空时二维谱示意图；图4(b)为75度偏航角时本专利技术方法空时二维谱示意图图5(a)为正侧阵时本专利技术方法与最优处理方法改善因子对比示意图；图5(b)为75度偏航角时本专利技术方法与最优处理方法改善因子对比示意图。具体实施方式参照图1，为本专利技术的一种基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法流程图；所述基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法，包括以下步骤：步骤1，确定机载雷达，机载雷达的检测范围内存在杂波散射体S和目标，所述杂波散射体S为机载雷达波束照射到地面上时能够反射机载雷达不需要的回波的物体。机载雷达发射信号并接收雷达回波数据，所述雷达回波数据包含Nmax个距离门雷达回波数据，依次记为第1个距离门的雷达回波数据、第2个距离门的雷达回波数据、...、第Nmax个距离门的雷达回波数据，每个距离门的雷达回波数据是机载雷达发射M个脉冲后接收到的雷达回波数据。参照图2，为机载雷达几何构型图；以机载雷达载机平台在地面上的投影点为原点O建立OXYZ坐标系，其中X轴为机载雷达载机平台飞行方向，Y轴为地面上与机载雷达载机平台飞行方向垂直的方向，将XOY平面作为地平面，Z轴为垂直于地平面的方向，所述地平面未考虑地表的曲率问题。机载雷达载机平台以高度H、速度v沿着X轴方向飞行；杂波散射体S为相对于机载雷达载机平台斜距为Rl的杂波散射体；将机载雷达载机平台飞行速度v的方向与机载雷达天线阵列轴向的夹角，记为偏航角α；将杂波散射体S和机载雷达天线阵列中心之间的连线与地平面水平方向的夹角，记为俯仰角将杂波散射体S和机载雷达天线阵列中心之间的连线在地平面的投影与机载雷达天线阵列轴向的夹角，记为方位角θ。其中，将机载雷达载机平台到杂波散射体S的直线距离记为斜距，第l个距离门的雷达回波数据对应斜距为Rl，Rl＝H+(l-1)△R，△R表示机载雷达的距离分辨率，B表示机载雷达的接收机带宽，c表示光传播速度，l＝1,2,…,Nmax。当l＝1时，Rl＝H，l＝Nmax，对应第Nmax个距离门的雷达回波数据；当l＝Nmax时，Rl＝H+(Nmax-1)△R，对应第Nmax个距离门的雷达回波数据，且取值与机载雷达的最大不模糊距离Ru取值相等，Tr表示机载雷达的脉冲重复周期。将每个距离门的雷达回波数据分别记为一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定机载雷达，并且分别获取Nmax个距离门雷达回波数据和Nmax个待检测单元数据；然后确定杂波脊；Nmax为大于1的正整数；步骤2，分别确定第l个待检测单元数据xl在杂波脊上的杂波功率矩阵初始值

【技术特征摘要】
1.一种基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定机载雷达，并且分别获取Nmax个距离门雷达回波数据和Nmax个待检测单元数据；然后确定杂波脊；Nmax为大于1的正整数；步骤2，分别确定第l个待检测单元数据xl在杂波脊上的杂波功率矩阵初始值和第l个待检测单元数据xl的噪声功率初始值初始化：令i表示第i次迭代，i的初始值为1，l∈{1,2,…,Nmax}，l的初始值为1；Nmax表示雷达回波数据包含的距离门雷达回波数据总个数，与待检测单元数据总个数取值相等；步骤3，计算第i次迭代后第l个待检测单元数据xl在杂波脊上的杂波功率矩阵和第i次迭代后第l个待检测单元数据xl的噪声功率步骤4，若i&lt;γ，则令i的值加1，返回步骤3；其中，γ为预先设定的最大迭代次数；若i≥γ，则迭代停止，并将迭代停止时对应的第i次迭代后第l个待检测单元数据xl在杂波脊上的杂波功率矩阵记为第l个待检测单元数据xl在杂波脊上的最终杂波功率矩阵步骤5，利用第l个待检测单元数据xl在杂波脊上的最终杂波功率矩阵计算第l个待检测单元数据xl的重构空时二维协方差矩阵步骤6，将i的值初始化为1；然后令l的值加1，返回步骤3，直到得到第Nmax个待检测单元数据xl的重构空时二维协方差矩阵并利用第Nmax个待检测单元数据的重构空时二维协方差矩阵计算用于处理第Nmax个待检测单元数据的权进而得到空时自适应处理结果，所述空时自适应处理结果为基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制结果。2.如权利要求1所述的一种基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法，其特征在于，在步骤1中，所述Nmax个距离门雷达回波数据和Nmax个待检测单元数据，其获取过程为：确定机载雷达，机载雷达的检测范围内存在杂波散射体S和目标；机载雷达发射信号并接收雷达回波数据，所述雷达回波数据包含Nmax个距离门雷达回波数据，依次记为第1个距离门的雷达回波数据、第2个距离门的雷达回波数据、…、第Nmax个距离门的雷达回波数据，每个距离门的雷达回波数据是机载雷达发射M个脉冲后接收到的雷达回波数据；将每个距离门的雷达回波数据分别记为一个待检测单元数据，进而得到Nmax个待检测单元数据；所述杂波脊是由机载雷达载机平台运动引起的反映多普勒频率和空域频率之间耦合关系的轨迹，其轨迹确定方程为：其中，将机载雷达载机平台飞行速度v的方向与机载雷达天线阵列轴向的夹角，记为偏航角α；将杂波散射体S和机载雷达天线阵列中心之间的连线与地平面的夹角，记为俯仰角λ为机载雷达发射信号的波长，fr表示机载雷达的脉冲重复频率，fd表示杂波散射体S的归一化多普勒频率，v为机载雷达载机平台飞行速度，fs表示杂波散射体S的归一化空域频率，d′表示机载雷达天线阵列的阵元间距，表示俯仰角，cos表示余弦函数，sin表示正弦函数。3.如权利要求2所述的一种基于知识辅助稀疏渐进最小方差的机载雷达杂波抑制方法，其特征在于，在步骤2中，所述第l个待检测单元数据xl在杂波脊上的杂波功率矩阵初始值和第l个待检测单元数据xl的噪声功率初始值其表达式分别为：其中，Nc表示对杂波脊进行划分后包括的子杂波散射体总个数，表示第l个待检测单元数据xl在杂波脊上第1个子杂波散射体的杂波功率初始值，表示第l个待检测单元数据xl在杂波脊上第2个子杂波散射体的杂波功率初始值，表示第l个待检测单元数据xl在杂波脊上第Nc-1个子杂波散射体的杂波功率初始值，表示第l个待检测单元数据xl在杂波脊上第Nc个子杂波散射体的杂波功率初始值，Nc表示对杂波脊进行划分后包括的子杂波散射体总个数；令表示第l个待检测单元数据xl在杂波脊上第m个子杂波散射体的杂波功率初始值，其表达式为：其中，m＝1,…,Nc，a(fs,m)表示杂波脊上第m个子杂波散射体归一化空域频率fs,m的空域导向矢量，上标H表示共轭转置操作，表示第l个待检测单元数据xl的空域协方差矩阵，N表示机载雷达天线阵列包含的阵元总个数，上标T表示矩阵转置运算，M表示一个相干处理间隔内机载雷达发射的脉冲个数，k＝1,2,…,M，ylk表示第l个待检测单元数据xl中第k个脉冲的雷达回波数据，fs,m表示杂波...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彤，马欣，肖浩，刘映影，
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