一种时域降维的多快拍迭代阵元幅相误差估计方法技术

本发明专利技术属于雷达技术领域，具体涉及一种时域降维的多快拍迭代阵元幅相误差估计方法，方法步骤如下：步骤1，根据回波数据xl构建基矩阵；步骤2，利用时域降维方法得到降维后的回波数据zK,l和杂波表示基矩阵ψK,l；步骤3，根据降维后的回波数据zK,l得到降维后的回波数据的范数；步骤4，计算第i次迭代的各个距离单元杂波数据的复幅度

【技术实现步骤摘要】
一种时域降维的多快拍迭代阵元幅相误差估计方法
本专利技术属于雷达
，具体涉及一种时域降维的多快拍迭代阵元幅相误差估计方法。
技术介绍
随着信息科学技术的飞速发展，国防事业已跨入信息化的时代。作为打赢现代信息化战争的关键装备，机载预警雷达以其独特的战略特点，被各国军方视为能够左右战场态势的信息获取利器。而杂波抑制性能是影响机载预警雷达能否正常下视工作的主要因素。由Brennan和Reed首先提出的空时自适应处理STAP技术能够有效抑制空时耦合的地杂波，是一种STAP方法的雏形。后续研究的许多STAP方法都是以理想模型为基础而建立的，这些STAP方法没有考虑实际机载雷达系统中存在的系统误差。常见机载雷达系统的误差类型有阵元位置误差、互耦效应、幅相误差和方向图波束指向误差等，这些系统误差会影响基于理想模型的STAP方法的杂波抑制性能，它们会引起自适应算法无法保持目标增益、信杂噪比下降的问题。这些系统误差中的阵元幅相误差，通常是受到硬件设备精度及加工工艺的影响，阵列天线各个接收通道之间的幅相特性表现不一致而产生的。阵元幅相误差是一种与方位无关的误差，其校正方法主要可以分为有源校正和自校正两类。有源校正是利用外部精确已知的辅助信源对阵元误差进行离线校正的方法，该方法理论上可以取得较好效果，但对辅助信源有较高的性能要求并且增加了系统的复杂度。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种时域降维的多快拍迭代阵元幅相误差估计方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种时域降维的多快拍迭代阵元幅相误差估计方法，方法步骤如下：步骤1：取出雷达接收到的经脉冲压缩后L个距离单元的回波数据xl，其中l＝1,2,...,L，并构建这L个距离单元的杂波表示基矩阵ψl,(l＝1,2,…,L)；步骤2：利用时域降维方法，对回波数据xl和杂波表示基矩阵ψl进行时域降维处理，得到降维后的回波数据zK,l和杂波表示基矩阵ψK,l，其中l＝1,2,...,L；步骤3：初始化时域降维后的接收数据的范数pK＝||ZK||F，噪声电平σ，迭代差值δK＝σ，阵元幅相误差es＝1N；步骤4：计算第i次迭代的各个距离单元杂波数据的复幅度同时，根据这L个距离单元的杂波数据的复幅度计算阵元幅相误差es：其中，TK代表KN×KN维的经过时域降维的阵元幅相误差锥削矩阵，由于时域降维不会影响阵元幅相误差矢量，所以1K为K×1维全为1的矢量；步骤5：更新计算判断是否满足pK＞σ且δK＞0.01σ：是，执行步骤4；否，迭代过程结束；其中ZK＝[zK,1zK,2…zK,L]，迭代结束时估计的阵元幅相误差即为阵元幅相误差的最优估计es,opt。在本专利技术的一个实施例中，所述步骤1包括：空域频率fs的表达式为：其中，d表示阵元间距，λ表示波长，θ表示方位角，表示俯仰角；定义为归一化后的空域频率，其计算公式为：其中，fsm为最大空域频率；多普勒频率fd的表达式为：其中，θα表示天线安装角，表示v载机速度；定义为归一化后的空域频率，其计算公式为：其中，fr为脉冲重复频率；由此可以得到第i个杂波散射体的归一化多普勒频率相应的时域导向矢量计算公式如下：其中，i∈{1,2,…,Nc}表示第i个杂波散射体，Nc表示一个距离单元内的杂波散射体个数，M代表了一个CPI内发射脉冲的个数，[·]T表示转置；第i个杂波散射体的归一化空域频率相应的空域导向矢量是其计算公式如下：其中，N表示天线阵列所含的阵元数，i∈{1,2,…,Nc}；由第i个杂波散射体的时域导向矢量和空域导向矢量，可以得到其空时导向矢量si，其表达式如下：其中，表示Kronecker积；由上式可以得到MN×NrNc维的第l个距离单元的空时导向矢量矩阵Sl：由于第l个距离单元的协方差矩阵Rl与Sl张成的杂波子空间相同，该杂波子空间的具体构造方式如下：[U,Σ,V]＝svd(Sl)，其中，svd(·)代表奇异值分解操作，U与V分别是Sl的左、右奇异矢量矩阵，Σ是奇异值矩阵：其中，Σ1＝diag(λ1λ2…λh)，它的对角元素为矩阵的奇异值，并且这些奇异值满足λ1≥λ2≥…≥λh≥0，h＝min{MN,NrNc}；通常杂波散射体的个数NrNc远比MN大，所以h取MN；根据Σ1可以估计得到有效秩g；非正侧阵的有效秩可以通过下式得到：其中，η∈[0,1]，有效秩g的取值为达到η≥η0的最小整数，η0是接近于1的阈值，这种取值方式可以逼近得到杂波子空间；正侧阵的有效秩可以通过下式得到：其中，β＝2v/λfr；大特征值对应的特征矢量属于杂波子空间Subc，即可以通过选取左奇异矢量矩阵U的前g列来实现杂波子空间的低秩逼近：ψl＝U(:,1:g)，其中，ψl是所要构造的杂波表示基矩阵，代表矩阵ψl的列空间。在本专利技术的一个实施例中，所述步骤2包括：利用时域降维方法，对L个距离单元的回波数据xl和杂波表示基矩阵ψl进行降维处理，其中l＝1,2,...,L；令Q为降维矩阵，由于此处仅在时域降维，并且仅选取主杂波所占据的K个多普勒通道，其公式为：其中，Qt是M×K维的时域降维矩阵，M、K分别为降维前、后的维数，IN是N×N维的单位阵；对机载雷达的实际接收数据xl进行时域降维预处理，得到降维后的数据为：zK,l＝QHxl；降维后的空时导向矢量为：sz,l＝QHsl；降维后的杂波表示基矩阵ψz,l：[Uz,Σz,Vz]＝svd(Sz,l)，ψK,l＝Uz(:,1:gz)，其中，gz为降维后的有效秩，Sz,l＝QHSl表示时域降维后的第l个距离单元及其相应模糊距离单元的所有杂波散射体组成的空时导向矢量矩阵。在本专利技术的一个实施例中，所述步骤3包括：ZK＝[zK,1zK,2…zK,L]代表L个采样单元经过时域降维得到的数据，维数为KN×L维，zK,l为KN×1维的第l个采样单元的时域降维后的数据。在本专利技术的一个实施例中，所述步骤4包括：建立代价函数：其中，ZK＝[zK,1zK,2…zK,L]代表L个采样单元经过时域降维得到的数据，维数从MN×L降为KN×L，zK,l为KN×1维的第l个采样单元的时域降维后的数据，ψK,l代表第l个采样单元的时域降维后的杂波基矩阵，维数为KN×gz，代表待估计的第l个采样单元的时域降维后的杂波复幅度矢量，维数为gz×1，TK代表KN×KN维的经过时域降维的阵元幅相误差锥削矩阵，展开上式得到：矩阵Frobenius范数可以改为矢量的2范数，这个性质是：其中，||·||2是矢量的2范数，n为矩阵Γ的列数；由上式进一步可以得到：其中，zK,l是选取第l个采样单元接收数据的K个主杂波所占据的多普勒通道的时域降维后的数据，维数是KN×1；上式可以等效为L个独立的优化问题，即：首先求解时域降维后的杂波数据的复幅度矢量假设误差锥削矩阵TK已知，得到：因为是KN×gz维的，并且满足关系KN＞gz，对于这个超定方程能求得唯一解：由上式可以得到估计的时域降维后的杂波数据：重构的L个采样单元的时域降维杂波数据矩阵可以表示为：根据已经估计出的来求解阵元幅相误差矢量es；将时域降维杂波数据矩阵代入最初设立的代价函数中，得到：将上式展开为：由于上式可以进一步展开为：根据上式进一步化简，可以得到：将上式转化为矢量的2范数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时域降维的多快拍迭代阵元幅相误差估计方法，其特征在于，方法步骤如下：步骤1：取出雷达接收到的经脉冲压缩后L个距离单元的回波数据xl，其中l＝1,2,...,L，并构建这L个距离单元的杂波表示基矩阵ψl,(l＝1,2,…,L)；步骤2：利用时域降维方法，对回波数据xl和杂波表示基矩阵ψl进行时域降维处理，得到降维后的回波数据zK,l和杂波表示基矩阵ψK,l，其中l＝1,2,...,L；步骤3：初始化时域降维后的接收数据的范数pK＝||ZK||F，噪声电平σ，迭代差值δK＝σ，阵元幅相误差es＝1N；步骤4：计算第i次迭代的各个距离单元杂波数据的复幅度

【技术特征摘要】
1.一种时域降维的多快拍迭代阵元幅相误差估计方法，其特征在于，方法步骤如下：步骤1：取出雷达接收到的经脉冲压缩后L个距离单元的回波数据xl，其中l＝1,2,...,L，并构建这L个距离单元的杂波表示基矩阵ψl,(l＝1,2,…,L)；步骤2：利用时域降维方法，对回波数据xl和杂波表示基矩阵ψl进行时域降维处理，得到降维后的回波数据zK,l和杂波表示基矩阵ψK,l，其中l＝1,2,...,L；步骤3：初始化时域降维后的接收数据的范数pK＝||ZK||F，噪声电平σ，迭代差值δK＝σ，阵元幅相误差es＝1N；步骤4：计算第i次迭代的各个距离单元杂波数据的复幅度同时，根据这L个距离单元的杂波数据的复幅度计算阵元幅相误差es：其中，TK代表KN×KN维的经过时域降维的阵元幅相误差锥削矩阵，由于时域降维不会影响阵元幅相误差矢量，所以1K为K×1维全为1的矢量；步骤5：更新计算判断是否满足pK＞σ且δK＞0.01σ：是，执行步骤4；否，迭代过程结束；其中ZK＝[zK,1zK,2…zK,L]，迭代结束时估计的阵元幅相误差即为阵元幅相误差的最优估计es,opt。2.根据权利要求1所述的时域降维的多快拍迭代阵元幅相误差估计方法，其特征在于，所述步骤1包括：空域频率fs的表达式为：其中，d表示阵元间距，λ表示波长，θ表示方位角，表示俯仰角；定义为归一化后的空域频率，其计算公式为：其中，fsm为最大空域频率；多普勒频率fd的表达式为：其中，θα表示天线安装角，表示v载机速度；定义为归一化后的空域频率，其计算公式为：其中，fr为脉冲重复频率；由此可以得到第i个杂波散射体的归一化多普勒频率相应的时域导向矢量计算公式如下：其中，i∈{1,2,…,Nc}表示第i个杂波散射体，Nc表示一个距离单元内的杂波散射体个数，M代表了一个CPI内发射脉冲的个数，[·]T表示转置；第i个杂波散射体的归一化空域频率相应的空域导向矢量是其计算公式如下：其中，N表示天线阵列所含的阵元数，i∈{1,2,…,Nc}；由第i个杂波散射体的时域导向矢量和空域导向矢量，可以得到其空时导向矢量si，其表达式如下：其中，表示Kronecker积；由上式可以得到MN×NrNc维的第l个距离单元的空时导向矢量矩阵Sl：由于第l个距离单元的协方差矩阵Rl与Sl张成的杂波子空间相同，该杂波子空间的具体构造方式如下：[U,Σ,V]＝svd(Sl)，其中，svd(·)代表奇异值分解操作，U与V分别是Sl的左、右奇异矢量矩阵，Σ是奇异值矩阵：其中，Σ1＝diag(λ1λ2…λh)，它的对角元素为矩阵的奇异值，并且这些奇异值满足λ1≥λ2≥…≥λh≥0，h＝min{MN,NrNc}；通常杂波散射体的个数NrNc远比MN大，所以h取MN；根据Σ1可以估计得到有效秩g；非正侧阵的有效秩可以通过下式得到：其中，η∈[0,1]，有效秩g的取值为达到η≥η0的最小整数，η0是接近于1的阈值，这种取值方式可以逼近得到杂波子空间；正侧阵的有效秩可以通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彤，马欣，刘程，王萌，
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