一种基于正交投影的雷达杂波自适应抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于正交投影的雷达杂波自适应抑制方法，包括如下步骤：获取原始的雷达脉压数据；对脉压数据进行挑选得到杂波样本数据；利用杂波样本数据估计杂波协方差矩阵；对杂波协方差矩阵进行特征值分解；由特征值对应的特征向量构造脉压数据的杂波子空间；计算杂波子空间的正交投影矩阵得到噪声子空间；将原始的雷达脉压数据在噪声子空间上进行正交投影，获得去杂波后的脉压数据。本发明专利技术通过正交投影的方式达到了提取出感兴趣目标而抑制掉杂波的目的；本发明专利技术可根据实测数据进行调整，具有很强的自适应能力，可广泛应用于地杂波和海杂波场景中，有效提高目标检测的准确率，减少虚警。减少虚警。减少虚警。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正交投影的雷达杂波自适应抑制方法


[0001]本专利技术涉及雷达领域，具体涉及一种基于正交投影的雷达杂波自适应抑制方法。

技术介绍

[0002]雷达(Radar，Radio Detection and Ranging)是“无线电探测和测距”的缩写，主要工作原理是通过发射天线对感兴趣观测区域进行电磁波照射，当目标出现在雷达波束照射区域内，且其散射回波能够被雷达接收机所捕获到，再通过对回波信号进行处理和分析，从而得到目标的距离、方位、速度等信息。相比于其他传感器而言，雷达具有探测距离远、作用范围广、受天气影响小等特点，已经广泛应用于军事和民用领域并发挥着重要作用。
[0003]雷达杂波是指除有用目标回波之外，对雷达正常工作产生干扰的回波信号的统称，例如地杂波、海杂波等。由于雷达探测的目标不可能孤立出现，其周围总会存在着多种因素共同作用产生的杂波，此时雷达系统如果不对杂波信号进行有效处理，将会导致显示终端上难以观察到目标，此外，大量杂波的存在将会给数据处理带来非常高的计算负担，且容易引起大量虚警，严重时雷达将无法正常工作。因此，杂波抑制一直是雷达信号处理领域中的热点问题。
[0004]杂波抑制是指通过信号处理方式，在深入分析雷达杂波特性的基础上，对雷达当前工作环境中的杂波进行数学模型构建和参数调校，设计合理抑制杂波的方法，以达到既压制了杂波又保留了目标的目的。从本质上讲，杂波抑制的主要目的就是提高目标相对杂波的功率比(信杂比)，保证雷达对目标的检测准确率，减少虚警产生。
[0005]目前，传统雷达中较为常见的杂波抑制和目标检测方法主要有动目标显示技术(MTI)、动目标检测技术(MTD)、杂波图和恒虚警检测(CFAR)等。这些方法的优点是工程实现简单，计算量低、性能稳定，对于固定不动的杂波抑制效果较好，缺点是不具有自适应能力，当杂波具有一定速度或者速度与目标速度相当时，杂波抑制效果很差。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于正交投影的雷达杂波自适应抑制方法，包括如下步骤：
[0007]获取原始的雷达脉压数据；
[0008]对脉压数据进行挑选得到杂波样本数据；
[0009]利用杂波样本数据估计杂波协方差矩阵；
[0010]对杂波协方差矩阵进行特征值分解；
[0011]由特征值对应的特征向量构造脉压数据的杂波子空间；
[0012]计算杂波子空间的正交投影矩阵得到噪声子空间；
[0013]将原始的雷达脉压数据在噪声子空间上进行正交投影，获得去杂波后的脉压数据。
[0014]进一步地，所述杂波样本数据同时满足以下条件：
[0015]含有杂波信号；
[0016]不含有目标信号；
[0017]杂波统计特性相同或相近；
[0018]噪声与杂波统计不相关；
[0019]噪声相互统计不相关且具有相同的方差。
[0020]进一步地，原始的雷达脉压数据X具体为：
[0021]X＝S+C+W
[0022]其中，S为目标矩阵，C为杂波矩阵，W为噪声矩阵，X、S、C和W都为M
×
N的矩阵；M为单个脉冲的采样点数，N表示脉冲的个数。
[0023]进一步地，所述杂波样本数据具体表示为：
[0024][0025]其中，都为K
×
N的矩阵，K为样本个数，为样本杂波矩阵，为样本的噪声矩阵。
[0026]进一步地，所述杂波样本数据协方差矩阵具体为：
[0027][0028]其中，为N
×
N的杂波协方差矩阵，σ2为噪声方差，I为对角线元素为1其余元素为0的单位矩阵，[]H
为共轭转置算子，R和I都为N
×
N的矩阵。
[0029]进一步地，所述杂波样本数据协方差矩阵的特征值分解表示为：
[0030][0031]其中，r为R的秩，即r＝rank(R)，U＝[u
1 u2ꢀ…ꢀ
u
n
ꢀ…ꢀ
u
N
]T
为N
×
N的矩阵，∑＝diag(λ
1 λ2ꢀ…ꢀ
λ
n
ꢀ…ꢀ
λ
N
)为N
×
N的矩阵，标量λ
n
和向量u
n
(n＝1,2,
…
,N)为杂波协方差矩阵R的特征值及其对应的特征向量，向量u
n
为N
×
1的矩阵，diag()表示对角阵。
[0032]进一步地，所述由特征值对应的特征向量构造脉压数据的杂波子空间具体包括：
[0033]令
[0034][0035]则
[0036][0037][0038]其中，
[0039][0040][0041][0042][0043]和分别为前r个大特征值和(N-r)个小特征值对应的特征向量组成的矩阵，其中，为N
×
r的矩阵，为N
×
(N-r)的矩阵，都为r
×
r的矩阵，为(N-r)
×
(N-r)的
矩阵，所述大特征值为将杂波协方差矩阵R的特征值按照从大到小排序，选取的前r个非零特征值λ
′
i
，其中，i＝1,2,
…
,r，λ
′1≥λ
′2≥
…
≥λ
′
r
，剩余的(N-r)个特征值为小特征值；
[0044]由特征值分解的特点可知U是酉矩阵，具有如下性质
[0045][0046]所述构造的杂波子空间为
[0047][0048]其中，矩阵内积
[0049]进一步地，所述噪声子空间具体的计算公式为：
[0050][0051]进一步地，所述去杂波后的脉压数据具体为：
[0052][0053]其中，Y为M
×
N的矩阵，表示去杂波后的脉压数据。
[0054]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0055]1、本专利技术通过正交投影的方式达到了提取出感兴趣目标而抑制掉杂波的目的；
[0056]2、通过正交投影后的目标分量的相位相参性不会被破坏，仍可进行相参积累处理，获得更好的目标信噪比输出结果；
[0057]3、本专利技术可根据实测数据进行调整，具有很强的自适应能力，可广泛应用于地杂波和海杂波场景中，有效提高目标检测的准确率，减少虚警。
附图说明
[0058]图1是本专利技术方法的流程图。
[0059]图2是发射信号的实部图。
[0060]图3是发射信号时频关系图。
[0061]图4是脉压数据时域功率分布图。
[0062]图5是目标所在位置多普勒能量分布。
[0063]图6是波协方差阵特征值能量分布结果图。
[0064]图7是正交投影后脉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正交投影的雷达杂波自适应抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：获取原始的雷达脉压数据；对脉压数据进行挑选得到杂波样本数据；利用杂波样本数据估计杂波协方差矩阵；对杂波协方差矩阵进行特征值分解；由特征值对应的特征向量构造脉压数据的杂波子空间；计算杂波子空间的正交投影矩阵得到噪声子空间；将原始的雷达脉压数据在噪声子空间上进行正交投影，获得去杂波后的脉压数据。2.根据权利要求1所述的基于正交投影的雷达杂波自适应抑制方法，其特征在于，所述杂波样本数据同时满足以下条件：含有杂波信号；不含有目标信号；杂波统计特性相同或相近；噪声与杂波统计不相关；噪声相互统计不相关且具有相同的方差。3.根据权利要求2所述的基于正交投影的雷达杂波自适应抑制方法，其特征在于，原始的雷达脉压数据X具体为：X＝S+C+W其中，S为目标矩阵，C为杂波矩阵，W为噪声矩阵，X、S、C和W都为M
×
N的矩阵；M为单个脉冲的采样点数，N表示脉冲的个数。4.根据权利要求3所述的基于正交投影的雷达杂波自适应抑制方法，其特征在于，所述杂波样本数据具体表示为：其中，都为K
×
N的矩阵，K为样本个数，为样本杂波矩阵，为样本的噪声矩阵。5.根据权利要求4所述的基于正交投影的雷达杂波自适应抑制方法，其特征在于，所述杂波样本数据协方差矩阵具体为：其中，为N
×
N的杂波协方差矩阵，σ2为噪声方差，I为对角线元素为1其余元素为0的单位矩阵，[]
H
为共轭转置算子，R和I都为N
×
N的矩阵。6.根据权利要求5所述的基于正交投影的雷达杂波自适应抑制方法，其特征在于，所述杂波样本数据协方差矩阵的特征值分解表示为：其中，r为R的秩，即r＝rank(R)，U＝[u
1 u2…ꢀ
u
n
…ꢀ
u
N
]
T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中宝，尹奎英，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：