一种波束域补偿的匀加速机载雷达杂波抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种波束域补偿的匀加速机载雷达杂波抑制方法，确定机载雷达，机载雷达检测范围内存在目标，机载雷达向其检测范围内发射信号并经目标反射后接收到的回波信号，记为雷达原始回波数据矩阵；采用阵元域FFT产生多个不同指向的波束，此时每个波束序号对应一个天线锥角余弦值，可以在方位上分离信号；按照天线锥角与方位角的关系，对不同波束序号的数据进行不同补偿；对波束域补偿后的数据进行降维STAP处理，得到波束域补偿的匀加速机载雷达杂波抑制处理结果。本发明专利技术抑制方法能够减小载机飞行加速度对地面散射点回波的影响，提高杂波抑制性能。杂波抑制性能。杂波抑制性能。

【技术实现步骤摘要】
一种波束域补偿的匀加速机载雷达杂波抑制方法


[0001]本专利技术属于雷达
，涉及一种波束域补偿的匀加速机载雷达杂波抑制方法。

技术介绍

[0002]在现代战争中，雷达因为其全天候、全天时等优势，逐渐成为军事上必不可少的核心电子装备。其中机载雷达更是因为其探测视野广、机动性强等特点，已成为现代战争中夺取制空权和制信息权，决定现代战争胜负的重要因素。
[0003]当机载雷达在下视工作时，往往会受到地杂波的影响。且由于载机和地面之间存在相对运动，不同方向的散射点与雷达的相对速度是不同的，杂波会在多普勒域上发生扩散，杂波抑制难度相较于地基固定雷达会明显增加。空时自适应处理(STAP)技术可以在空时二维域上对杂波和目标进行区分，实现杂波抑制和目标检测。
[0004]在杂波特性已知的假设下，全维STAP的性能是所有STAP处理方法的性能上限。但是在大天线系统情况下，全维STAP涉及较高的计算复杂度，且对独立同分布(i.i.d.)样本数的需求较大，难以在实际工程中应用。因此在实际应用中，通常会使用可以大大减少计算量和i.i.d.样本需求的降维STAP方法。降维STAP是以放弃部分系统自由度，损失杂波抑制性能为代价的，它只能达到杂波抑制的准最优性能。降维STAP算法分为固定结构降维算法和自适应降维算法，前者由于其实用性而更受关注。在固定结构的降维STAP方法中，由于时域滤波相较空域滤波能获得更低的副瓣，杂波的局域化效果更好，因此多普勒后降维STAP方法在实际应用中被更多使用。多普勒后降维STAP方法只需要单独考虑每个多普勒通道的杂波分量，分别形成空域或联合域自适应滤波器，能够在较少的i.i.d.样本下得到较好的杂波抑制性能。
[0005]对于在一个CPI内变速飞行的载机，其加速度往往会使雷达天线的采样点在空间上非均匀分布，导致目标或地面散射点回波的多普勒频率在一个CPI内发生变化，传统的针对匀速直线运动机载雷达的STAP技术无法直接应用，给杂波抑制和目标检测带来新的挑战。因此，对变速飞行机载雷达杂波抑制方法进行研究是十分必要的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种波束域补偿的匀加速机载雷达杂波抑制方法，能够减小载机飞行加速度对地面散射点回波的影响，提高杂波抑制性能。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是，一种波束域补偿的匀加速机载雷达杂波抑制方法，具体按照以下步骤实施：
[0008]步骤1，确定机载雷达，且机载雷达检测范围内存在目标，设机载雷达向其检测范围内发射信号并经目标反射后接收到的回波信号，记为雷达原始回波数据矩阵X，雷达原始回波数据矩阵X为N
×
K
×
L维的阵元
‑
脉冲
‑
距离域数据，N表示机载雷达天线的阵元数，K表示机载雷达在一个相干积累时间内发射的脉冲数，L表示机载雷达接收到的回波数据包含
的距离单元总个数；
[0009]步骤2，根据阵元加权FFT的切比雪夫加权值，确定阵元FFT加权系数矢量β；
[0010]步骤3，令l＝1，l∈{1,2,
…
,L}，l表示第l个距离单元；
[0011]步骤4，对第l个距离单元的N
×
K维阵元
‑
脉冲维数据X
l
，根据机载雷达的距离分辨率，确定第l个距离单元的斜距R
l
，根据第l个距离单元的斜距R
l
，确定第l个距离单元上的散射点的俯仰角根据第l个距离单元上的散射点的俯仰角和多波束形成的角度范围，确定对第l个距离单元的N
×
K维阵元
‑
脉冲维数据X
l
进行阵元加权FFT的Q个归一化空间频率值，Q的大小和机载雷达天线的阵元数N相等；
[0012]步骤5，根据步骤4得到的归一化空间频率值和步骤2得到的阵元FFT加权系数矢量β，确定第l个距离单元的N
×
K维阵元
‑
脉冲维数据的阵元FFT加权变换矩阵F
l
；使用阵元FFT加权变换矩阵F
l
对所述第l个距离单元的阵元
‑
脉冲维数据X
l
进行阵元域加权FFT变换，得到第l个距离单元波束
‑
脉冲维回波数据Y
l
；
[0013]步骤6，令q＝1，q∈{1,2,
…
,Q}，q表示第q个波束；
[0014]步骤7，根据机载雷达飞行的加速度a及其它雷达参数，确定对第l个距离单元、第q个波束的K
×
1维杂波数据y
ql
的K
×
1维补偿矢量t
ql
，并根据补偿矢量t
ql
对第l个距离单元、第q个波束的脉冲维回波数据y
ql
进行补偿，得到补偿后的脉冲维数据
[0015]步骤8，令q的值加1，并重复执行步骤8，得到第l个距离单元的所有Q个波束的补偿后的脉冲维数据
[0016]步骤9，令l的值加1，并重复执行步骤5到步骤9，得到所有L个距离单元的所有Q个波束的补偿后的脉冲维数据从而根据所有补偿后的脉冲维数据构建波束域补偿后的N
×
K
×
L维的波束
‑
脉冲
‑
距离域数据
[0017]步骤10，对步骤9构建的波束域补偿后波束
‑
脉冲
‑
距离域数据在脉冲域进行FFT变换，得到波束
‑
多普勒
‑
距离域数据
[0018]步骤11，对步骤10得到的波束
‑
多普勒
‑
距离域数据进行空时降维自适应处理，得到空时降维自适应处理后的剩余杂波数据Z。
[0019]本专利技术的特征还在于，
[0020]步骤2中，阵元FFT加权系数矢量β的表达式为：
[0021]β＝[β
0 β1ꢀ…ꢀ
β
N
‑1]T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0022]式(1)中，β
n
,n＝1,
…
,N表示阵元FFT加权系数的每一项，(
·
)
T
表示转置操作。
[0023]步骤4的具体过程为：
[0024]步骤4.1，对第l个距离单元的N
×
K维阵元
‑
脉冲维数据X
l
，根据机载雷达的距离分辨率，确定第l个距离单元的斜距R
l
；
[0025]机载雷达的距离分辨率的表达式为：
[0026][0027]式(2)中，c表示光速，B表示机载雷达发射信号的带宽；
[0028]则第l个距离单元的斜距R
l
的表达式为：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波束域补偿的匀加速机载雷达杂波抑制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，确定机载雷达，且机载雷达检测范围内存在目标，设机载雷达向其检测范围内发射信号并经目标反射后接收到的回波信号，记为雷达原始回波数据矩阵X，雷达原始回波数据矩阵X为N
×
K
×
L维的阵元
‑
脉冲
‑
距离域数据，N表示机载雷达天线的阵元数，K表示机载雷达在一个相干积累时间内发射的脉冲数，L表示机载雷达接收到的回波数据包含的距离单元总个数；步骤2，根据阵元加权FFT的切比雪夫加权值，确定阵元FFT加权系数矢量β；步骤3，令l＝1，l∈{1,2,
…
,L}，l表示第l个距离单元；步骤4，对第l个距离单元的N
×
K维阵元
‑
脉冲维数据X
l
，根据机载雷达的距离分辨率，确定第l个距离单元的斜距R
l
，根据第l个距离单元的斜距R
l
，确定第l个距离单元上的散射点的俯仰角根据第l个距离单元上的散射点的俯仰角和多波束形成的角度范围，确定对第l个距离单元的N
×
K维阵元
‑
脉冲维数据X
l
进行阵元加权FFT的Q个归一化空间频率值，Q的大小和机载雷达天线的阵元数N相等；步骤5，根据步骤4得到的归一化空间频率值和步骤2得到的阵元FFT加权系数矢量β，确定第l个距离单元的N
×
K维阵元
‑
脉冲维数据的阵元FFT加权变换矩阵F
l
；使用阵元FFT加权变换矩阵F
l
对所述第l个距离单元的阵元
‑
脉冲维数据X
l
进行阵元域加权FFT变换，得到第l个距离单元波束
‑
脉冲维回波数据Y
l
；步骤6，令q＝1，q∈{1,2,
…
,Q}，q表示第q个波束；步骤7，根据机载雷达飞行的加速度a及其它雷达参数，确定对第l个距离单元、第q个波束的K
×
1维杂波数据y
ql
的K
×
1维补偿矢量t
ql
，并根据补偿矢量t
ql
对第l个距离单元、第q个波束的脉冲维回波数据y
ql
进行补偿，得到补偿后的脉冲维数据步骤8，令q的值加1，并重复执行步骤8，得到第l个距离单元的所有Q个波束的补偿后的脉冲维数据步骤9，令l的值加1，并重复执行步骤5到步骤9，得到所有L个距离单元的所有Q个波束的补偿后的脉冲维数据从而根据所有补偿后的脉冲维数据构建波束域补偿后的N
×
K
×
L维的波束
‑
脉冲
‑
距离域数据步骤10，对步骤9构建的波束域补偿后波束
‑
脉冲
‑
距离域数据在脉冲域进行FFT变换，得到波束
‑
多普勒
‑
距离域数据步骤11，对步骤10得到的波束
‑
多普勒
‑
距离域数据进行空时降维自适应处理，得到空时降维自适应处理后的剩余杂波数据Z。2.根据权利要求1所述的一种波束域补偿的匀加速机载雷达杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤2中，阵元FFT加权系数矢量β的表达式为：β＝[β
0 β1ꢀ…ꢀ
β
N
‑1]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式(1)中，β
n
,n＝1,
…
,N表示阵元FFT加权系数的每一项，(
·
)
T
表示转置操作。3.根据权利要求1所述的一种波束域补偿的匀加速机载雷达杂波抑制方法，其特征在
于，步骤4的具体过程为：步骤4.1，对第l个距离单元的N
×
K维阵元
‑
脉冲维数据X
l
，根据机载雷达的距离分辨率，确定第l个距离单元的斜距R
l
；机载雷达的距离分辨率的表达式为：式(2)中，c表示光速，B表示机载雷达发射信号的带宽；则第l个距离单元的斜距R
l
的表达式为：R
l
＝(l
‑
1)ΔR
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)步骤4.2，根据第l个距离单元的斜距R
l
，确定第l个距离单元上的散射点的俯仰角第l个距离单元上的散射点的俯仰角的表达式为：式(4)中，sin
‑1(
·
)表示反正弦函数，H表示载机飞行高度，R
e
＝4/3r
e
表示地球等效半径，r
e
为地球真实半径；步骤4.3，根据第l个距离单元上的散射点的俯仰角和多波束形成的角度范围，确定对第l个距离单元的N
×
K维阵元
‑
脉冲维数据X
l
进行阵元加权FFT的Q个归一化空间频率值，Q的大小和机载雷达天线的阵元数N相等；假设多波束形成的角度范围为[π
‑
θ
max
,θ
max
]，其中θ
max
为形成多波束的波束中心指向的最大方位角；对第l个距离单元的N
×
K维阵元
‑
脉冲维数据X
l
进行阵元加权FFT的Q个归一化空间频率值的表达式为：4.根据权利要求1所述的一种波束域补偿的匀加速机载雷达杂波抑制方法，其特征在于，步骤5的具体过程为：步骤5.1，根据步骤4得到的归一化空间频率值和步骤2得到的阵元FFT加...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚婷，许沁园，赵战战，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：