基于交替投影的雷达杂波抑制方法技术

本发明专利技术属于外辐射源雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于交替投影的雷达杂波抑制方法，针对现有算法杂波抑制性能和内存空间需求耦合的问题，实现迭代式的寻优方案，且不同于传统的迭代式杂波抑制方案(CLEAN算法等)，本发明专利技术所提出的基于交替投影的雷达杂波抑制方法能够保证算法线性地以范数收敛于整体最小二乘解，即在收敛性和收敛速度上均有理论保证与实际提升。证与实际提升。

【技术实现步骤摘要】
基于交替投影的雷达杂波抑制方法


[0001]本专利技术属于外辐射源雷达信号处理
，具体涉及一种基于交替投影的雷达杂波抑制方法。

技术介绍

[0002]杂波抑制技术旨在从抑制回波信号中的杂波，显露出被杂波掩盖的目标。经典的杂波抑制技术采用加权抽头延迟线构造自适应滤波器，从而实现杂波抑制，主要包括：最小均方(Least mean square，LMS)自适应滤波器、归一化LMS(Normalized least mean square，NLMS)自适应滤波器、递归最小二乘(Recursive least square，RLS)自适应滤波器及诸多其他自适应滤波器。2012年，James Palmer和Stephen Searle以零频杂波的抑制性能和算法运算复杂度为标准，对比分析了多种经典自适应滤波器。然而，上述自适应滤波器存在收敛速度慢、滤波阶数高、计算量大等问题，当杂波分布区域较广时，自适应滤波器算法难以有效处理实际数据。
[0003]因此，基于“对消”思想的杂波抑制算法开始得到广泛关注，并逐渐形成了杂波参数估计、杂波模板构造、杂波幅度估计与对消的处理流程。在相关研究中，F.Colone等人首先提出了扩展相消算法(the extensive cancellation algorithm，ECA)。然而，实际数据中杂波是连续分布的，难以通过“离散”的算法形式实现杂波的有效抑制。针对该问题，Olivier Rabaste等人提出无限插值的概念，并实现多普勒维度的“连续抑制”。此后，Brian Day等人将无限插值理论扩展到非周期连续波，同时实现了距离维度和多普勒维度的连续抑制。
[0004]然而，随着杂波抑制算法在抑制性能上不断突破，其计算复杂度、计算资源需求也不断提高，尤其体现为对计算机的内存需求。为了解决内存需求过大的问题，分块扩展相消算法(Extensive cancellation algorithm
‑
batches，ECA
‑
B)、滑窗扩展相消算法(Sliding extensive cancellation algorithm，ECA
‑
S)、子载波域杂波抑制方法(ECA by subcarrier,ECA
‑
C)、匹配追踪算法(Matching pursuit，MP)和广义子带抑制算法(Generalized subband cancellation，GSC)等方法被提出。不过，现有方法虽然能够降低算法复杂度，但却会导致杂波抑制性能的损失。为此，本专利技术从降低复杂度且保持杂波抑制性能的角度出发，提出了一种基于交替投影的雷达杂波抑制方法。经验证，该方法能够有效降低对计算机的内存需求，且能够获得优于上述现有改进方法的杂波抑制性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有算法杂波抑制性能和内存空间需求耦合的问题，实现迭代式的寻优方案，且不同于传统的迭代式杂波抑制方案(CLEAN算法等)，本专利技术所提出的基于交替投影的雷达杂波抑制方法能够保证算法线性地以范数收敛于整体最小二乘解，即在收敛性和收敛速度上均有理论保证与实际提升。为实现本专利技术的目的，所采用的技术方案如下：
[0006]一种基于动态交替投影的雷达杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1：从雷达分别获取回波信号和参考信号，通过脉冲
‑
多普勒处理获得距离
‑
多普勒谱，并依据门限检测识别杂波，提取所有杂波的时延
‑
多普勒参数，进而获得杂波时延
‑
多普勒参数集合
[0008]其中，N
c
为杂波数目，i为杂波的索引，τ
i
、f
i
分别为第i个杂波的时延、多普勒频率；
[0009]步骤2：基于距离
‑
多普勒参数集合构造杂波模板矩阵Φ；
[0010]其中，x(τ
i
,f
i
)表示时延为τ
i
、多普勒频率为f
i
的杂波模板；
[0011]步骤3：将杂波模板矩阵的各列随机排列选取，形成Q个行数、列数相同，无重复列向量的杂波模板子矩阵
[0012]其中，h为当前动态调整次数，H为动态调整的总次数，且有1≤h≤H；q为杂波模板子矩阵的索引，Q为杂波模板子矩阵的总数量；
[0013]步骤4：在步骤3的基础上对回波信号进行m
h
轮交替投影，获得第h次动态调整后的数字回波信号时域向量其中，定义y0为h＝0时的数字回波信号时域向量，即原始的时域向量；
[0014]步骤5：令h＝h+1；当h>H时，结束流程，输出杂波抑制后的回波信号时域向量y
H
；当h≤H时，继续执行；
[0015]步骤6：基于步骤4中获得的时域向量y
h
自适应地动态调整杂波模板矩阵Φ的划分方案，使动态调整后的Q个杂波模板子矩阵所对应的Q个杂波子空间进一步趋于正交。
[0016]本专利技术步骤4具体包括以下步骤：
[0017]步骤4(a)：根据杂波模板子矩阵生成从回波空间到相应杂波子空间的正交补空间的正交投影矩阵
[0018]其中，是从回波空间到杂波模板子矩阵Φ
h,q
对应的杂波子空间的正交补空间的正交投影矩阵；
[0019]步骤4(b)：在y
h
‑1的基础上，重复进行m
h
轮交替投影，即
[0020]本专利技术步骤6具体包括以下步骤：
[0021]步骤6(a)：对步骤4中获得的时域向量y
h
进行脉冲
‑
多普勒处理，从而获得与之对应的距离
‑
多普勒谱，并根据杂波时延
‑
多普勒参数集合完成峰值提取，估计N
c
个杂波的剩余能量，即获得杂波剩余能量集合
[0022]步骤6(b)：将杂波剩余能量集合按E
i
大小降序排序，按照重新排序后的顺序将杂波模板矩阵重新划分为Q个杂波模板子矩阵；
[0023]步骤6(c)：跳转至步骤4。
[0024]本专利技术提供基于交替投影的雷达杂波抑制方法，与现有技术手段相比，具有以下优势：
[0025]1.将杂波抑制性能和内存空间需求的折衷问题转化为计算时间和内存空间需求的折衷问题，保证杂波抑制性能不会收到计算机内存空间大小的限制；
[0026]2.相比于传统的迭代式杂波抑制方法，本专利技术所提供的方法能够线性地以范数收敛于整体最小二乘解，同时本专利技术所提供的动态调整机制能保证在线性收敛时有常数级别的收敛速度提升；简言之，基于交替投影的雷达杂波抑制方法能够以高效、准确地获得最小二乘解，即[I
‑
Φ(Φ
H
Φ)
‑1Φ
H
]y0。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态交替投影的雷达杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：从外辐射源雷达分别获取数字化的回波信号和参考信号，通过脉冲
‑
多普勒处理获得距离
‑
多普勒谱，并依据门限检测识别杂波，提取所有杂波的时延
‑
多普勒参数，即获得杂波时延
‑
多普勒参数集合其中，N
c
为杂波数目，i为杂波的索引，τ
i
、f
i
分别为第i个杂波的时延、多普勒频率；步骤2：基于距离
‑
多普勒参数集合构造杂波模板矩阵Φ；其中，x(τ
i
,f
i
)表示时延为τ
i
、多普勒频率为f
i
的杂波模板；步骤3：将杂波模板矩阵的各列随机排列选取，形成Q个行数、列数相同，无重复列向量的杂波模板子矩阵其中，h为当前动态调整次数，H为动态调整的总次数，且有1≤h≤H；q为杂波模板子矩阵的索引，Q为杂波模板子矩阵的总数量；步骤4：在步骤3的基础上，即第h次动态调整后，对回波信号进行m
h
轮交替投影，获得第h次动态调整后的数字回波信号时域向量其中，特别定义y0为h＝0时的数字回波信号时域向量，即原始的时域向量；步骤5：令h＝h+1；当h>H时，结束流程，输出杂波抑制后的回波信号时域向量y
H
；当h≤H时，继续执行；步骤6：基于步骤4中获得的时域向量y
h
自适应地动态调整杂波模板矩阵Φ的划分方案，使动态调整后的Q个杂波模板子矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛兴鹏，张立遥，黄河玥，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：