一种基于波束域加权的局域联合空时自适应杂波抑制方法技术

本发明专利技术提供一种基于波束域加权的局域联合空时自适应杂波抑制方法，包括：S1：使用子阵划分结合和差波束形成的方式对数据进行处理得到波束域加权值；S2：基于S1计算得到波束域加权值构造加权后的空时导向矢量，在距离维度上收集训练样本，使用局域联合降维的空时自适应方法，计算包含杂波信息的协方差矩阵，再对电离层杂波抑制。对于小孔径高频地波雷达，在复杂的电磁环境下，阵列自由度不足会导致的杂波抑制性能降低，目标的信杂比不足并且在角度上不能形成明显的峰。本发明专利技术针对这一问题，使小孔径高频地波雷达在杂波抑制后，改善目标信杂比，并且角度精度更高。并且角度精度更高。并且角度精度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于波束域加权的局域联合空时自适应杂波抑制方法


[0001]本专利技术属于雷达杂波抑制领域，具体涉及一种基于波束域加权的局域联合空时自适应杂波抑制方法。
技术背景
[0002]高频地波超视距雷达在反隐身、抗低空突防以及超视距探测等方面具有得天独厚的优势。在现有岸基高频地波雷达中，主要用于目标探测的雷达系统多为大型阵列结构。然而，随着海洋在国民经济中占有越来越重要的地位，大面积地占用稀缺海岸资源已经成为限制地波雷达发展的重要因素。因此，亟需发展一种以目标探测为主的高频地波雷达小孔径阵列系统。
[0003]小孔径的高频地波雷达系统虽然极大地减小了占地面积，但同时也为信号处理方法的研究带来巨大挑战。尤其在有杂波的复杂背景下，小孔径阵列自由度更少，波束主瓣宽度更宽，被展宽的电台与杂波角度谱使得目标更容易被其淹没，很难被检测。在进行杂波抑制处理时，需要有符合独立同分布特性的训练样本来构造协方差矩阵，波束展宽会严重空时自适应杂波抑制方法的性能，同时自由度的降低导致电离层杂波数据的独立同分布特性降低，使携带杂波信息的协方差矩阵估计严重不准确，使杂波抑制后的目标信息被破坏。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决小孔径高频地波雷达在进行杂波抑制时，自由度不足导致主波束变宽，杂波抑制性能低的问题。从而使目标大幅提高信杂比和角度信息的准确性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种基于波束域加权的局域联合空时自适应杂波抑制方法，包括以下步骤：
[0007]S1：使用子阵划分结合和差波束形成的方式对数据进行处理得到波束域权值；
[0008]S2：基于S1计算得到的波束域权值构造加权后的空时导向矢量，在距离维度上收集训练样本，使用一种局域联合降维的空时自适应方法，计算包含杂波信息的协方差矩阵，使用该协方差矩阵对电离层杂波抑制；
[0009]优选地，S1包括以下子步骤：
[0010]S11：设置使用的接收天线阵列为包含N
e
个阵元的均匀直线阵，阵列间距为d；假设入射信号是远场平面波；以最左边的第一个阵元为参考阵元，垂直于阵列的方向为法线方向；脉冲重复周期为N
p
个，f
s
为采样频率；第l个距离单元的M＝N
e
N
p
维的数据表示为：
[0011][0012][0013]其中[
·
]T
为矩阵转置，则回波的空时导向矢量定义为：
[0014][0015]其中，为克罗内克积；a(φ
t
)和b(f
t
)分别为空间导向矢量和时间导向矢量：
[0016][0017][0018]其中，φ
t
为目标的回波方位，f
t
为目标的径向多普勒频率；
[0019]接收到的数据表示为目标信号、外部干扰和噪声的总和：
[0020]X＝ξ
t
v(f
t
,φ
t
)+c+n
[0021]其中，ξ为目标的信号幅度，c为杂波信号，n为噪声信号；
[0022]S12：将空时域设置为K＝N
s
N
d
个均匀的离散网格点，
[0023]其中，N
s
和N
d
分别表示空间单元个数和多普勒单元个数。并且网格上的每个点都对应一个空时导向矢量：v
k
,k＝1,...,K。
[0024]S13：如图1所示，将接收阵等分成左右两个子阵，假设阵元数是偶数，左子阵由第1到笫N
e
/2个阵元组成，右子阵为第N
e
/2+1到第N
e
个阵元组成，分别对左右子阵进常规波束形成，可以得到指向φ
t
的左波束R
L
和R
R
右波束：
[0025][0026][0027]其中I
n
为第n个阵列单元的信号幅度，再将左波束和右波束输出按照以下公式构建和波束Sum(θ)和差波束Diff(θ)：
[0028]Sum(φ
t
)＝|R
L
|+|R
R
|
[0029]Diff(φ
t
)＝|R
L
‑
R
R
|
[0030]S14：将所得的和波束和差波束构造波束系数：
[0031]AF
Hyper
＝{(|R
L
|+|R
R
|)
u
‑
(|R
L
‑
R
R
|)
u
}
1/u
[0032]其中μ∈(0.3,1]为调制系数。再将得到的超波束系数作为权向量与空间导向矢量结合得到超波束空间导向矢量，可以表示为：
[0033]a
Hyper
(φ
t
)＝AF
Hyper
·
a(φ
t
)
[0034]因此重构的加权后波束空时导向矢量表达式为：
[0035][0036]v
Hyper
(f
t
,φ
t
)即是波束域加权后的空时导向矢量，可以在后续的空时自适应算法替代一般的空时导向矢量。波束域加权后的数据在距离维度上更符合独立同分布特性，可以提升杂波抑制的性能。
[0037]优选地，S2包括以下子步骤：
[0038]S21：空时自适应处理是求解一个最优权向量来对数据进行处理，可以表示为：
[0039]y＝w
H
X
l
[0040]其中[
·
]H
为矩阵的转置，y即是空时自适应处理的结果。
[0041]对于波束域加权后的空时自适应处理，最优权向量可以表示为：
[0042]w＝R
‑1v
Hyper
[0043]其中R为带有噪声和杂波信息的协方差矩阵。对于实际系统来说，协方差矩阵R需要通过在距离维度上获得训练样本构造：
[0044][0045]其中L为训练样本的个数，并且l＝[0,1,...,L
‑
1]。这种全空时自适应算法的问题是难以获得杂波的先验知识，并且至少需要2M个独立同分布的样本数据来准确估计协方差矩阵。然而对于实际的高频地波雷达系统来说样本数量是远远不满足条件的。为了解决这个问题，这里使用了局域联合降维空时自适应(JDL)的方法。
[0046]S22：JDL算法是将维度为M
×
1的训练样本进行局域联合处理，转换为η
a
η
d
×
1维的空时数据，波束域加权后的空时转换矩阵T...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于波束域加权的局域联合空时自适应杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：使用子阵划分结合和差波束形成的方式对数据进行处理得到波束域权值；S2：基于S1计算得到的波束域权值构造加权后的空时导向矢量，在距离维度上收集训练样本，使用局域联合降维的空时自适应方法，计算包含杂波信息的协方差矩阵，使用该协方差矩阵对电离层杂波抑制。2.根据权利要求1所述的一种基于波束域加权的局域联合空时自适应杂波抑制方法，其特征在于，S1包括以下子步骤：S11：设置使用的接收天线阵列为包含N
e
个阵元的均匀直线阵，阵列间距为d；假设入射信号是远场平面波；以最左边的第一个阵元为参考阵元，垂直于阵列的方向为法线方向；脉冲重复周期为N
p
个，f
s
为采样频率；第l个距离单元的M＝N
e
N
p
维的数据表示为：维的数据表示为：其中[
·
]
T
为矩阵转置，则回波的空时导向矢量定义为：其中，为克罗内克积；a(φ
t
)和b(f
t
)分别为空间导向矢量和时间导向矢量：)分别为空间导向矢量和时间导向矢量：其中，φ
t
为目标的回波方位，f
t
为目标的径向多普勒频率；接收到的数据表示为目标信号、外部干扰和噪声的总和：X＝ξ
t
v(f
t
，φ
t
)+c+n其中，ξ为目标的信号幅度，c为杂波信号，n为噪声信号；S12：将空时域设置为K＝N
s
N
d
个均匀的离散网格点，其中，N
s
和N
d
分别表示空间单元个数和多普勒单元个数；并且网格上的每个点都对应一个空时导向矢量：v
k
，k＝1，...，K；S13：将接收阵等分成左右两个子阵，假设阵元数是偶数，左子阵由第1到第N
e
/2个阵元组成，右子阵为第N
e
/2+1到第N
e
个阵元组成，分别对左右子阵进常规波束形成，得到指向φ
t
的左波束R
L
和R
R
右波束：右波束：其中I
n
为第n个阵列单元的信号幅度，再将左波束和右波束输出按照以下公式构建和波束Sum(θ)和差波束Diff(θ)：
Sum(φ
t
)＝|R
L
|+|R
R
|Diff(φ
t
)＝|R
L
‑
R
R
|S14：将所得的和波束和差波束构造波束系数：AF
Hyper
＝{(|R
L
|+|R
R
|)
u
‑
(|R
L
‑
R
R
|)

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳明，张鑫，杨强，俞建国，吴小川，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：