一种基于广义斜投影算子的高频雷达波束锐化方法及装置制造方法及图纸

一种基于广义斜投影算子的高频雷达波束锐化方法及装置，涉及阵列信号处理技术领域，解决的技术问题为“如何在不增加阵列孔径的情况下形成具有强指向性的窄波束”，方法包括：接收高频雷达阵列信号；基于可调整参数的广义斜投影算子对所述阵列信号进行多次空域滤波；对得到的多个空域滤波结果进行逻辑积运算，得到窄波束；该方法不仅可以获得指向性强的主瓣，并且可以同时抑制干扰和噪声，有利于后续的目标检测、参数估计等信号处理过程。参数估计等信号处理过程。参数估计等信号处理过程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于广义斜投影算子的高频雷达波束锐化方法及装置


[0001]本专利技术涉及阵列信号处理


技术介绍

[0002]波束形成是实现空间滤波的一种重要方法，可以实现无线电信号的传输和接收方向的控制。通过对阵列输出信号进行加权，可以在期望的方向上形成接收主瓣，并且抑制非期望的方向上的干扰。为了获得较高的方位分辨率，通常需要采用波束锐化技术形成窄波束，从而提高目标的角分辨率和干扰抑制效果，使得在主瓣内只接收一个目标的回波成为可能。然而，常规波束形成(Conventional Beamforming，CBF)得到的波束的波束宽度通常受到天线阵孔径的限制，同时，CBF得到的波束旁瓣衰减有限。为了获得更窄的波束，就只能够增大阵列孔径，而这在实际应用中是很难实现的，特别是对于高频雷达。
[0003]因此，如何在不增加阵列孔径的情况下形成具有强方向性的窄波束，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于广义斜投影算子的高频雷达波束锐化方法及装置，该方法不仅可以获得指向性强的主瓣，并且可以同时抑制干扰和噪声，有利于后续的目标检测、参数估计等信号处理过程。
[0005]基于同一专利技术构思，本专利技术具有四个独立的技术方案：
[0006]1、一种基于广义斜投影算子的高频雷达波束锐化方法，包括：
[0007]接收高频雷达阵列信号；
[0008]基于可调整参数的广义斜投影算子对所述阵列信号进行多次空域滤波；
[0009]对得到的多个空域滤波结果进行逻辑积运算，得到窄波束。
[0010]进一步地，所述多次空域滤波基于多个采样点，所述采样点根据如下步骤确定：
[0011]将所述阵列信号中的目标信号的方向作为窄波束方向，并获取常规波束形成方法的第一零陷位置；
[0012]根据所述常规波束形成方法的第一零陷位置和预先设定的期望窄波束主瓣宽度，得到采样区间；
[0013]根据预先设定的采样间隔，在所述采样区间内确定P个采样点进行空域滤波，所述P个采样点分别对应所述阵列信号中的P个干扰信号。
[0014]进一步地，每次滤波包括如下步骤：
[0015]根据所述阵列信号中的目标信号和干扰信号分别得到目标子空间和干扰子空间；
[0016]计算所述目标子空间和干扰子空间之间的空间主角；
[0017]根据所述空间主角计算本次空域滤波对应的最优干扰抑制代价，并根据所述最优干扰抑制代价得到最优广义斜投影算子；
[0018]根据所述最优广义斜投影算子对所述阵列信号滤波。
[0019]进一步地，所述阵列信号通过均匀圆阵接收。
[0020]进一步地，所述阵列信号通过均匀圆阵接收时，所述最优干扰抑制代价表示如下：
[0021][0022]其中，ψ
i
为第i次滤波空间主角，M为均匀圆阵的阵元数，INR为阵列输出的干噪比。
[0023]进一步地，所述最优广义斜投影算子通过如下公式计算：
[0024][0025][0026][0027][0028]其中，表示(B
‑
ζ
opt,i
A)的正交补空间，I表示单位矩阵，A为目标子空间，B为干扰子空间，ζ
opt,i
为第i次滤波的最优干扰抑制代价，为对应最优干扰抑制代价的广义斜投影算子，w
GOP,i
为广义斜投影算子对应的空域滤波权矢量，a(θ
s
,φ
s
)为目标信号方向的空域导向矢量。
[0029]进一步地，得到的窄波束表示如下：
[0030][0031]其中，s
s
(t)和s
i
(t)分别表示目标信号和干扰信号，ζ
opt,i
为第i次滤波最优干扰抑制代价，n(t)为加性高斯白噪声矢量。
[0032]2、一种基于广义斜投影算子的高频雷达波束锐化装置，包括：
[0033]信号接收模块，用于接收高频雷达阵列信号；
[0034]滤波模块，用于基于可调整参数的广义斜投影算子对所述阵列信号进行多次空域滤波；
[0035]运算模块，用于对得到的多个空域滤波结果进行逻辑积运算，得到窄波束。
[0036]3、一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。
[0037]4、一种电子设备，包括处理器和存储装置，所述存储装置中存有多条指令，所述处理器用于读取所述存储装置中的多条指令并执行上述方法。
[0038]本专利技术提供的基于广义斜投影算子的高频雷达波束锐化方法及装置，至少包括如下有益效果：
[0039]由于可调整参数的GOP算子基于最大信干噪比准则，因此滤波后输出信干噪比大大提高，本实施例采用这种方法在常规波束形成方法的主瓣内形成一系列零陷来形成窄波束，不仅可以获得指向性强的主瓣，并且可以同时抑制干扰和噪声，有利于后续的目标检测、参数估计等信号处理过程。
附图说明
[0040]图1为本专利技术提供的基于广义斜投影算子的高频雷达波束锐化方法一种实施例的流程图；
[0041]图2为本专利技术提供的方法采用的均匀圆阵的示意图；
[0042]图3为本专利技术提供的方法在方位维形成窄波束的原理示意图；
[0043]图4为本专利技术提供的方法在设置不同主瓣宽度时旁瓣抑制比SLSR随零陷采样间隔Δφ的变化曲线图；
[0044]图5为本专利技术提供的方法在方位维形成窄波束一种实施例的方向图；
[0045]图6为本专利技术提供的方法在方位维形成窄波束另一种实施例的方向图；
[0046]图7为本专利技术提供的方法在俯仰
‑
方位维形成窄波束的三维方向图；
[0047]图8为本专利技术提供的方法形成的窄波束NBF与常规波束形成CBF、超波束形成HBF和改进超波束形成Im
‑
HBF的对比方向图；
[0048]图9为本专利技术提供的方法形成的窄波束NBF与常规波束形成CBF、超波束形成HBF和改进超波束形成Im
‑
HBF的局部细节放大图；
[0049]图10为本专利技术提供的方法待处理的原始数据的距离
‑
多普勒谱；
[0050]图11为本专利技术提供的方法NBF与常规波束形成CBF、超波束形成HBF和改进超波束形成Im
‑
HBF对相同的原始数据进行空域滤波得到的距离
‑
多普勒谱；
[0051]图12为本专利技术提供的方法NBF与常规波束形成CBF、超波束形成HBF和改进超波束形成Im
‑
HBF对相同的原始数据进行空域滤波得到的距离
‑
多普勒谱沿距离维的横截面对比图；
[0052]图13为本专利技术提供的方法NBF与常规波束形成CBF、超波束形成HBF和改进超波束形成Im
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于广义斜投影算子的高频雷达波束锐化方法，其特征在于，包括：接收高频雷达阵列信号；基于可调整参数的广义斜投影算子对所述阵列信号进行多次空域滤波；对得到的多个空域滤波结果进行逻辑积运算，得到窄波束。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多次空域滤波基于多个采样点，所述采样点根据如下步骤确定：将所述阵列信号中的目标信号的方向作为窄波束方向，并获取常规波束形成方法的第一零陷位置；根据所述常规波束形成方法的第一零陷位置和预先设定的期望窄波束主瓣宽度，得到采样区间；根据预先设定的采样间隔，在所述采样区间内确定P个采样点进行空域滤波，所述P个采样点分别对应所述阵列信号中的P个干扰信号。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每次滤波包括如下步骤：根据所述阵列信号中的目标信号和干扰信号分别得到目标子空间和干扰子空间；计算所述目标子空间和干扰子空间之间的空间主角；根据所述空间主角计算本次空域滤波对应的最优干扰抑制代价，并根据所述最优干扰抑制代价得到最优广义斜投影算子；根据所述最优广义斜投影算子对所述阵列信号滤波。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阵列信号通过均匀圆阵接收。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述最优干扰抑制代价表示如下：其中，ψ
i
为第i次滤波空间主角，M为均匀圆阵的阵元数，INR为阵列输出的干噪比。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述最优广义斜投影算子通过如下公式计算：算：算：算：其中，表示(B
‑
...

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