本发明专利技术公开了一种基于样本训练的机载雷达非平稳杂波抑制方法，涉及机载雷达技术，包括步骤：(1)基于联合时间维样本训练策略的杂波协方差矩阵估计；(2)自适应权值应用和输出信号相干叠加。具体包括：原始回波数据输入；距离向脉冲压缩及加窗；慢时间维数据分段；快-慢时间维训练样本选择；杂波协方差矩阵估计；自适应权值计算；自适应权值应用；输出信号相干叠加。本发明专利技术方法针对机载雷达存在的杂波距离依赖性，在空时自适应处理(STAP)时域降维结构下，通过改变样本训练策略，有效提高了杂波协方差矩阵的估计精度，改善主瓣区杂波抑制性能。在工程应用中具有较强的稳健性，尤其适合于慢速运动目标的检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及实际应用中机载雷达普遍具有杂波距离依赖性情况下的降维自适应 非平稳杂波抑制方法，其主要内容是提出了一种新型的样本训练策略，属于机载雷达空时 自适应信号处理(STAP)
技术介绍
近年来，随着阵列天线技术、雷达信号处理技术的快速发展，空时自适应处理 (STAP)作为新一代先进雷达系统动目标检测的核心技术，结合了脉冲多普勒(PD)雷达和 相控阵天线的优点，采用空间与时间二维联合的自适应处理方式，能够有效抑制广泛分布 的大强度地杂波和干扰信号。其理论与技术的突破，将极大地提高系统的性能。同时，基于 STAP的地面运动目标检测技术也渗透到了国民经济生产生活的需求中，如应用于地面交通 监控、空中指挥、洋流监测等，弥补其他光学设备受观测条件限制的不足。常规STAP方法获得较高杂波抑制性能的前提是必须具有充足的与待检测距离 单元杂波分布特性相近的满足独立同分布(IID)的训练样本。Reed等人提出的RMB准则 (Reed I S, Mallett J D, Brennan L E. Rapid convergence rate in adapt ive arrays [J].1EEE Trans, on AES，1974，10 (6) :853-863.)表明，在高斯型独立同分布环境中，训练 样本数至少要达到系统自由度两倍时，才能保证输出信杂噪比的损失不超过3dB。在机载雷 达正侧视的情形下，阵列轴线与载机航向完全一致，空时二维杂波谱呈斜直线分布且相互 重合，即杂波的多普勒频率和锥角余弦满足线性关系，各个距离门的杂波谱不随距离变化。 此时常规STAP方法采用距离向回波数据作为训练样本，可以获得较理想的杂波抑制性能。 然而，实际情况下多数体制和天线配置形式的机载雷达都具有较强的杂波距离依赖性，如 常见的非正侧视阵雷达和双基地雷达等。这种由雷达系统特征引起的杂波谱分布随距离变 化的现象，即使在地面场景十分均匀的环境下，也会导致协方差矩阵存在较大误差，进而使 得STAP杂波抑制凹口变宽，降低了算法对慢速运动目标的检测性能。杂波的分布特性是设计二维处理器时参考的关键因素，其在STAP中以杂波协方 差矩阵的形式表现。自适应处理器的性能不在于杂波分布带是呈斜直线还是斜椭圆，而是 其分布特性是否随距离发生变化，即能否利用距离向回波数据准确估计得到待检测距离单 元的杂波协方差矩阵。因此，对于这种基于统计的自适应算法而言，样本训练策略尤为关 键。目前，国内外解决杂波距离依赖性问题的方法大多是通过对距离向回波数据(或 其频域)进行预处理，补偿训练样本与待检测单元杂波特性的差异来实现的，如多普勒频 移法(DW)和尺度变换法等，但它们通常具有复杂的实现过程和较大的运算量。而从影响自 适应算法性能的根本原因出发可以得到另一种解决思路在STAP实现过程中，如果减少选 用的距离向训练样本，便可以降低由杂波距离依赖性引起的距离向非平稳特性对协方差矩 阵估计所产生的不利影响，从而提高系统自适应处理性能。本专利技术的目的就是提供一种适用于机载雷达存在杂波距离依赖性情况下的简单高效的降维自适应非平稳杂波抑制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开，在存在 杂波距离依赖性情况下，实现机载雷达降维自适应非平稳杂波抑制，即显著改善主瓣区杂 波抑制性能，提高输出信杂噪比，同时尽可能具有较高的稳健性能，满足实际应用需求。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是，其特征在于，包括步骤步骤 I基于分段子CPI时域降维结构，联合快-慢时间维训练样本估计杂波协方差矩阵；步骤2 以步骤I中估计所得协方差矩阵计算自适应权值，应用到多通道回波数据，并将输出信号 进行相干叠加。所述的机载雷达非平稳杂波抑制方法，其所述步骤步骤1，包括(I)时域降维时，是将一个相干处理时间间隔内雷达回波数据的慢时间维数据均 匀划分成多个子CPI，相互之间可重叠或不重叠；(2)样本训练时，同时采用雷达回波的快-慢时间维数据作为训练样本，用于估计 杂波协方差矩阵，其中所需样本总数依据RMB准则，由系统对估计精度的要求确定；步骤步骤2，包括(3)权值应用时，将由步骤步骤I中协方差矩阵计算得到的降维自适应权值，同时 应用到所有的子CPI回波作滤波运算；(4)相干叠加时,根据各子CPI之间的固定相位关系,将所有的滤波输出作相干叠 加，以减少分段带来的时域孔径损失。所述的机载雷达非平稳杂波抑制方法，其所述⑴步中，采用如下时域分段过程 确定好子CPI脉冲数以后，将一个CPI内的慢时间维回波数据均匀分段，不重叠分段时为顺 序选取固定数量的脉冲，相邻子CPI之间没有相同数据，重叠分段时是以滑动窗形式依次 滑动选取脉冲，相邻子CPI数据部分重叠，此过程增加了每一个距离单元可用的慢时间维 训练样本。所述的机载雷达非平稳杂波抑制方法，其所述(2)步中，采用如下样本训练过程 根据系统对样本总数的要求，同时选取待检测单元邻近距离单元的雷达回波快-慢时间维 数据作为训练样本，估计得到降维后的杂波协方差矩阵，此过程避免了常规方法中对距离 向训练样本的巨大数量要求。所述的机载雷达非平稳杂波抑制方法，其所述(3)步中，采用如下权值应用过程 根据CPI内回波数据具有平稳性的特征，将计算得到的最优自适应权值同时应用到待检测 距离单元的所有子CPI回波信号中，而不需要对每一个子CPI重新计算权值，提高效率。所述的机载雷达非平稳杂波抑制方法，其所述⑷步中，采用如下相干叠加过程 由于各子CPI是均匀划分的，且通常不考虑时域采样的误差因素，它们之间存在固定的相 位关系，对输出信号进行相干叠加，可以获得更高的非平稳杂波抑制输出信杂噪比，以弥补 因降维带来的性能损失。本专利技术的优点是I)大多数机载雷达的空时杂波分布都具有距离依赖性的特点，尤其是近程距离内更加严重。即使在地面场景十分均匀的环境下，常规样本训练策略中仅利用距离向单元回 波数据估计得到的杂波协方差矩阵存在较大误差，进而使得STAP杂波抑制凹口变宽，利用 本专利技术巧妙地解决了机载雷达杂波距离依赖性问题，显著改善主瓣区的杂波抑制性能，更 有利于对慢速运动目标的检测。2)相比于目前常见的几类杂波距离依赖性补偿方法，本专利技术从根本上提出了更有 利于非平稳杂波的样本训练策略，方法简单，计算量小，不会存在目标相消的情况，且在系 统存在阵列误差和杂波内部运动(ICM)时，仍然能够有效抑制杂波，具有较高的稳健性。附图说明图1为本专利技术方法处理流程方框示意图；图2为机载阵列雷达回波数据模型及常规样本选择方法示意图；图3为本专利技术中的联合时间维样本选取方法示意图；图4为本专利技术中的子CPI时域降维STAP原理框图及实现过程图；图5为机载非正侧视阵雷达近程杂波多普勒频率随距离变化的情况(仿真结果) 示意图；图6为机载非正侧视阵雷达在杂波协方差矩阵已知时的雷达近程杂波谱(仿真结 果)示意图；图7 (a)为常规STAP降维方法估计得到的机载非正侧视阵雷达杂波分布谱图(仿 真结果)示意图；图7(b)为基于本专利技术方法估计得到的机载非正侧视阵雷达杂波分布谱图(仿真 结果)示意图；图8(a)为没有系统误差和ICM时不同方法的SINR改善因子(仿真结果)示意 图；图8(b)为同时存在系统误差和ICM时不同方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于样本训练的机载雷达非平稳杂波抑制方法，其特征在于，包括步骤：步骤1：基于分段子CPI时域降维结构，联合快?慢时间维训练样本估计杂波协方差矩阵；步骤2：以步骤1中估计所得协方差矩阵计算自适应权值，应用到多通道回波数据，并将输出信号进行相干叠加。
【技术特征摘要】
1.一种基于样本训练的机载雷达非平稳杂波抑制方法，其特征在于，包括步骤 步骤1:基于分段子CPI时域降维结构，联合快-慢时间维训练样本估计杂波协方差矩阵； 步骤2 :以步骤I中估计所得协方差矩阵计算自适应权值，应用到多通道回波数据，并将输出信号进行相干叠加。2.如权利要求1所述的机载雷达非平稳杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤步骤1，包括 (1)时域降维时，是将一个相干处理时间间隔内雷达回波数据的慢时间维数据均匀划分成多个子CPI，相互之间可重叠或不重叠； (2)样本训练时，同时采用雷达回波的快-慢时间维数据作为训练样本，用于估计杂波协方差矩阵，其中所需样本总数依据RMB准则，由系统对估计精度的要求确定； 步骤步骤2，包括 (3)权值应用时，将由步骤I中协方差矩阵计算得到的降维自适应权值，同时应用到所有的子CPI回波作滤波运算； (4)相干叠加时，根据各子CPI之间的固定相位关系，将所有的滤波输出作相干叠加，以减少分段带来的时域孔径损失。3.如权利要求2所述的机载雷达非平稳杂波抑制方法，其特征在于，所述(I)步中，采用如下时域分段过程确定好子CPI脉冲数以后，将一个CPI内的慢时间维回波数据均匀分段，不重叠分段时为顺序选取固定数量的脉冲，相邻子CPI之间没有相同数据，重叠分段时是以滑动窗形式依次滑动选取脉冲，相邻子CPI数据部分重叠，...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓德，赵耀东，金威，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：
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