機(jī)載mimo雷達(dá)三維波束空間的部分聯(lián)合雜波抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及雷達(dá)雜波的局域化抑制處理，公開了一種機(jī)載MIMO雷達(dá)三維波束空間的部分聯(lián)合雜波抑制方法。該方法包括：步驟1.得到空時(shí)數(shù)據(jù)矢量x表達(dá)式并且構(gòu)建目標(biāo)的空時(shí)二維導(dǎo)向矢量；步驟2.利用三維離散傅里葉變換將空時(shí)數(shù)據(jù)矢量x由陣元-脈沖域變換到三維波束域；步驟3.得到降維后的空時(shí)數(shù)據(jù)矢量z和降維后的目標(biāo)空時(shí)二維導(dǎo)向矢量；步驟4.根據(jù)降維空時(shí)自適應(yīng)處理的代價(jià)函數(shù)計(jì)算降維處理器的權(quán)矢量；步驟5.利用降維處理器的權(quán)矢量得到經(jīng)過雜波抑制的空時(shí)數(shù)據(jù)。本發(fā)明能夠解決運(yùn)算量大與樣本需求量大的問題，應(yīng)用于雷達(dá)雜波處理的情景。
【專利說明】機(jī)載MIMO雷達(dá)三維波束空間的部分聯(lián)合雜波抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及雷達(dá)雜波的局域化抑制處理，特別涉及一種機(jī)載MIMO雷達(dá)三維波束空間的部分聯(lián)合雜波抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從MMO雷達(dá)成為下一代雷達(dá)的發(fā)展方向以來，MMO雷達(dá)也成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。MIMO雷達(dá)在發(fā)射端和接收端同時(shí)采用數(shù)字陣技術(shù)，發(fā)射多個(gè)正交或非相干信號(hào)，并在接收端利用匹配濾波分離各發(fā)射信號(hào)分量，MIMO雷達(dá)利用較小的天線規(guī)模就可以獲得很大的虛擬陣列孔徑和系統(tǒng)自由度，從而大幅度提高雷達(dá)的參數(shù)估計(jì)精度、角度分辨率和雜波抑制能力。由于MIMO雷達(dá)在發(fā)射端和接收端同時(shí)采用了數(shù)字陣技術(shù)，MIMO雷達(dá)在抗雜波、抗干擾、低截獲等性能方面，與傳統(tǒng)雷達(dá)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0003]空時(shí)自適應(yīng)處理(Space Time Adaptive Processing, STAP)是機(jī)載預(yù)警雷達(dá)檢測(cè)慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)，但受到高維數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣求逆導(dǎo)致的運(yùn)算量大和要求的獨(dú)立分布樣本龐大等影響，使得其在實(shí)際應(yīng)用中難以實(shí)現(xiàn)。在相控陣?yán)走_(dá)體制下，人們已經(jīng)提出許多旨在降低樣本數(shù)目需求和運(yùn)算量的降維STAP方法，如主分量方法(PrincipleComponent, PC)、因子化方法(Factored Approach, FA)以及擴(kuò)展因子方法(ExtendedFactored Approach, EFA)等。PC法的基本思想是利用雜波子空間的特征基向量對(duì)消主支路的雜波；FA法是先采用一組具有高帶外衰減的多普勒濾波器對(duì)MMO雷達(dá)各接收陣元的輸出進(jìn)行濾波，然后使用空域Capon波束形成對(duì)相同多普勒通道的輸出進(jìn)行自適應(yīng)處理；EFA法是在主雜波區(qū)附近聯(lián)合m(m通常取奇數(shù)3、5等)個(gè)多普勒通道進(jìn)行自適應(yīng)處理。雖然這些方法同樣適用于機(jī)載MIMO雷達(dá),但由于發(fā)射波形分集的緣故，MIM0-STAP將傳統(tǒng)的空一時(shí)二維處理擴(kuò)展到空一時(shí)一碼(波形)三維空間，數(shù)據(jù)維數(shù)的急劇增加導(dǎo)致運(yùn)算量和協(xié)方差矩陣估計(jì)等問題變得更加突出，簡單地運(yùn)用這些方法仍難以滿足實(shí)時(shí)性的要求，急劇增加的數(shù)據(jù)維數(shù)使得樣本需求量(即獨(dú)立同分布參考單元數(shù))龐大以及協(xié)方差矩陣估計(jì)和求逆時(shí)運(yùn)算量也會(huì)很大，也就是現(xiàn)有技術(shù)中受到運(yùn)算量大與樣本需求量大的制約。因此，迫切需要針對(duì)機(jī)載MMO雷達(dá)研究更高效的降維STAP方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有方法應(yīng)用于機(jī)載MMO雷達(dá)雜波抑制時(shí)，本發(fā)明提出一種機(jī)載MMO雷達(dá)三維波束空間的部分聯(lián)合雜波抑制方法，用于解決運(yùn)算量大與樣本需求量大的問題。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案預(yù)以實(shí)現(xiàn)。
[0006]一種機(jī)載MMO雷達(dá)三維波束空間的部分聯(lián)合雜波抑制方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟1.利用機(jī)載MMO雷達(dá)天線接收空時(shí)數(shù)據(jù)，得到空時(shí)數(shù)據(jù)矢量χ表達(dá)式并且構(gòu)建目標(biāo)的空時(shí)二維導(dǎo)向矢量b(fs，Q，fd，Q)；
[0008]步驟2.利用三維離散傅里葉變換將空時(shí)數(shù)據(jù)矢量X由陣元-脈沖域變換到三維波束域；空時(shí)數(shù)據(jù)矢量X在三維波束域中稱為三維波束；
[0009]步驟3.構(gòu)造降維矩陣P，利用降維矩陣P對(duì)三維波束域中的三維波束進(jìn)行部分聯(lián)合自適應(yīng)處理，得到降維后的空時(shí)數(shù)據(jù)矢量z和降維后的目標(biāo)空時(shí)二維導(dǎo)向矢量
C (fs, O，f d, O);
[0010]步驟4.根據(jù)線性約束最小方差準(zhǔn)則，即在保證目標(biāo)信號(hào)增益一定的前提下最小化輸出的雜波和噪聲功率，利用降維后的空時(shí)數(shù)據(jù)矢量z和降維后的目標(biāo)空時(shí)二維導(dǎo)向矢量C(fs，c)，fd,o)構(gòu)建降維空時(shí)自適應(yīng)處理的代價(jià)函數(shù)；根據(jù)降維空時(shí)自適應(yīng)處理的代價(jià)函數(shù)計(jì)算降維處理器的權(quán)矢量W ;
[0011]步驟5.利用降維處理器的權(quán)矢量w對(duì)機(jī)載MMO雷達(dá)天線接收的空時(shí)數(shù)據(jù)矢量X進(jìn)行加權(quán)求和，得到經(jīng)過雜波抑制的空時(shí)數(shù)據(jù)。
[0012]上述技術(shù)方案的特點(diǎn)和進(jìn)一步改進(jìn)在于:
[0013](1)步驟I包括以下子步驟:
[0014]Ia)設(shè)定在一個(gè)相干處理間隔內(nèi)，機(jī)載MMO雷達(dá)天線的M個(gè)發(fā)射陣元同時(shí)輻射由K個(gè)脈沖組成的脈沖串波形，并且M個(gè)發(fā)射陣元發(fā)射的M個(gè)發(fā)射波形相互正交，在N個(gè)接收陣元的每一個(gè)接收陣元處，用M個(gè)參考發(fā)射信號(hào)對(duì)K個(gè)脈沖周期的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配濾波，將所有匹配濾波器的輸出排列成如下MNKX I維空時(shí)數(shù)據(jù)矢量，得到空時(shí)數(shù)據(jù)矢量X表達(dá)式為下式:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)載MIMO雷達(dá)三維波束空間的部分聯(lián)合雜波抑制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1.利用機(jī)載MMO雷達(dá)天線接收空時(shí)數(shù)據(jù)，得到空時(shí)數(shù)據(jù)矢量X表達(dá)式并且構(gòu)建目標(biāo)的空時(shí)二維導(dǎo)向矢量b(fs，Q，fd，Q)； 步驟2.利用三維離散傅里葉變換將空時(shí)數(shù)據(jù)矢量X由陣元-脈沖域變換到三維波束域；空時(shí)數(shù)據(jù)矢量X在三維波束域中稱為三維波束； 步驟3.構(gòu)造降維矩陣P，利用降維矩陣P對(duì)三維波束域中的三維波束進(jìn)行部分聯(lián)合自適應(yīng)處理，得到降維后的空時(shí)數(shù)據(jù)矢量z和降維后的目標(biāo)空時(shí)二維導(dǎo)向矢量fd,0)； 步驟4.根據(jù)線性約束最小方差準(zhǔn)則，即在保證目標(biāo)信號(hào)增益一定的前提下最小化輸出的雜波和噪聲功率，利用降維后的空時(shí)數(shù)據(jù)矢量z和降維后的目標(biāo)空時(shí)二維導(dǎo)向矢量c(fs,0) fd,0)構(gòu)建降維空時(shí)自適應(yīng)處理的代價(jià)函數(shù)；根據(jù)降維空時(shí)自適應(yīng)處理的代價(jià)函數(shù)計(jì)算降維處理器的權(quán)矢量w ; 步驟5.利用降維處理器的權(quán)矢量w對(duì)機(jī)載MMO雷達(dá)天線接收的空時(shí)數(shù)據(jù)矢量X進(jìn)行加權(quán)求和，得到經(jīng)過雜波抑制的空時(shí)數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載MMO雷達(dá)三維波束空間的部分聯(lián)合雜波抑制方法，其特征在于，步 驟I包括以下子步驟: Ia)設(shè)定在一個(gè)相干處理間隔內(nèi)，機(jī)載MMO雷達(dá)天線的M個(gè)發(fā)射陣元同時(shí)輻射由K個(gè)脈沖組成的脈沖串波形，并且M個(gè)發(fā)射陣元發(fā)射的M個(gè)發(fā)射波形相互正交，在N個(gè)接收陣元的每一個(gè)接收陣元處，用M個(gè)參考發(fā)射信號(hào)對(duì)K個(gè)脈沖周期的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配濾波，將所有匹配濾波器的輸出排列成如下MNKX I維空時(shí)數(shù)據(jù)矢量，得到空時(shí)數(shù)據(jù)矢量X表達(dá)式為下式:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載MMO雷達(dá)三維波束空間的部分聯(lián)合雜波抑制方法，其特征在于，步驟3包括以下子步驟: 3a)構(gòu)造降維矩陣P，降維矩陣P表示為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載MMO雷達(dá)三維波束空間的部分聯(lián)合雜波抑制方法，其特征在于，步驟4包括以下子步驟: 4a)利用降維后的空時(shí)數(shù)據(jù)矢量z求取降維后的空時(shí)數(shù)據(jù)矢量z的協(xié)方差矩陣Rz，Rz表達(dá)式為:
Rz = E{zzh} = PhRP 其中，z表示降維后的空時(shí)數(shù)據(jù)矢量，P為降維矩陣，R為空時(shí)數(shù)據(jù)χ的協(xié)方差矩陣，(.)η表示矩陣或向量的復(fù)共軛轉(zhuǎn)置，E {.}表示進(jìn)行期望操作； 4b)根據(jù)線性約束最小方差準(zhǔn)則，將降維空時(shí)自適應(yīng)處理的代價(jià)函數(shù)表示為:
【文檔編號(hào)】G01S7/36GK103954942SQ201410171717
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】馮大政, 向平葉, 呂暉, 周延, 解虎, 肖春寶, 白登潘 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)