專利名稱：以gps導(dǎo)航衛(wèi)星為外輻射源的無源雷達微弱目標檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種無源雷達技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及利用GPS導(dǎo)航衛(wèi)星作為外輻射 源的無源雷達領(lǐng)域內(nèi)的微弱目標檢測方法。
背景技術(shù)：
無源雷達是指雷達本身不發(fā)射電磁波信號而只用目標輻射電磁波信號(外輻射 源)進行目標探測和跟蹤的雷達，它具有良好的“四抗性能”并具有造價低、隱蔽性強、機動 性高等優(yōu)點。目標輻射的電磁信號可能是目標自身發(fā)射的信號，或者是第三方電磁波信號 經(jīng)目標反射后的電磁信號。因此，根據(jù)目標輻射信號源的類型，無源雷達可分為兩類一是 利用目標自身輻射源的無源雷達，包括待觀測的目標自身攜帶的輻射源，如雷達、通信、應(yīng) 答機、有源干擾和導(dǎo)航等電子設(shè)備；二是利用第三方發(fā)射信號經(jīng)目標反射的信號的無源雷 達，這類發(fā)射源包括地面廣播電臺、電視臺、通信臺站、直播電視衛(wèi)星和衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 等。從雷達體制上講，它的接收機和發(fā)出外輻射源的發(fā)射機是異地配置，因此它也屬于雙 (多)基雷達。
基于GPS信號作為外輻射信號無源雷達具有很多傳統(tǒng)有源雷達沒有的優(yōu)點(1) 無源雷達接收機由于沒有大功率的器件，且不受發(fā)射機功率泄漏的影響，從而具有較高的 靈敏度；⑵多個接收機工作，可以對干擾源進行無源定位；C3)由于收、發(fā)分置，接收機是 靜默的，也可以機動，所以系統(tǒng)具有抗電子偵查、抗干擾和抗反輻射導(dǎo)彈摧毀的能力；(4) 在接收機前置時，可利用空中、空間的照射源，可以探測到發(fā)射機的視線以下和遠區(qū)超低空 的目標，抗超低空突防能力強；(5)具有反隱身的效果，由于隱身目標只在鼻錐ο30 π范圍 內(nèi)有極小的雷達截面積(RCQ，而側(cè)向及頂部散射和繞射并沒有減小，還很強，使得無源雷 達對隱身目標的探測具有很好的效果；(6)由于自身不發(fā)射電磁波，無源雷達系統(tǒng)具有隱 蔽性和突然性，系統(tǒng)生存能力強。
基于GPS信號的無源雷達的核心技術(shù)是無源相干定位技術(shù)，其基本的思想是以外 輻射源發(fā)射的直達波信號作為參考，檢測分析目標反射輻射源發(fā)射的信號能量，估計出目 標反射信號的到達方向、到達時間和多普勒頻移等參數(shù)，從而實現(xiàn)對目標的定位和跟蹤。由 于GPS衛(wèi)星信號屬于全向連續(xù)波輻射，直達波信號很強，存在多徑效應(yīng)使得雜波較強，而且 強目標的回波也會大大干擾微弱目標回波的探測，因此需要對接收到的非合作信號進行雜 波抑制和信號處理才能探測到目標。
干擾信號抑制是無源雷達系統(tǒng)在信號處理中所面臨的一個關(guān)鍵性技術(shù)問題，目前 采取的抑制算法主要有(a)基于自適應(yīng)波束行成的干擾置零基本原理是根據(jù)接收準則 自動的調(diào)節(jié)天線陣元加權(quán)系數(shù)的幅度和相位，使代價函數(shù)值最小，使系統(tǒng)達到該準則下的 最優(yōu)接收效果，其中最小均方誤差(MMSE)和線性約束最小方差(LCMV)準則波束形成是自 適應(yīng)波束形成的兩種最優(yōu)波束形成器；(b)采用自適應(yīng)濾波算法進行干擾抑制；(C)基于子 空間投影的直達波抑制算法該算法無需傳統(tǒng)自適應(yīng)干擾置零技術(shù)所需的干擾方向信息， 也無需旁瓣對消技術(shù)中的參考通道，而是利用接收端等效信號構(gòu)造直達波子空間的正交投影矩陣，對接收信號進行投影，從而抑制直達波干擾。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能有效地抑制直達波干擾、多徑干擾、雜波干擾和強 目標回波旁瓣遮蔽干擾，從而檢測到微弱目標回波的以GPS導(dǎo)航衛(wèi)星為外輻射源的無源雷 達微弱目標檢測方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
在參考通道中采用標準的GPS接收機，接收到的信號作為參考信號，對其進行提 純處理；在雷達目標回波通道中，接收到的信號包括強、弱目標的回波信號、直達波干擾、多 徑干擾、雜波干擾和噪聲，首先對其進行放大和濾波，然后下變頻到中頻進行處理，去除GPS 信號中攜帶的導(dǎo)航信息，利用LS-CLEAN方法進行直達波和雜波抑制，對抑制后的信號與參 考信號進行匹配濾波，在匹配濾波器的輸出端首先進行多普勒補償，再對強目標旁瓣對微 弱目標的遮蔽作用進行抑制，最后進行相干累積、恒虛警處理。
所述的利用LS-CLEAN方法進行直達波和雜波抑制的過程如下
(1)構(gòu)造參考信號的時延陣Sref d ；
(2)構(gòu)造參考信號的時延-多普勒陣SMf df ；
(3)構(gòu)造數(shù)據(jù)陣A，將其列向量構(gòu)成干擾子空間；
(4)構(gòu)造投影矩陣P，將目標回波通道信號投影到與干擾子空間正交的子空間，達 到進行直達波、多徑、雜波干擾抑制的目的；
(5)將此時的矩陣作為初值賦給處理矩陣S，初始化迭代次數(shù)j = 0 ；
(6) j = j+1，更新處理矩陣S,J1 S, ΓMjCa ；
(7)檢測到的目標為 ^fiO')J ηιβ( Γ delay)；
(8)對剩余信號的能量進行判斷，若其高于噪聲電平，則到步驟(6)繼續(xù)進行，否 則循環(huán)結(jié)束，此時檢測到所有的微弱目標。
本發(fā)明所述的在基于GPS導(dǎo)航衛(wèi)星作為外輻射源的無源雷達探測系統(tǒng)中，利用 LS-CLEAN算法進行微弱目標檢測的方法具有如下的積極效果和優(yōu)點采用此方法可以有 效地抑制直達波干擾、多徑干擾和雜波干擾，還可以有效地消除強目標回波旁瓣對微弱目 標回波的遮蔽效應(yīng)，同時計算量簡便，適合實時處理。


圖1是基于GPS導(dǎo)航衛(wèi)星作為外輻射源的無源雷達系統(tǒng)示意圖2是基于GPS導(dǎo)航衛(wèi)星作為外輻射源的無源雷達信號處理過程；
圖3是LS-CLEAN方法進行微弱目標檢測過程的實施框圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步闡述。
如圖1所示，基于GPS導(dǎo)航衛(wèi)星作為外輻射源的無源雷達探測系統(tǒng)屬于多基地?zé)o 源雷達探測系統(tǒng)，在無源雷達接收機端接收4顆GPS導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的射頻信號，接收系統(tǒng)分 為參考通道和雷達目標回波通道，分別用來接收直達波信號和經(jīng)目標反射的回波信號。
由圖2可知，在參考通道中采用標準的GPS接收機，接收到的信號作為參考信號， 對其進行提純處理；在雷達目標回波通道中，接收到的信號包括強、弱目標的回波信號、直 達波干擾、多徑干擾、雜波干擾和噪聲等。首先對其進行放大和濾波，然后下變頻到中頻進 行處理，去除GPS信號中攜帶的導(dǎo)航信息，利用LS-CLEAN方法進行直達波和雜波抑制，對抑 制后的信號與參考信號進行匹配濾波，在匹配濾波器的輸出端首先進行多普勒補償，再對 強目標旁瓣對微弱目標的遮蔽作用進行抑制，最后進行相干累積、恒虛警處理，達到檢測到 微弱目標的目的。
結(jié)合圖3，本發(fā)明利用LS-CLEAN進行微弱目標檢測的過程如下
(1)構(gòu)造參考信號的時延陣Sref d ；
(2)構(gòu)造參考信號的時延-多普勒陣Srrf df ；
(3)構(gòu)造數(shù)據(jù)陣A，將其列向量構(gòu)成干擾子空間；
(4)構(gòu)造投影矩陣P，將目標回波通道信號投影到與干擾子空間正交的子空間，達 到進行直達波、多徑、雜波干擾抑制的目的；
(5)將此時的矩陣作為初值賦給處理矩陣S，初始化迭代次數(shù)j = 0 ；
(6) j = j+1，更新處理矩陣Sj1 S, ΓMjCa ；
(7)檢測到的目標為 ^fiO')J ηιβ( Γ delay)；
(8)對剩余信號的能量進行判斷，若其高于噪聲電平，則到步驟6繼續(xù)進行，否則 循環(huán)結(jié)束，此時檢測到所有的微弱目標。
本發(fā)明所述的一種基于LS-CLEAN算法的微弱目標檢測方法，將雷達回波信號投 影在與干擾子空間正交的子空間內(nèi)，對直達波干擾、多徑干擾進行有效抑制，然后對回波信 號進行多普勒補償，進一步迭代地抑制各個強目標旁瓣對微弱目標回波的遮蔽作用，從而 準確檢測到微弱目標。
本發(fā)明系統(tǒng)中接收通道分為參考通道和目標回波通道兩部分，參考通道接收GPS 導(dǎo)航衛(wèi)星的直達信號作為參考信號，目標回波通道接收GPS信號經(jīng)過目標反射后到達的信 號，此時目標回波通道中還存在直達波干擾、多徑干擾和強目標旁瓣對弱目標的遮蔽作用。 本發(fā)明采用的LS-CLEAN算法的思想是在雷達目標回波通道中，使得利用本方法進行干擾 抑制后的信號誤差平方和最小，即使得下式最小
權(quán)利要求
1.一種以GPS導(dǎo)航衛(wèi)星為外輻射源的無源雷達微弱目標檢測方法，其特征是在參考 通道中采用標準的GPS接收機，接收到的信號作為參考信號，對其進行提純處理；在雷達目 標回波通道中，接收到的信號包括強、弱目標的回波信號、直達波干擾、多徑干擾、雜波干擾 和噪聲，首先對其進行放大和濾波，然后下變頻到中頻進行處理，去除GPS信號中攜帶的導(dǎo) 航信息，利用LS-CLEAN方法進行直達波和雜波抑制，對抑制后的信號與參考信號進行匹配 濾波，在匹配濾波器的輸出端首先進行多普勒補償，再對強目標旁瓣對微弱目標的遮蔽作 用進行抑制，最后進行相干累積、恒虛警處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的利用LS-CLEAN方法進行直達波和雜波抑制的過程如下(1)構(gòu)造參考信號的時延陣d；(2)構(gòu)造參考信號的時延-多普勒陣Srrfdf ；(3)構(gòu)造數(shù)據(jù)陣A，將其列向量構(gòu)成干擾子空間；(4)構(gòu)造投影矩陣P，將目標回波通道信號投影到與干擾子空間正交的子空間，達到進 行直達波、多徑、雜波干擾抑制的目的；(5)將此時的矩陣作為初值賦給處理矩陣S，初始化迭代次數(shù)j= 0 ；(6)j = j+1，更新處理矩陣 sJ+1 = Sj-HIjCa ；(7)檢測到的目標為Swt」(i)= …⑴+Hijδ (i-delayi)；(8)對剩余信號的能量進行判斷，若其高于噪聲電平，則到步驟(6)繼續(xù)進行，否則循 環(huán)結(jié)束，此時檢測到所有的微弱目標。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種以GPS導(dǎo)航衛(wèi)星為外輻射源的無源雷達微弱目標檢測方法。在參考通道中采用標準的GPS接收機，接收到的信號作為參考信號，對其進行提純處理；在雷達目標回波通道中，首先對其進行放大和濾波，然后下變頻到中頻進行處理，去除GPS信號中攜帶的導(dǎo)航信息，利用LS-CLEAN方法進行直達波和雜波抑制，對抑制后的信號與參考信號進行匹配濾波，在匹配濾波器的輸出端首先進行多普勒補償，再對強目標旁瓣對微弱目標的遮蔽作用進行抑制，最后進行相干累積、恒虛警處理。能有效地抑制直達波干擾、多徑干擾、雜波干擾和強目標回波旁瓣遮蔽干擾，從而檢測到微弱目標回波。
文檔編號G01S13/02GK102033227SQ20101056568
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者黨超, 劉丹, 單志明, 呂東澤, 吳述敏, 周宇, 徐定杰, 沈鋒, 蓋猛, 賀瑞 申請人:哈爾濱工程大學(xué)