專利名稱：基于修正stap的機(jī)載雷達(dá)高速空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于修正STAP的機(jī)載雷達(dá)高速空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
在航空技術(shù)領(lǐng)域中，目前檢測(cè)高速空中機(jī)動(dòng)(僅考慮存在徑向加速度的情況)目標(biāo)面臨的主要難題有a.機(jī)載雷達(dá)下視工作時(shí)微弱目標(biāo)信號(hào)往往淹沒(méi)于因平臺(tái)運(yùn)動(dòng)使多普勒譜展寬了的強(qiáng)地雜波中，因此僅用單個(gè)通道接收下來(lái)的回波信號(hào)(時(shí)域采樣信號(hào))進(jìn)行多普勒處理的方法不能抑制與動(dòng)目標(biāo)相同多普勒頻率的地物雜波。b.目標(biāo)的高速運(yùn)動(dòng)會(huì)引起嚴(yán)重的距離走動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)積累效果下降。c.目標(biāo)的徑向加速度引起的二次相位項(xiàng)會(huì)對(duì)回波信號(hào)產(chǎn)生時(shí)變調(diào)制(即產(chǎn)生多普勒走動(dòng))，此時(shí)如果仍采用傳統(tǒng)的相參積累方法處理線性調(diào)頻信號(hào)(linear frequency modulated, LFM)必然也會(huì)導(dǎo)致積累效果嚴(yán)重下降。才目位中；!^扁置天線(displaced phase center antenna,DPCA)技術(shù)是一禾中對(duì)同時(shí)利用多個(gè)通道接收的空時(shí)采樣信號(hào)進(jìn)行處理的方法，然而其容易受通道誤差等各種非理想因素的影響。Brerman等人提出了用空時(shí)二維采樣信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)處理的方法(即STAP技術(shù))，其核心思想是利用雜波的空時(shí)耦合特性自適應(yīng)地調(diào)節(jié)二維濾波器的響應(yīng)濾除雜波，并保證對(duì)目標(biāo)有足夠的增益，其在一定程度上補(bǔ)償了誤差所造成的影響，從而大大改善了雜波抑制效果。但是，傳統(tǒng)的STAP方法都是假設(shè)在相干處理時(shí)間(coherent processing interval,CPI)內(nèi)目標(biāo)處于固定的距離單元(即不發(fā)生距離走動(dòng))。因此，必須設(shè)法對(duì)目標(biāo)距離走動(dòng)進(jìn)行校正以提高動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)性能。Keystone變換可以在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度未知的情況下統(tǒng)一校正多個(gè)目標(biāo)的線性距離走動(dòng)，因此被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)地面動(dòng)目標(biāo)成像以及微弱目標(biāo)檢測(cè)領(lǐng)域。中國(guó)專利第201110123779. 2號(hào)中公開(kāi)的將keystone變換與STAP相結(jié)合來(lái)檢測(cè)高速微弱空中動(dòng)目標(biāo)的方法可以取得良好的性能。但是，該方法僅僅針對(duì)的是勻速運(yùn)動(dòng)的高速目標(biāo)，當(dāng)目標(biāo)作機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，徑向加速度引起的二次相位項(xiàng)會(huì)對(duì)回波信號(hào)產(chǎn)生時(shí)變調(diào)制，此時(shí)該方法的檢測(cè)性能將大大下降。中國(guó)專利第201110126353. 2號(hào)中提到將 keystone變換、Wigner-Hough變換和STAP進(jìn)行巧妙地結(jié)合，提出了一種用于機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)實(shí)現(xiàn)高速空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的新方法，其主要思想是先對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行雜波抑制，再利用keystone變換校正目標(biāo)距離走動(dòng)，然后利用Wigner-Hough變換估計(jì)出目標(biāo)的加速度，接著根據(jù)所估計(jì)出的加速度對(duì)由加速度所引起的多普勒走動(dòng)項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償，最后進(jìn)行目標(biāo)積累檢測(cè)。但是，該方法是采用Wigner-hough變換估計(jì)目標(biāo)的加速度，在相干處理脈沖數(shù)目較少時(shí)，Wigner-hough變換估計(jì)目標(biāo)加速度存在較大誤差，從而導(dǎo)致多普勒走動(dòng)項(xiàng)補(bǔ)償效果不理想。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種方法簡(jiǎn)單，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，適合目標(biāo)存在嚴(yán)重距離走動(dòng)、多普勒模糊及多普勒走動(dòng)時(shí)的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)等特點(diǎn)的基于STAP的機(jī)載雷達(dá)高速空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的基于STAP的機(jī)載雷達(dá)高速空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟1)根據(jù)陣列天線接收的參考單元的數(shù)據(jù)估計(jì)出待測(cè)單元的雜波協(xié)方差矩陣；2)將上述雜波協(xié)方差矩陣的逆矩陣代替投影矩陣乘以接收數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)雜波抑制；3)將上述雜波抑制后的數(shù)據(jù)進(jìn)行keystone變換，以校正目標(biāo)距離走動(dòng)；4)利用將上述經(jīng)過(guò)目標(biāo)距離走動(dòng)校正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正的匹配濾波來(lái)估計(jì)目標(biāo)徑向加速度；5)根據(jù)步驟4)估計(jì)出的目標(biāo)加速度對(duì)步驟幻處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行多普勒走動(dòng)項(xiàng)補(bǔ)償；6)將上述多普勒走動(dòng)項(xiàng)補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時(shí)二維波束形成，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)能量積
累ο所述的步驟1)中參考單元的數(shù)據(jù)與待測(cè)單元的雜波數(shù)據(jù)滿足獨(dú)立同分布條件。所述的步驟5)中目標(biāo)加速度的估計(jì)是利用修正STAP實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明提供的基于修正STAP的機(jī)載雷達(dá)高速空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法是先對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行雜波抑制，再利用keystone變換校正目標(biāo)距離走動(dòng)，然后利用修正STAP估計(jì)出目標(biāo)加速度，接著根據(jù)所估計(jì)出的加速度對(duì)多普勒走動(dòng)項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償，最后進(jìn)行常規(guī)空時(shí)二維波束形成實(shí)現(xiàn)目標(biāo)能量積累。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法不僅能夠避免直接利用keystone變換校正存在多普勒模糊的高速目標(biāo)距離走動(dòng)時(shí)影響雜波分布特性，進(jìn)而降低STAP性能的問(wèn)題，而且利用修正STAP能較為精確地估計(jì)出目標(biāo)加速度，因此有利于目標(biāo)多普勒走動(dòng)補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)能量的有效積累。另外，本方法具有步驟簡(jiǎn)單，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，適合目標(biāo)存在嚴(yán)重距離走動(dòng)、多普勒模糊及多普勒走動(dòng)時(shí)的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明提供的基于修正STAP的機(jī)載雷達(dá)高速空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法流程圖。圖加為總回波功率譜。圖2b為雜波抑制后的功率譜。圖2c為雜波抑制和keystone變換后的功率譜。圖2d為多普勒走動(dòng)項(xiàng)補(bǔ)償后的功率譜。圖加為圖2b，2c和2d沿多普勒方向切面的比較。圖3為目標(biāo)能量積累效果比較。圖4為不同處理方法改善因子比較。
具體實(shí)施方式
0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的基于修正STAP的機(jī)載雷達(dá)高速空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供的基于修正STAP的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)高速空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法是基于 STAP的目標(biāo)檢測(cè)方法，通過(guò)將keystone變換和修正STAP進(jìn)行巧妙的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)存在嚴(yán)重距離走動(dòng)、多普勒模糊及多普勒走動(dòng)情況下的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，如圖1所示，該方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟1)根據(jù)陣列天線接收的與待測(cè)單元的雜波數(shù)據(jù)滿足獨(dú)立同分布的參考單元的數(shù)據(jù)估計(jì)出待測(cè)單元的雜波協(xié)方差矩陣；考慮機(jī)載平臺(tái)上沿航線方向放置的N元均勻線陣，陣元間距為(1 = 0.5λ，λ為工作波長(zhǎng)，一個(gè)相干處理時(shí)間內(nèi)發(fā)射K個(gè)脈沖，Xnk為第η個(gè)陣元在第k個(gè)脈沖上對(duì)應(yīng)的復(fù)采樣值，則每一距離門(mén)上的接收數(shù)據(jù)可以寫(xiě)作一個(gè)NXK的矩陣，假設(shè)在每個(gè)脈沖重復(fù)間隔內(nèi)沿距離向的采樣點(diǎn)數(shù)為L(zhǎng)，則一個(gè)CPI的接收數(shù)據(jù)形成了一個(gè)NXKXL的三維數(shù)據(jù)塊X。將該數(shù)據(jù)矩陣X按列排成一個(gè)NKXl的列向量，可記為χ = vec (X)，就形成了一個(gè)空時(shí)快拍數(shù)據(jù)。假定單個(gè)距離門(mén)內(nèi)最多存在一個(gè)目標(biāo)，待檢測(cè)單元的空時(shí)快拍(即一次數(shù)據(jù))可寫(xiě)成xpri = xs+xc+xn(1)式⑴中Xs、xc和^cn分別表示目標(biāo)、雜波和噪聲成分?？偟幕夭〝?shù)據(jù)的功率譜如圖加所示，由于雜波很強(qiáng)，目標(biāo)能量很微弱，完全淹沒(méi)在雜波和噪聲中。參考單元的空時(shí)快拍(即二次數(shù)據(jù))可寫(xiě)成Xsec = xc+xn(2)R為干擾(雜波+噪聲)協(xié)方差矩陣。實(shí)際情況中，R通常未知，需要根據(jù)參考單元數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，估計(jì)得到的協(xié)方差矩陣記為R
權(quán)利要求
1.一種基于修正STAP的機(jī)載雷達(dá)高速空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于所述的檢測(cè)方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟1)根據(jù)陣列天線接收的參考單元的數(shù)據(jù)估計(jì)出待測(cè)單元的雜波協(xié)方差矩陣；2)將上述雜波協(xié)方差矩陣的逆矩陣代替投影矩陣乘以接收數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)雜波抑制；3)將上述雜波抑制后的數(shù)據(jù)進(jìn)行keystone變換，以校正目標(biāo)距離走動(dòng)；4)利用將上述經(jīng)過(guò)目標(biāo)距離走動(dòng)校正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正的匹配濾波來(lái)估計(jì)目標(biāo)徑向加速度；5)根據(jù)步驟4)估計(jì)出的目標(biāo)加速度對(duì)步驟幻處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行多普勒走動(dòng)項(xiàng)補(bǔ)償；6)將上述多普勒走動(dòng)項(xiàng)補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時(shí)二維波束形成，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)能量積累。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于修正STAP的機(jī)載雷達(dá)高速空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟1)中參考單元的數(shù)據(jù)與待測(cè)單元的雜波數(shù)據(jù)滿足獨(dú)立同分布條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于修正STAP的機(jī)載雷達(dá)高速空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟5)中目標(biāo)加速度的估計(jì)是利用修正STAP實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
一種基于修正STAP的機(jī)載雷達(dá)高速空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法。其是先對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行雜波抑制，再利用keystone變換校正目標(biāo)距離走動(dòng)，再利用修正STAP估計(jì)出目標(biāo)加速度，接著根據(jù)加速度對(duì)多普勒走動(dòng)項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償，最后進(jìn)行空時(shí)二維波束形成實(shí)現(xiàn)目標(biāo)能量積累。本發(fā)明方法不僅能夠避免直接利用keystone變換校正存在多普勒模糊的高速目標(biāo)距離走動(dòng)時(shí)影響雜波分布特性，進(jìn)而降低STAP性能的問(wèn)題，而且利用修正STAP能較為精確地估計(jì)出目標(biāo)加速度，因此有利于目標(biāo)多普勒走動(dòng)補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)能量的有效積累。另外，本方法具有步驟簡(jiǎn)單，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，適合目標(biāo)存在嚴(yán)重距離走動(dòng)、多普勒模糊及多普勒走動(dòng)時(shí)的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S7/41GK102445684SQ201110304209
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者吳仁彪, 李海, 賈瓊瓊 申請(qǐng)人:中國(guó)民航大學(xué)