基于干擾抑制的相控陣信號失真實時校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于干擾抑制的相控陣信號失真實時校正方法。相控陣接收天線通道間幅相誤差可引起實際工程中對未知雷達目標回波導(dǎo)向矢量估計的失真，會導(dǎo)致雷達目標回波輸出失真。本發(fā)明精確估計雷達目標回波導(dǎo)向矢量，實時得到相控陣輸出信號兩個相鄰權(quán)向量更新時刻間的幅度和相位差異，利用該差異實時有效校正，針對兩相鄰權(quán)向量更新中，后一更新時刻對應(yīng)的信號能量較大時進行二次校正，本發(fā)明可在任意基于特征結(jié)構(gòu)方向估計陣列天線上實現(xiàn)，解決了低信噪比下，接收天線通道幅相誤差以及變化干擾導(dǎo)致的目標輸出信號失真的實時、精確校正。理論分析和實驗結(jié)果表明，本發(fā)明能夠獲得實時、精確、穩(wěn)健的校正效果，適用于實際工程實踐。
【專利說明】基于干擾抑制的相控陣信號失真實時校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于相控陣雷達【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及一種基于干擾抑制的相控陣信號失真實時校正方法，具體是一種基于干擾抑制的相控陣信號失真實時校正方法，用于相控陣雷達接收信號的失真實時校正。
【背景技術(shù)】
[0002]相對于傳統(tǒng)機械掃描雷達，可靠性能更高、抗干擾能力更強、抗截獲率更低等優(yōu)勢使相控陣雷達得到了廣泛應(yīng)用。然而通道間的幅相誤差是相控陣天線中的一個重要問題，實際中通道間幅度相位的輕微擾動便可導(dǎo)致未知的雷達目標回波導(dǎo)向矢量估計存在很大偏差，最終導(dǎo)致輸出信號在幅度和相位上的失真。
[0003]在實際應(yīng)用中，相控陣雷達通常工作在存在干擾的外界環(huán)境中，且干擾會不斷變化，其中目標的位置和方向通常又不可知。而最小方差(MV)算法在低信噪比條件體現(xiàn)出了良好的抗干擾性能。但是在外界變化的環(huán)境中，干擾信號可能出現(xiàn)在任意時刻，故接收信號也會隨時間變化，以致接收數(shù)據(jù)可能在兩個短暫的相鄰權(quán)向量更新時刻之間發(fā)生很大變化，因此對輸出信號的幅度和相位提供實時估計及校正具有重要的實際意義。
[0004]現(xiàn)存的很多信號估計方法均對幅相誤差校正進行研究，其中，有些信號估計方法需要限制特定的相控陣天線陣列形式，這類方法一旦變化了相控陣天線陣列形式，該類方法的性能便不再有效和穩(wěn)?。挥行┬盘柟烙嫹椒ù嬖谶\算量很大的問題，在實際應(yīng)用上不易實現(xiàn)，或者說沒有實際的應(yīng)用價值；而有些信號估計方法僅考慮了相位差異而忽略了幅度項，當外界存在不斷變化的干擾時，此類方法就不能實時有效地對失真信號進行校正，仍然不能完成對目標信號的精確估計?，F(xiàn)有的雷達系統(tǒng)急需一種在外界干擾環(huán)境變化時對通道幅相誤差導(dǎo)致的信號輸出失真進行實時精確的校正，從而獲得更為準確的目標信號信息的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種對相控陣接收天線信號輸出失真實時校正方法，以提高校正的實時性和精確性，為后續(xù)成像工作提供更為精確的目標信號信息；同時本發(fā)明不限制相控陣天線陣列形式，可適用于更多類型的陣面結(jié)構(gòu)天線。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明是一種基于干擾抑制的相控陣信號失真實時校正方法，該校正方法包括有如下步驟:
[0008]步驟I建立相控陣信號接收模型，選取任意幾何結(jié)構(gòu)的平面陣列，選取參考陣元，用選取的參考陣元建立XOY直角坐標系，通過相控陣雷達天線獲取包含有雷達目標、干擾以及隨機噪聲的接收數(shù)據(jù),并求出接收數(shù)據(jù)的空間相關(guān)矩陣R。
[0009]步驟2對獲取的相控陣雷達的包含有雷達目標、干擾以及隨機噪聲的接收數(shù)據(jù)采用最小方差算法進行強干擾抑制，得到干擾抑制后的包含有目標信號以及隨機噪聲的數(shù)據(jù)，即空間白化數(shù)據(jù)。
[0010]步驟3對該空間白化數(shù)據(jù)進行脈沖壓縮，在脈沖壓縮過程中目標信號會相干積累，壓縮結(jié)束，得到包含主瓣部分和旁瓣部分的壓縮信號，對壓縮后信號進行信號截斷，得到包含主瓣部分的截斷信號，該部分包含有絕大部分目標信號能量。
[0011]步驟4取截斷信號的自相關(guān)矩陣，進行特征分解得到最大特征值對應(yīng)的特征矢量，即主特征向量，用接收數(shù)據(jù)的空間相關(guān)矩陣左乘特征矢量，得到雷達目標回波導(dǎo)向矢量的估計矢量，該估計矢量中包含有目標信號的方向信息。
[0012]步驟5為減小干擾環(huán)境對導(dǎo)向矢量的影響，取信號能量較小時刻對應(yīng)的估計矢量作為導(dǎo)向矢量的估計結(jié)果，為完成對相控陣天線輸出失真信號的實時性校正，用最小方差無失真響應(yīng)算法對相控陣天線作用于接收數(shù)據(jù)的權(quán)向量進行實時性更新，權(quán)向量更新后，對相控陣天線幅相誤差導(dǎo)致的目標信號失真進行校正，校正過程分以下兩種情況進行: [0013]5a)兩相鄰權(quán)向量更新時刻中，當后一更新時刻對應(yīng)的信號能量較大時，根據(jù)最小方差無失真響應(yīng)算法，用兩時刻之間的幅度比和相位差異更新后一時刻的權(quán)向量，得到精確的目標信號輸出，兩時刻之間的幅度比為后一時刻信號幅度比前一時刻的信號幅度，相位差異為后一時刻信號相位減去前一時刻的信號相位，完成輸出失真信號幅相差異的實時精確估計及校正。
[0014]5b)兩相鄰權(quán)向量更新時刻中，當前一更新時刻對應(yīng)的信號能量較大時，根據(jù)最小方差無失真響應(yīng)算法用兩時刻之間的幅度比和相位差異更新后一時刻的權(quán)向量，并構(gòu)造二次校正權(quán)向量，得到精確的目標信號輸出，完成輸出失真信號幅相差異的實時精確估計及校正。
[0015]本發(fā)明首先建立相控陣信號接收模型，獲取接收數(shù)據(jù)，然后進行強干擾的有效抑制；對干擾抑制的信號進行脈沖壓縮以提高信號信噪比，并對壓縮后信號進行截斷；對截斷信號取自相關(guān)矩陣，并通過對自相關(guān)矩陣進行特征分解得到目標回波信號導(dǎo)向矢量的估計矢量；利用最小方差無失真相應(yīng)算法得到相鄰兩權(quán)向量更新時刻之間的幅度和相位差異并校正，本發(fā)明可在外界干擾環(huán)境變化時對通道幅相誤差導(dǎo)致的信號輸出失真進行實時精確的校正，獲得更為準確的目標信號信息。
[0016]本發(fā)明的實現(xiàn)還在于:其中步驟2所述的對接收數(shù)據(jù)采用最小方差算法進行強干擾抑制，是通過如下公式進行的:
[0017]選取作用于接收數(shù)據(jù)的權(quán)向量
[0018]G1 = [I, O,…，0]T, e2 = [O, I, O,..., 0]τ,..., eN = [0，0，...，0, 1]τ
[0019]作用于接收數(shù)據(jù)，可得每個陣元對應(yīng)的空間白化數(shù)據(jù)矢量
[0020]Zi ⑴=e,〃 R 丨 X⑴，/ -1,...N.[0021]對以上N個數(shù)據(jù)矢量整理可得到空間白化矩陣；ei表示構(gòu)造的作用于接收數(shù)據(jù)的權(quán)向量，i = 1，2，...，N ; (.)τ表示矩陣的轉(zhuǎn)置；Zi (t)表示ei作用于t時刻接收數(shù)據(jù)后的空間白化數(shù)據(jù)，i = 1，2，...，Ν;(.)Η表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置；R表示接收數(shù)據(jù)的空間相關(guān)矩陣；(.1表示矩陣的求逆；x(t)表示t時刻的接收數(shù)據(jù)；N表示相控陣天線陣元數(shù)目。
[0022]基于最小方差算法可有效抑制強信號的原理，本發(fā)明對相控陣天線接收信號數(shù)據(jù)采用最小方差算法，而相對于干擾信號和隨機噪聲，接收數(shù)據(jù)中的目標信號能量很小，故接收信號中的強干擾信號和隨機噪聲可被有效地抑制，得到只包含有雷達目標信號和部分隨機噪聲的空間白化數(shù)據(jù)矢量。
[0023]本發(fā)明的實現(xiàn)還在于:其中步驟5所述的用最小方差無失真響應(yīng)算法對相控陣天線作用于接收數(shù)據(jù)的權(quán)向量進行實時性更新，權(quán)向量更新操作按如下公式進行:
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種基于干擾抑制的相控陣信號失真實時校正方法，其特征在于包括有如下步驟: 步驟I建立相控陣信號接收模型，選取任意幾何結(jié)構(gòu)的平面陣列，選取參考陣元，用選取的參考陣元建立XOY直角坐標系，通過相控陣雷達天線獲取包含有雷達目標、干擾以及隨機噪聲的接收數(shù)據(jù),并求出接收數(shù)據(jù)的空間相關(guān)矩陣R ； 步驟2對獲取的包含有雷達目標、干擾以及隨機噪聲的接收數(shù)據(jù)采用最小方差算法進行強干擾抑制，得到干擾抑制后的包含有目標信號以及隨機噪聲的數(shù)據(jù)，即空間白化數(shù)據(jù)； 步驟3對該數(shù)據(jù)進行脈沖壓縮，在脈沖壓縮過程中目標信號會相干積累，壓縮結(jié)束得到包含主瓣部分和旁瓣部分的壓縮信號，對壓縮后信號進行信號截斷，得到包含主瓣部分的截斷信號； 步驟4取截斷信號的自相關(guān)矩陣，進行特征分解得到最大特征值對應(yīng)的特征矢量，用接收數(shù)據(jù)的空間相關(guān)矩陣左乘特征矢量，得到雷達目標回波導(dǎo)向矢量的估計矢量； 步驟5取信號能量較小時刻對應(yīng)的估計矢量作為導(dǎo)向矢量的估計結(jié)果，用最小方差無失真響應(yīng)算法對相控陣天線作用于接收數(shù)據(jù)的權(quán)向量進行實時性更新，權(quán)向量更新后，對相控陣天線幅相誤差導(dǎo)致的目標信號失真進行校正，校正過程分以下兩種情況進行: 5a)兩相鄰權(quán)向量更新時刻中，當后一更新時刻對應(yīng)的信號能量較大時，根據(jù)最小方差無失真響應(yīng)算法，用兩時刻之間的幅度比和相位差異校正后一時刻的權(quán)向量，得到精確的目標信號輸出，完成輸出失真信號幅相差異的實時精確估計及校正； 5b)兩相鄰權(quán)向量更新時刻中，當前一更新時刻對應(yīng)的信號能量較大時，根據(jù)最小方差無失真響應(yīng)算法用兩時刻之間的幅度比和相位差異校正后一時刻的權(quán)向量，并構(gòu)造二次校正權(quán)向量，得到精確的目標信號輸出，完成輸出失真信號幅相差異的實時精確估計及校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于干擾抑制的相控陣信號失真實時校正方法，其特征在于:其中步驟2所述的對接收數(shù)據(jù)采用最小方差算法進行強干擾抑制，是通過如下公式進行的: 選取作用于接收數(shù)據(jù)的權(quán)向量
作用于接收數(shù)據(jù)，可得每個陣元對應(yīng)的空間白化數(shù)據(jù)矢量 其中，ei表示構(gòu)造的作用于接收數(shù)據(jù)的權(quán)向量，i = 1，2，...，N ; (.)τ表示矩陣的轉(zhuǎn)置；Zi (t)表示ei作用于t時刻接收數(shù)據(jù)后的空間白化數(shù)據(jù)，i = 1，2，...，Ν;(.)Η表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置；R表示接收數(shù)據(jù)的空間相關(guān)矩陣；(.1表示矩陣的求逆；x(t)表示t時刻的接收數(shù)據(jù)；N表示相控陣天線陣元數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于干擾抑制的相控陣信號失真實時校正方法，其特征在于:其中步驟5所述的用最小方差無失真響應(yīng)算法對相控陣天線作用于接收數(shù)據(jù)的權(quán)向量進行實時性更新，權(quán)向量更新操作按如下公式進行: 其中，W表示更新后的權(quán)向量；R表示接收數(shù)據(jù)的空間相關(guān)矩陣；(.)_1表示矩陣的求逆；(.)H表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置；vs表示導(dǎo)向矢量的估計結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于干擾抑制的相控陣信號失真實時校正方法，其特征在于:其中步驟5a)和步驟5b)所述的用兩時刻之間的幅度比和相位差異校正后一時刻的權(quán)向量，校正操作均按如下公式進行:

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于干擾抑制的相控陣信號失真實時校正方法，其特征在于:其中步驟5b)所述的構(gòu)造二次校正權(quán)向量，構(gòu)造方法按如下公式進行:
【文檔編號】G01S7/40GK103605117SQ201310654362
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】李亞超, 孟自強, 鄧歡, 全英匯, 邢孟道 申請人:西安電子科技大學(xué)