基于雜波脊導(dǎo)向矢量的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)動目標(biāo)檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雜波脊導(dǎo)向矢量的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)動目標(biāo)檢測方法，涉及雷達(dá)技術(shù)。其步驟為：步驟1，利用機(jī)載預(yù)警雷達(dá)天線接收機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的空時二維回波數(shù)據(jù)；步驟2，確定空時二維回波數(shù)據(jù)相關(guān)的雜波脊曲線位置所對應(yīng)的歸一化空時二維頻點(diǎn)；步驟3，根據(jù)雜波脊曲線位置所對應(yīng)的歸一化空時二維頻點(diǎn)構(gòu)造雜波脊導(dǎo)向矢量基矩陣；步驟4，獲取擬合后的剩余數(shù)據(jù)；步驟5，對剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行單元平均恒虛警檢測。本發(fā)明主要解決了傳統(tǒng)空時自適應(yīng)處理在實(shí)際應(yīng)用中，運(yùn)算量巨大及獨(dú)立同分布樣本個數(shù)需求苛刻的問題。在機(jī)載預(yù)警雷達(dá)動目標(biāo)檢測性能改善上有較好的應(yīng)用前景。
【專利說明】基于雜波脊導(dǎo)向矢量的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)動目標(biāo)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及雷達(dá)技術(shù)，特別涉及一種基于雜波脊導(dǎo)向矢量的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)動目標(biāo)檢測方法，用于機(jī)載預(yù)警雷達(dá)信號處理。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的主要任務(wù)是在復(fù)雜雜波背景中探測目標(biāo)并對其進(jìn)行定位跟蹤，而對雜波進(jìn)行有效抑制是提高預(yù)警雷達(dá)工作性能的核心手段?？諘r自適應(yīng)處理(space-timeadaptive processing, STAP)技術(shù)充分利用空域和時域信息,在對目標(biāo)信號進(jìn)行相干積累的同時，通過空時自適應(yīng)處理濾除地面雜波，實(shí)現(xiàn)機(jī)載雷達(dá)對目標(biāo)的有效檢測。如美國的E2-D機(jī)載預(yù)警雷達(dá)就采用此技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，STAP技術(shù)主要存在以下兩方面問題:首先，在非均勻的雜波環(huán)境中，要獲得足夠多的用于估計(jì)協(xié)方差矩陣的獨(dú)立同分布(independent and identically distributed, IID)訓(xùn)練樣本非常困難；其次，即使訓(xùn)練樣本的需求得到滿足，全空時處理計(jì)算量過大的問題會導(dǎo)致實(shí)時性難以保證。為解決上述問題，推動STAP技術(shù)更加實(shí)用化，人們提出了許多改進(jìn)措施或方法。
[0003]清華大學(xué)申請的發(fā)明專利“非均勻雜波環(huán)境下空時自適應(yīng)處理方法”(專利申請?zhí)?01010129723.3，公布號CN101819269A)公開了一種在非均勻雜波環(huán)境中超分辨估計(jì)雜波空時二維譜的超完備稀疏表示方法。該方法實(shí)現(xiàn)了在獨(dú)立同分布樣本數(shù)不足的情況下，利用單幀訓(xùn)練樣本估計(jì)雜波協(xié)方差矩陣，從而避免強(qiáng)非均勻雜波環(huán)境對自適應(yīng)處理效果的影響。但是，該方法仍然存在的主要不足是:對雜波譜進(jìn)行稀疏表示的超完備基數(shù)目未定，但遠(yuǎn)大于系統(tǒng)自由度，而實(shí)際中系統(tǒng)自由度通常成千上萬，這樣在每一距離單元樣本的協(xié)方差矩陣重構(gòu)過程中所需要的運(yùn)算量非常大，不利于實(shí)時處理，從而影響到它的實(shí)際工程應(yīng)用效果。
[0004]北京理工大學(xué)申請的發(fā)明專利“一種基于協(xié)方差矩陣加權(quán)的降維空時自適應(yīng)處理方法”(專利申請?zhí)?01210251589.3，公布號CN102778669A)公開了一種利用協(xié)方差矩陣加權(quán)技術(shù)估計(jì)雜波協(xié)方差矩陣的方法。該方法實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)地展寬雜波凹口來適應(yīng)實(shí)際環(huán)境中的雜波脊，從而使得存在雜波泄露時，也能通過STAP方法有效地抑制雜波，提高了 STAP在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)健性。但是，該方法仍然存在的不足是:為抑制雜波所設(shè)計(jì)的濾波器凹口寬度是人為設(shè)定的，不能自適應(yīng)地感知實(shí)際數(shù)據(jù)中的雜波脊情況，當(dāng)展寬量過大時，會造成最小可檢測速度變大，對低速小目標(biāo)的檢測非常不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有STAP技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提出一種基于雜波脊導(dǎo)向矢量的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)動目標(biāo)檢測方法，能夠改善自適應(yīng)信號處理的雜波抑制性能，提高運(yùn)動目標(biāo)的檢測概率。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的具體步驟如下:
[0007]—種基于雜波脊導(dǎo)向矢量的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)動目標(biāo)檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008]步驟1，利用機(jī)載預(yù)警雷達(dá)天線接收機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的空時二維回波數(shù)據(jù)；
[0009]步驟2，確定空時二維回波數(shù)據(jù)相關(guān)的雜波脊曲線位置所對應(yīng)的歸一化空時二維頻點(diǎn)；
[0010]步驟3，根據(jù)雜波脊曲線位置所對應(yīng)的歸一化空時二維頻點(diǎn)構(gòu)造雜波脊導(dǎo)向矢量基矩陣Ψ ;
[0011]步驟4，利用雜波脊導(dǎo)向矢量基矩陣V對待檢測距離單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘擬合，獲取擬合后的剩余數(shù)據(jù)；
[0012]步驟5，對擬合后的剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行單元平均恒虛警檢測，并輸出存在目標(biāo)或不存在目標(biāo)。
[0013]上述技術(shù)方案的特點(diǎn)和進(jìn)一步改進(jìn)在于:
[0014](I)步驟I具體包括以下子步驟:
[0015]Ia)設(shè)定機(jī)載預(yù)警雷達(dá)工作在正側(cè)視模式下；
[0016]Ib)利用均勻線性排列的N個機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的天線陣元，在M個脈沖的相干積累時間內(nèi)，接收地面反射的L個距離單元的空時二維回波數(shù)據(jù)。
[0017](2)步驟2具體包 括以下子步驟:
[0018]2a)在區(qū)間[0，I]上進(jìn)行均勻離散化，離散點(diǎn)數(shù)設(shè)為num，得到歸一化空間頻率Is;該離散點(diǎn)數(shù)num根據(jù)下式計(jì)算得到:
[0019]num = N+ β.(M-1)
[0020]其中，N表示機(jī)載預(yù)警雷達(dá)天線的陣元數(shù)，M表示脈沖數(shù)，β表示雜波脊曲線的斜率，雜波脊曲線的斜率β計(jì)算如下式:
[0021]β = 2vTr/d
[0022]其中，V是機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的機(jī)載平臺的速度，Tr是脈沖重復(fù)周期，d是機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的天線陣元間距；
[0023]2b)歸一化多普勒頻率Zi與歸一化空間頻率;在正側(cè)視均勻線陣?yán)走_(dá)中存在下式的線性關(guān)系:
[0024]Jd = //7
[0025]根據(jù)上式線性關(guān)系確定相應(yīng)的歸一化多普勒頻率;
[0026]2c)將歸一化多普勒頻〗7和歸一化空間頻率天確定為雜波脊曲線位置所對應(yīng)
的歸一化空時二維頻點(diǎn)。
[0027](3)步驟3包括以下子步驟:
[0028]3a)根據(jù)雜波脊曲線位置所對應(yīng)的歸一化空時二維頻點(diǎn)，得到相應(yīng)的時域?qū)蚴噶縶I,)及空域?qū)蚴噶縄 (7,)，如下式:
【權(quán)利要求】
1.一種基于雜波脊導(dǎo)向矢量的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)動目標(biāo)檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，利用機(jī)載預(yù)警雷達(dá)天線接收機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的空時二維回波數(shù)據(jù)； 步驟2，確定空時二維回波數(shù)據(jù)相關(guān)的雜波脊曲線位置所對應(yīng)的歸一化空時二維頻占.步驟3，根據(jù)雜波脊曲線位置所對應(yīng)的歸一化空時二維頻點(diǎn)構(gòu)造雜波脊導(dǎo)向矢量基矩陣Ψ ; 步驟4，利用雜波脊導(dǎo)向矢量基矩陣Ψ對待檢測距離單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘擬合，獲取擬合后的剩余數(shù)據(jù)； 步驟5，對擬合后的剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行單元平均恒虛警檢測，并輸出存在目標(biāo)或不存在目標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雜波脊導(dǎo)向矢量的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)動目標(biāo)檢測方法，其特征在于，步驟I具體包括以下子步驟: Ia)設(shè)定機(jī)載預(yù)警雷達(dá)工作在正側(cè)視模式下； Ib)利用均勻線性排列的N個機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的天線陣元，在M個脈沖的相干積累時間內(nèi)，接收地面反射的L個距離單元的空時二維回波數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雜波脊導(dǎo)向矢量的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)動目標(biāo)檢測方法，其特征在于，步驟2中具體包括以下子步驟: 2a)在區(qū)間[O，I]上進(jìn)行均勻離散化，離散點(diǎn)數(shù)設(shè)為num，得到歸一化空間頻率I;該離散點(diǎn)數(shù)num根據(jù)下式計(jì)算得到: num = N+ β.(M-1) 其中，N表示機(jī)載預(yù)警雷達(dá)天線的陣元數(shù)，M表示脈沖數(shù)，β表示雜波脊曲線的斜率，雜波脊曲線的斜率β計(jì)算如下式:β = 2vTr/d 其中，V是機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的機(jī)載平臺的速度，I；是脈沖重復(fù)周期，d是機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的天線陣元間距； 2b)歸一化多普勒頻率；7,與歸一化空間頻率；7,,在正側(cè)視均勻線陣?yán)走_(dá)中存在下式的線性關(guān)系:
I1-- Pl 根據(jù)上式線性關(guān)系確定相應(yīng)的歸一化多普勒頻率}^; 2c)將歸一化多普勒頻率T7ti和歸一化空間頻車7"確定為雜波脊曲線位置所對應(yīng)的歸一化空時二維頻點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雜波脊導(dǎo)向矢量的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)動目標(biāo)檢測方法，其特征在于，步驟3中具體包括以下子步驟: 3a)根據(jù)雜波脊曲線位置所對應(yīng)的歸一化空時二維頻點(diǎn)，得到相應(yīng)的時域?qū)蚴噶縮 [Jd)及空域?qū)蚴噶縎 (Λ)，如下式:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雜波脊導(dǎo)向矢量的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)動目標(biāo)檢測方法，其特征在于，步驟4具體包括: 4a)利用雜波脊導(dǎo)向矢量基矩陣Ψ對待檢測距離單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘擬合，該待檢測距離單元的數(shù)據(jù)依次取自步驟I中接收的空時二維回波數(shù)據(jù)；擬合公式如下式，
【文檔編號】G01S13/50GK103954960SQ201410163523
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】王彤, 同亞龍, 張穎, 吳億鋒, 吳建新 申請人:西安電子科技大學(xué)