本發(fā)明屬于雷達(dá)通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種基于先驗知識的雷達(dá)雜波空時自適應(yīng)處理方法，即基于先驗知識的雷達(dá)雜波空時自適應(yīng)處理(Knowledge-AidedSpaceTimeAdaptiveProcessing,KASTAP)方法，適用于解決非均勻雜波環(huán)境中機載雷達(dá)采樣協(xié)方差矩陣估計不準(zhǔn)確的問題，并能夠根據(jù)先驗知識對不同的訓(xùn)練樣本賦予不同的權(quán)值，進而改善自適應(yīng)信號處理的雜波抑制性能。
背景技術(shù)：
：機載預(yù)警雷達(dá)的主要任務(wù)是在復(fù)雜雜波環(huán)境中探測目標(biāo)并對其進行定位跟蹤，而對雜波進行有效抑制是提高預(yù)警雷達(dá)工作性能的核心手段；空時自適應(yīng)處理技術(shù)(SpaceTimeAdaptiveProcessing,STAP)能夠有效地抑制機載雷達(dá)地面雜波，提高機載雷達(dá)在強雜波和干擾背景下的檢測性能；然而，用于計算自適應(yīng)權(quán)值的雜波協(xié)方差矩陣通常是未知的。在高斯雜波背景下，根據(jù)最大似然法利用多個訓(xùn)練樣本估計出待檢測單元的雜波協(xié)方差矩陣，即采樣協(xié)方差矩陣(SampleCovarianceMatrix,SCM)；其中要求訓(xùn)練樣本與待檢測單元的雜波分布一致且不含有目標(biāo)信息，即訓(xùn)練樣本是獨立同分布的(IndependentandIdenticallyDistributed,IID)；同時，為了保證所估計的雜波協(xié)方差矩陣的性能，要求訓(xùn)練樣本的數(shù)量大于機載雷達(dá)的系統(tǒng)自由度的2-5倍。當(dāng)機載雷達(dá)的雜波比較均勻，且獨立同分布IID的訓(xùn)練樣本充足時，采樣協(xié)方差矩陣SCM是雜波協(xié)方差矩陣的最優(yōu)估計；實際應(yīng)用中，通常假設(shè)待檢測單元附近的距離單元與待檢測單元具有相同的雜波特性，選取這些距離單元作為訓(xùn)練樣本來估計雜波協(xié)方差矩陣，但是，多數(shù)情況下，機載雷達(dá)的雜波是非均勻的，該假設(shè)并不成立。根據(jù)機載雷達(dá)的系統(tǒng)參數(shù)和距離分辨率可知，若機載雷達(dá)的系統(tǒng)自由度DoF過大時，訓(xùn)練樣本在距離上的跨度可達(dá)數(shù)百米甚至數(shù)千米，如此之大的范圍內(nèi)往往存在離散雜波點、功率非均勻性以及水陸交界等地形變化帶來的雜波統(tǒng)計特性的變化。此時，采樣協(xié)方差矩陣SCM與真實的雜波協(xié)方差矩陣差異較大，導(dǎo)致空時自適應(yīng)處理STAP方法的雜波抑制能力嚴(yán)重下降；采樣協(xié)方差矩陣SCM給予所有訓(xùn)練樣本相同的權(quán)值，實際上是不穩(wěn)健的做法。穩(wěn)健的協(xié)方差矩陣估計器應(yīng)該能夠?qū)τ诓煌挠?xùn)練樣本給予不同的權(quán)值，對于與待檢測單元統(tǒng)計特性的不符的樣本，應(yīng)給予較小甚至是0的權(quán)值。為了提高非均勻環(huán)境下空時自適應(yīng)處理STAP算法的性能，使用廣義內(nèi)積(GIP)算法能夠從初始訓(xùn)練樣本中剔除非均勻的訓(xùn)練樣本，但是GIP算法并未將待檢測單元的雜波特性考慮在內(nèi)；另外，一些學(xué)者提出了基于先驗知識的空時自適應(yīng)處理(Knowledge-AidedSpaceTimeAdaptiveProcessing,KASTAP)，利用可獲得的雷達(dá)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)和道路信息等作為先驗知識來輔助空時自適應(yīng)處理，并取得了不錯的效果，證明了先驗信息在空時自適應(yīng)處理STAP中的應(yīng)用價值；然而，由于機載雷達(dá)的反射率隨擦地角變化，使得相同地表類型也可能產(chǎn)生不同的反射率，此時單純選擇與待檢測單元地形相近的單元作為訓(xùn)練樣本顯然是不合適的。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于先驗知識的雷達(dá)雜波空時自適應(yīng)處理方法，該種基于先驗知識的雷達(dá)雜波空時自適應(yīng)處理方法通過計算訓(xùn)練樣本先驗協(xié)方差矩陣與待檢測單元的先驗協(xié)方差矩陣之間的相似度，將待檢測單元的特性考慮在內(nèi)，并依據(jù)相似度，對不同訓(xùn)練樣本賦予不同的權(quán)值，能夠提高雷達(dá)雜波協(xié)方差矩陣估計的準(zhǔn)確性，改善雜波抑制性能，并能夠提高動目標(biāo)的檢測概率。為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。一種基于先驗知識的雷達(dá)雜波空時自適應(yīng)處理方法，包括以下步驟：步驟1，確定機載雷達(dá)，所述機載雷達(dá)包含N個陣元，每個陣元包含L個距離單元，每個距離單元包含K個相參脈沖，并計算機載雷達(dá)N個陣元在第l個距離單元處的多普勒域數(shù)據(jù)矢量初始化：令k表示第k個相參脈沖，令l表示第l個距離單元，令n表示第n個陣元，k∈{1,2,…,K}，n∈{1,2,…,N}，l∈{1,2,…,L}，每個陣元包含L個距離單元，K表示每個距離單元包含的脈沖個數(shù)，k的初始值為1，n的初始值為1，l的初始值為1；每個相參脈沖對應(yīng)一個多普勒通道，因此每個距離單元也包含K個多普勒通道；步驟2，依次計算第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的Nc個雜波塊的先驗協(xié)方差矩陣和第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元對應(yīng)L′個訓(xùn)練樣本的先驗協(xié)方差矩陣進而計算得到第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的加權(quán)系數(shù)αnlk；其中，L′表示訓(xùn)練樣本個數(shù)，且L′取機載雷達(dá)自由度的兩倍以上，該L′個訓(xùn)練樣本分別與第n個陣元、第l個距離單元在第k個多普勒通道處的輸出數(shù)據(jù)獨立同分布；Nc表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元對應(yīng)的距離環(huán)劃分的雜波塊個數(shù)；步驟3，根據(jù)機載雷達(dá)N個陣元在第l個距離單元的多普勒域數(shù)據(jù)矢量計算得到第n個陣元中第l個距離單元在第k-1個、第k個和第k+1個多普勒通道處的多普勒域數(shù)據(jù)矢量znlk，并根據(jù)第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的加權(quán)系數(shù)αnlk，計算加權(quán)后第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道處的協(xié)方差矩陣Rnlk；其中，k＝1時根據(jù)機載雷達(dá)N個陣元在第l個距離單元的多普勒域數(shù)據(jù)矢量計算得到第n個陣元中第l個距離單元在第K個、第k個和第k+1個多普勒通道處的多普勒域數(shù)據(jù)矢量znlk；k＝K時根據(jù)機載雷達(dá)N個陣元在第l個距離單元的多普勒域數(shù)據(jù)矢量計算得到第n個陣元中第l個距離單元在第k-1個、第k個和第1個多普勒通道處的多普勒域數(shù)據(jù)矢量znlk；步驟4，根據(jù)加權(quán)后第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道處的協(xié)方差矩陣Rnlk，計算得到第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道的空時濾波器系數(shù)wnlk，進而計算得到雜波抑制后第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)ynlk；步驟5，令k加1，依次重復(fù)步驟2至步驟4，直到得到雜波抑制后第n個陣元中第l個距離單元、第K個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)ynlK，此時得到雜波抑制后第n個陣元中第l個距離單元、第1個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)ynl1至第n個陣元中雜波抑制后第l個距離單元、第K個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)ynlK，記為雜波抑制后第n個陣元中第l個距離單元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)ynl，ynl＝[ynl1,ynl2,…,ynlK]T，其中，[·]T表示轉(zhuǎn)置；步驟6，令l加1，依次重復(fù)步驟2至步驟5，直到得到雜波抑制后第n個陣元中第L個距離單元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)ynL，并將此時得到的雜波抑制后第n個陣元中第1個距離單元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)yn1至雜波抑制后第n個陣元中第L個距離單元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)ynL，記為雜波抑制后第n個陣元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)yn，yn＝[yn1,yn2,…,ynL]T；步驟7，令n加1，依次重復(fù)步驟2至步驟6，直到得到雜波抑制后第N個陣元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)yN，并將此時得到的雜波抑制后第1個陣元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)y1至雜波抑制后第N個陣元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)yN，作為雜波抑制后機載雷達(dá)的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)。本發(fā)明的有益效果：傳統(tǒng)利用訓(xùn)練樣本估計待檢測單元的雜波協(xié)方差矩陣的方法(SCM)，其給予所有訓(xùn)練樣本相同的權(quán)值，這實際上是不穩(wěn)健的做法，因為使得在非均勻非平穩(wěn)雜波環(huán)境時，空時自適應(yīng)處理STAP方法的雜波抑制能力較差；本發(fā)明的一種基于先驗知識的雷達(dá)雜波空時自適應(yīng)處理方法通過計算訓(xùn)練樣本先驗協(xié)方差矩陣與待檢測單元的先驗協(xié)方差矩陣之間的相似度，將待檢測單元的特性考慮在內(nèi)，并依據(jù)相似度，對不同訓(xùn)練樣本賦予不同權(quán)值，這樣更能準(zhǔn)確的表示真實的雜波協(xié)方差矩陣，提高了方法的穩(wěn)健性，也提高了雜波抑制的效果。附圖說明下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。圖1為本發(fā)明的一種基于先驗知識的雷達(dá)雜波空時自適應(yīng)處理方法流程圖；圖2為機載雷達(dá)的幾何模型示意圖；圖3為本發(fā)明仿真實驗中的機載雷達(dá)照射區(qū)域內(nèi)的地表覆蓋示意圖；圖4(a)為使用傳統(tǒng)STAP方法進行雜波抑制后得到的距離多普勒圖；圖4(b)為使用本發(fā)明方法進行雜波抑制后得到的距離多普勒圖；圖5為分別使用傳統(tǒng)空時自適應(yīng)處理STAP方法和本發(fā)明方法進行雜波抑制后得到的雜波剩余比較圖。具體實施方式參考圖1，為本發(fā)明的一種基于先驗知識的雷達(dá)雜波空時自適應(yīng)處理方法流程圖；所述基于先驗知識的雷達(dá)雜波空時自適應(yīng)處理方法，包括以下步驟：步驟1，確定機載雷達(dá)，所述機載雷達(dá)包含N個陣元，每個陣元包含L個距離單元，每個距離單元包含K個相參脈沖，并計算機載雷達(dá)N個陣元在第l個距離單元處的多普勒域數(shù)據(jù)矢量初始化：令k表示第k個相參脈沖，令l表示第l個距離單元，令n表示第n個陣元，k∈{1,2,…,K}，n∈{1,2,…,N}，l∈{1,2,…,L}，每個陣元包含L個距離單元，K表示每個距離單元包含的脈沖個數(shù)，k的初始值為1，n的初始值為1，l的初始值為1；每個相參脈沖對應(yīng)一個多普勒通道，因此每個距離單元也包含K個多普勒通道。步驟1的子步驟為：(1.1)確定機載雷達(dá)，所述機載雷達(dá)包含N個陣元，每個陣元包含L個距離單元，每個距離單元包含K個相參脈沖。(1.2)初始化：令k表示第k個相參脈沖，令n表示第n個陣元，令l表示第l個距離單元，n∈{1,2,…,N}，l∈{1,2,…,L}，k∈{1,2,…,K}，每個陣元包含L個距離單元，K表示每個距離單元包含的脈沖個數(shù)，k的初始值為1，n的初始值為1；每個相參脈沖對應(yīng)一個多普勒通道，因此每個距離單元也包含K個多普勒通道。然后根據(jù)離散傅里葉變換技術(shù)，計算每個距離單元的K×K維加權(quán)快速傅里葉變換矩陣T'，其表達(dá)式為：其中，r∈{0,1,....,K-1}，ar表示序號為r的加窗系數(shù)，k∈{1,2,…,K}，K表示每個距離單元包含的脈沖個數(shù)。(1.3)獲取每個距離單元的K×K維加權(quán)快速傅里葉變換矩陣Tl'的第k列T'k，其表達(dá)式為：T'k＝[a0,a1ejπ(k-K/2-1)/(K/2),...,aK-1ejπ(k-K/2-1)/(K/2)(K-1)]T其中，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置。(1.4)將第n個陣元、第l個距離單元的脈沖域數(shù)據(jù)排成矢量形式，得到第n個陣元、第l個距離單元K個相參脈沖的數(shù)據(jù)矢量xnl，其表達(dá)式為：xnl＝[xnl,1xnl,2...xnl,k...xnl,K]T。其中，k∈{1,2,…,K}，n∈{1,2,…,N}，l∈{1,2,…,L}，xnl,k表示第n個陣元、第l個距離單元在第k個相參脈沖處的數(shù)據(jù)，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置。(1.5)利用離散傅里葉變換技術(shù)，并根據(jù)每個距離單元的K×K維加權(quán)快速傅里葉變換矩陣Tl'的第k列T'k和第n個陣元、第l個距離單元K個相參脈沖的數(shù)據(jù)矢量xnl，計算第n個陣元、第l個距離單元在第k個多普勒通道處的輸出數(shù)據(jù)其表達(dá)式為：(1.6)令k加1，依次重復(fù)子步驟(1.3)～子步驟(1.5)，直到得到第n個陣元、第l個距離單元在第K個多普勒通道處的輸出數(shù)據(jù)并將此時得到的第n個陣元、第l個距離單元在第1個多普勒通道處的輸出數(shù)據(jù)至第n個陣元、第l個距離單元在第K個多普勒通道處的輸出數(shù)據(jù)作為第n個陣元、第l個距離單元K個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)(1.7)令n加1，依次重復(fù)子步驟(1.3)～子步驟(1.6)，直到得到第N個陣元、第l個距離單元K個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)此時完成了將機載雷達(dá)的所有陣元數(shù)據(jù)由脈沖域變換到多普勒域，并將此時得到的第1個陣元、第l個距離單元K個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)至第N個陣元、第l個距離單元K個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)作為機載雷達(dá)N個陣元在第l個距離單元處的多普勒域數(shù)據(jù)矢量表示第n個陣元、第l個距離單元K個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置。步驟2，根據(jù)美國的國家土地覆蓋數(shù)據(jù)庫(NLCD)和林肯實驗室J.Ward提出的雜波模型，依次計算第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的Nc個雜波塊的先驗協(xié)方差矩陣和第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元對應(yīng)L′個訓(xùn)練樣本的先驗協(xié)方差矩陣進而計算得到第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的加權(quán)系數(shù)αnlk；其中，L′表示訓(xùn)練樣本個數(shù)，且L′取機載雷達(dá)自由度的兩倍以上，該L′個訓(xùn)練樣本分別與第n個陣元、第l個距離單元在第k個多普勒通道處的輸出數(shù)據(jù)獨立同分布；Nc表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元對應(yīng)的距離環(huán)劃分的雜波塊個數(shù)。步驟2的子步驟為：(2.1)根據(jù)林肯實驗室J.Ward提出的雜波模型，分別計算第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的Nc個雜波塊的先驗協(xié)方差矩陣和第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元對應(yīng)L′個訓(xùn)練樣本的先驗協(xié)方差矩陣具體地，根據(jù)林肯實驗室J.Ward提出的雜波模型確定機載雷達(dá)的幾何模型示意圖，如圖2所示；在所述機載雷達(dá)的幾何模型示意圖中，機載雷達(dá)在xyz空間中，機載雷達(dá)的載機以速度va沿x軸方向運動，rnlk表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元對應(yīng)的斜距，φnlk表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元對應(yīng)的方位角，θnlk表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元對應(yīng)的俯仰角。機載雷達(dá)的陣面為陣元間距為d的N元等距線陣，機載雷達(dá)在一個CPI內(nèi)發(fā)射M個的相參脈沖，脈沖重復(fù)頻率為fr，接收到的快時間采樣個數(shù)為K；將第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元對應(yīng)的距離環(huán)劃分為Nc個雜波塊。不考慮距離模糊時，分別將第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的第p個雜波塊對應(yīng)的歸一化多普勒頻率記為將第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的第p個雜波塊對應(yīng)的歸一化空間頻率記為其表達(dá)式分別為：其中，va表示機載雷達(dá)的載機速度，fr表示脈沖重復(fù)頻率，θnlkp表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的第p個雜波塊對應(yīng)的方位角，φnlkp表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的第p個雜波塊對應(yīng)的俯仰角，λ表示機載雷達(dá)發(fā)射相參脈沖的波長，d表示機載雷達(dá)的陣面的陣元間距。然后計算對于第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的第p個雜波塊在M個相參脈沖處的空時導(dǎo)向矢量為表示其中，表示直積運算，表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的第p個雜波塊對應(yīng)的歸一化多普勒頻率，表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的第p個雜波塊對應(yīng)的歸一化空間頻率；進而分別計算第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的Nc個雜波塊的先驗協(xié)方差矩陣和第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元對應(yīng)L′個訓(xùn)練樣本的先驗協(xié)方差矩陣其表達(dá)式分別為：其中，ξnll'kp表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元處第l'個訓(xùn)練樣本、第p個雜波塊對應(yīng)的信雜比，表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元處第l'個訓(xùn)練樣本、第p個雜波塊對應(yīng)的M個相參脈沖的空時導(dǎo)向矢量，σ2表示噪聲功率，上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置；L′表示訓(xùn)練樣本個數(shù)，且L′取機載雷達(dá)自由度的兩倍以上，該L′個訓(xùn)練樣本分別與第n個陣元、第l個距離單元在第k個多普勒通道處的輸出數(shù)據(jù)獨立同分布；p∈{1,2,…,Nc}，Nc表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元對應(yīng)的距離環(huán)劃分的雜波塊個數(shù)；所述ξnll'kp表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元處第l'個訓(xùn)練樣本、第p個雜波塊對應(yīng)的信雜比，其表達(dá)式為：其中，Pt表示機載雷達(dá)的發(fā)射功率，T表示機載雷達(dá)的發(fā)射脈寬，Gt(φnll'kp,θnll'kp)表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元處第l'個訓(xùn)練樣本、第p個雜波塊對應(yīng)的機載雷達(dá)發(fā)射增益，g(φnll'kp,θnll'kp)表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元處第l'個訓(xùn)練樣本、第p個雜波塊對應(yīng)的機載雷達(dá)陣列方向圖，N0表示接收噪聲譜密度，Ls表示機載雷達(dá)的系統(tǒng)損耗，rnll'kp表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元處第l'個訓(xùn)練樣本、第p個雜波塊對應(yīng)的斜距；σnll'kp表示采用等伽馬模型時第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元處第l'個訓(xùn)練樣本、第p個雜波塊對應(yīng)的雷達(dá)散射面積RCS，其表達(dá)式為為：σnll'kp＝γsinψcrnll'kp△φ△Rsecψc其中，γ表示機載雷達(dá)所在場景的地形參數(shù)，ψc表示擦地角，△φ＝2π/Nc，rnll'kp表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元處第l'個訓(xùn)練樣本、第p個雜波塊對應(yīng)的斜距，△R表示距離分辨率，sin表示正弦函數(shù)，sec表示正割函數(shù)；利用美國繪制的國家土地覆蓋數(shù)據(jù)(NLCD)計算采用等伽馬模型時第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元處第l'個訓(xùn)練樣本、第p個雜波塊對應(yīng)的雷達(dá)散射面積(RCS)σnll'kp，在NLCD數(shù)據(jù)中，將機載雷達(dá)所在場景的地形分為郊區(qū)、荒地和水等9大類，又可細(xì)分為21個小類；機載雷達(dá)所在場景的不同類型地表具有不同的地形參數(shù)值，如森林對應(yīng)的地形參數(shù)值為-16dB，城市對應(yīng)的地形參數(shù)值為-11dB。(2.2)根據(jù)第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的Nc個雜波塊的先驗協(xié)方差矩陣和第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元對應(yīng)L′個訓(xùn)練樣本的先驗協(xié)方差矩陣計算第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的加權(quán)系數(shù)αnlk，其表達(dá)式為：其中，tr(·)表示取跡操作，為待處理多普勒單元與訓(xùn)練樣本之間的相似性。步驟3，根據(jù)機載雷達(dá)N個陣元在第l個距離單元的多普勒域數(shù)據(jù)矢量計算得到第n個陣元中第l個距離單元在第k-1、第k個和第k+1個多普勒通道處的多普勒域數(shù)據(jù)矢量znlk，并根據(jù)第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的加權(quán)系數(shù)αnlk，計算加權(quán)后第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道處的協(xié)方差矩陣Rnlk。其中，k＝1時根據(jù)機載雷達(dá)N個陣元在第l個距離單元的多普勒域數(shù)據(jù)矢量計算得到第n個陣元中第l個距離單元在第K個、第k個和第k+1個多普勒通道處的多普勒域數(shù)據(jù)矢量znlk；k＝K時根據(jù)機載雷達(dá)N個陣元在第l個距離單元的多普勒域數(shù)據(jù)矢量計算得到第n個陣元中第l個距離單元在第k-1個、第k個和第1個多普勒通道處的多普勒域數(shù)據(jù)矢量znlk。(3.1)取出第n個陣元中第l個距離單元的K×K維加權(quán)快速傅里葉變換矩陣Tnl'中第k-1列、第k列和第k+1列，其中，k＝1時取出第n個陣元中第l個距離單元的K×K維加權(quán)快速傅里葉變換矩陣Tnl'中第K列、第k列和第k+1列，k＝K時取出第n個陣元中第l個距離單元的K×K維加權(quán)快速傅里葉變換矩陣Tnl'中第k-1列、第k列和第1列；并根據(jù)機載雷達(dá)N個陣元在第l個距離單元的多普勒域數(shù)據(jù)矢量計算得到第n個陣元中第l個距離單元在第k-1個、第k個和第k+1個多普勒通道處的多普勒域數(shù)據(jù)矢量znlk，其表達(dá)式為：其中，Bnlk表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道的k×3維變換3DT矩陣，Bnlk＝[T'nl(k-1)T'nlkT'nl(k+1)]，T'nl(k-1)表示第n個陣元中第l個距離單元的K×K維加權(quán)快速傅里葉變換矩陣Tnl'的第k-1列列向量，T'nlk表示第n個陣元中第l個距離單元的K×K維加權(quán)快速傅里葉變換矩陣Tnl'的第k列列向量，T'nl(k+1)表示第n個陣元中第l個距離單元的K×K維加權(quán)快速傅里葉變換矩陣Tnl'的第k+1列列向量；IN表示N×N維單位矩陣，表示Kronecker積，上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置。其中，k＝1時根據(jù)機載雷達(dá)N個陣元在第l個距離單元的多普勒域數(shù)據(jù)矢量計算得到第n個陣元中第l個距離單元在第K個、第k個和第k+1個多普勒通道處的多普勒域數(shù)據(jù)矢量znlk；k＝K時根據(jù)機載雷達(dá)N個陣元在第l個距離單元的多普勒域數(shù)據(jù)矢量計算得到第n個陣元中第l個距離單元在第k-1個、第k個和第1個多普勒通道處的多普勒域數(shù)據(jù)矢量znlk。(3.2)根據(jù)第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元的加權(quán)系數(shù)αnlk，并利用最大似然法計算加權(quán)后第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道處的協(xié)方差矩陣Rnlk，znll'k表示第n個陣元中第l個距離單元在第k-1個、第k個和第k+1個多普勒通道處第l′個訓(xùn)練樣本的多普勒域數(shù)據(jù)矢量，αnll'k表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒單元處第l′個訓(xùn)練樣本的加權(quán)系數(shù)，[·]H表示共軛轉(zhuǎn)置，L′表示訓(xùn)練樣本個數(shù)，且L′取機載雷達(dá)自由度的兩倍以上。步驟4，根據(jù)加權(quán)后第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道處的協(xié)方差矩陣Rnlk，計算得到第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道的空時濾波器系數(shù)wnlk，進而計算得到雜波抑制后第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)。(4.1)根據(jù)線性約束最小方差準(zhǔn)則，并根據(jù)加權(quán)后第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道處的協(xié)方差矩陣Rnlk，計算得到第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道的空時濾波器系數(shù)wnlk，其表達(dá)式為：其中，snlk表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道的空時導(dǎo)向矢量，ss表示N×1維單位矢量，Bnlk表示第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道的k×3維變換3DT矩陣，[·]H表示共軛轉(zhuǎn)置。(4.2)利用第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道的空時濾波器系數(shù)wnlk對第n個陣元中第l個距離單元在第k-1個、第k個和第k+1個多普勒通道處的多普勒域數(shù)據(jù)矢量znlk中的雜波進行抑制，得到雜波抑制后第n個陣元中第l個距離單元、第k個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)ynlk，其表達(dá)式為:其中，[·]H表示共軛轉(zhuǎn)置。步驟5，令k加1，依次重復(fù)步驟2至步驟4，直到得到雜波抑制后第n個陣元中第l個距離單元、第K個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)ynlK，此時得到雜波抑制后第n個陣元中第l個距離單元、第1個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)ynl1至第n個陣元中雜波抑制后第l個距離單元、第K個多普勒通道的輸出數(shù)據(jù)ynlK，記為雜波抑制后第n個陣元中第l個距離單元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)ynl，ynl＝[ynl1,ynl2,…,ynlK]T，其中，[·]T表示轉(zhuǎn)置。步驟6，令l加1，依次重復(fù)步驟2至步驟5，直到得到雜波抑制后第n個陣元中第L個距離單元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)ynL，并將此時得到的雜波抑制后第n個陣元中第1個距離單元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)yn1至雜波抑制后第n個陣元中第L個距離單元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)ynL，記為雜波抑制后第n個陣元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)yn，yn＝[yn1,yn2,…,ynL]T。步驟7，令n加1，依次重復(fù)步驟2至步驟6，直到得到雜波抑制后第N個陣元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)yN，并將此時得到的雜波抑制后第1個陣元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)y1至雜波抑制后第N個陣元的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)yN，作為雜波抑制后機載雷達(dá)的最終多普勒譜輸出數(shù)據(jù)。通過以下仿真實驗對本發(fā)明方法作進一步驗證說明。(一)仿真條件1)機載雷達(dá)的天線陣面結(jié)構(gòu)采用正側(cè)陣，各個陣元均勻排列在機載雷達(dá)的天線陣面上，天線陣面的方位向和俯仰向分別均勻排列11個陣元和2個陣元，陣元間距為d＝λ/2，λ為機載雷達(dá)發(fā)射相參脈沖的波長，詳細(xì)的仿真參數(shù)如表1所示。表1機載雷達(dá)所在平臺高度3597.8m機載雷達(dá)的載機速度120m/s機載雷達(dá)的天線陣面2x11的矩形陣面脈沖數(shù)128距離單元數(shù)630波長0.2419m脈沖重復(fù)頻率1984Hz機載雷達(dá)的陣面與速度夾角0°機載雷達(dá)帶寬0.8×106Hz采樣頻率1.25×106Hz2)仿真實驗的實驗數(shù)據(jù)是美國MCARM計劃錄取的實測數(shù)據(jù)，試驗中使用數(shù)據(jù)集r151。由于NLCD數(shù)據(jù)的收集時間與MCARM實驗的時間相近，因此選擇NLCD作為先驗信息應(yīng)用于各距離多普勒單元的先驗協(xié)方差矩陣的計算，如圖3所示，圖3為本發(fā)明仿真實驗中的機載雷達(dá)照射區(qū)域內(nèi)的地表覆蓋示意圖；在該區(qū)域內(nèi)存在多種地形的情況下，機載雷達(dá)接收到的雜波是非均勻的。(二)仿真內(nèi)容及結(jié)果分析為了驗證本方法的有效性，本仿真采用常規(guī)傳統(tǒng)空時自適應(yīng)處理STAP(即滑窗EFA)方法與本方法進行對比。常規(guī)STAP算法選擇了滑窗EFA，窗長為150，同時為了防止受到目標(biāo)信號的污染，本仿真在待檢測單元前后各設(shè)置了兩個保護單元，并對150個初始訓(xùn)練樣本采用廣義內(nèi)積(GIP)進行挑選，最終用于估計雜波協(xié)防矩陣的訓(xùn)練樣本數(shù)為100個，結(jié)果如圖4和圖4所示，圖4(a)為使用傳統(tǒng)STAP方法進行雜波抑制后得到的距離多普勒圖，圖4(b)為使用本發(fā)明方法進行雜波抑制后得到的距離多普勒圖。從圖4(a)和圖4(b)中可以看出本發(fā)明方法的雜波性能相對于傳統(tǒng)STAP方法有所提高；圖5為分別使用傳統(tǒng)空時自適應(yīng)處理STAP方法和本發(fā)明方法進行雜波抑制后得到的雜波剩余比較圖。由圖5可知，相對與常規(guī)傳統(tǒng)空時自適應(yīng)處理STAP方法，本文方法的雜波抑制性能更高；這是由于本發(fā)明方法中對與待檢測單元更為相似的訓(xùn)練樣本賦予了更大的權(quán)重，對于相似度較差的樣本給予較小的權(quán)重，充分利用了訓(xùn)練樣本中的信息，所以更能準(zhǔn)確的估計雜波協(xié)方差矩陣，同時還能提高方法的穩(wěn)健性。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍；這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3