基于分數(shù)階時延估計的多天線聯(lián)合優(yōu)化雜波抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及雜波抑制領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于分數(shù)階時延估計的多天線聯(lián)合優(yōu)化 雜波抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無源雷達是利用外界非合作的福射源作為發(fā)射信號源對探測目標進行檢測和定 位的。由于其本身并不向外發(fā)射電磁波，因而具有良好的隱蔽性和反偵察性能；同時不需要 發(fā)射設(shè)備，節(jié)約了制造成本。鑒于W上的優(yōu)勢，近年來無源雷達系統(tǒng)的研究受到國內(nèi)外學者 的廣泛關(guān)注。其采用的外福射源一般有調(diào)頻廣播信號、移動通信信號、電視廣播信號和衛(wèi)星 信號等。一般情況下，在無源雷達的接收端有監(jiān)測通道和參考通道兩個通道。由于外福射源 一般為非合作的照射源，運些信號的波形往往是不受控制的；同時，由于無源探測傳播環(huán)境 的復(fù)雜性，監(jiān)測通道中除了有微弱的目標回波W外，還有很強的直達波和多徑雜波。在進行 時頻相關(guān)時，目標回波的尖峰被運些雜波信號所淹沒，因此要想有效的檢測到目標回波必 須進行直達波與多徑雜波的抑制。
[0003] 目前直達波與多徑雜波抑制主要在時域和空域上處理。空域的方法主要是自適應(yīng) 波束形成，然而由于無源探測中的目標回波要遠遠弱于強雜波信號，因此目標信號的來波 方向很難精確地獲得。時域雜波抑制的方法主要通過干擾抵消實現(xiàn)。自適應(yīng)干擾對消的方 法是利用回波通道中的雜波信號與參考通道中的直達波信號的相關(guān)性，通過自適應(yīng)的方 法，使加權(quán)的參考信號與混合的雜波信號進行逼近，最終達到雜波抑制的目的，運類算法存 在收斂速度的問題，而且雜波抑制性能一般;擴展相消的方法實際上是把含有目標回波的 監(jiān)測通道信號投影到雜波子空間的正交補子空間上，從而有效的抑制雜波，運類算法沒有 收斂性的問題，抑制性能較好，但是計算復(fù)雜度高。然而，無論是自適應(yīng)波束形成還是干擾 抵消運些方法，大多都是在單一領(lǐng)域上進行的，沒有充分挖掘信號在多域的信息，因此雜波 抑制性能的提升受到了一定的限制。為了大幅度提高雜波抑制的性能，最好能同時利用信 號的時域和空域信息，并設(shè)計出新型雜波抑制算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中自適應(yīng)波束形成和干擾對消在雜波抑制上的不足，提供一種基于 分數(shù)階時延估計的多天線聯(lián)合優(yōu)化雜波抑制方法，提高雜波抑制比，增強弱目標回波的檢 測性能。
[000引按照本發(fā)明所提供的設(shè)計方案，一種基于分數(shù)階時延估計的多天線聯(lián)合優(yōu)化雜波 抑制方法，具體包含如下步驟：
[0006] 步驟1.在對目標進行無源探測時，無源雷達接收端的監(jiān)測通道采用均勻線陣接收 信號，并建立窄帶遠場信號的陣列模型；
[0007] 步驟2.對陣列模型矩陣的自相關(guān)矩陣進行特征分解，構(gòu)造 MUSI幻普，得到直達波與 多徑雜波的時延估計；
[0008] 步驟3.利用步驟2中得到的時延估計，對時延后的參考信號進行SINC函數(shù)內(nèi)插，內(nèi) 插后的信號矩陣構(gòu)成相應(yīng)的雜波矩陣；
[0009] 步驟4.通過構(gòu)造代價函數(shù)，使接收端監(jiān)測陣列的各通道消除雜波后，所有陣元輸 出信號剩余功率最小，得到最優(yōu)的時域加權(quán)矩陣WT_Dpt ;
[0010] 步驟5.利用最小二乘-恒模算法對陣列的輸出加權(quán)，求解空域加權(quán)向量ws，進行信 號合成并輸出。
[00川上述的，步驟1中陣列模型表示為:Xsurv(t) = AS(t)+Nsurv(t)，其中，A=[a(0i)a (92)...a(0D)]為LXD維陣列的流型矩陣，L為陣元個數(shù)，D為監(jiān)測通道中直達波、多徑雜波 和目標回波的總數(shù)目；S(t) = kd(t) Smpl(t) Smp2(t) ... Seco(t)]T為DXl維的信號矢量； 化urv(t)為LXl維的噪聲數(shù)據(jù)矢量，Sd(t)、Smpi(t)和Seco(t)分別為監(jiān)測端的直達波信號、多 徑 f曰虧與目柄回波分力[J 表不為 Sd(t) =GAdd(t-Td)、Smpi(t) =Gmpid(t-Tmi)、 = Gai挪-，GAd、Gmpi和GAt分別對應(yīng)為監(jiān)測通道直達波、多徑雜波和目標回波的 增益；Td、Tmi和Tt分別對應(yīng)為監(jiān)測通道直達波、多徑雜波和目標回波的時延;fdt是目標回波 的多普勒頻移;d(t)為外福射源的福射信號，無源雷達接收端的參考通道信號表示為：Sref (*)=6缸6:(1(*)+化6加），64,6勸參考通道中直達波的增益，化6加)為參考通道中的噪聲。
[0012] 優(yōu)選的，流型矩陣的導(dǎo)向矢量表示為：
其中，Xk化=1,2,...，L)為陣元的位置，0i為信號的來向，A為波長。
[001引上述的，步驟2具體包含如下內(nèi)容；
[0014] 步驟2.1.由步驟1得到的陣列模型構(gòu)造協(xié)方差矩陣，該協(xié)方差矩陣表示為:R = E
[Xsurv Xsurv]；
[0015] 步驟2.2.對協(xié)方差矩陣R進行特征分解，若特征值有4 ，相應(yīng)的特征
向量為 Ci'e?'，…，e、'u .
[0016] 步驟2.3.由特征向量得到時延估計的MUSIC譜為： 為福 div) 射源信號的延遲信號；
[0017] 步驟2.4.捜索P( T)的譜峰，得到D-I個雜波的時延值。
[001引優(yōu)選的，假設(shè)所有入射信號的時延不隨時間變化，對接收陣列的矩陣Xsurv進行截取得 ，Wo < > ^得到協(xié)方差矩陣3，其中，N為接收數(shù)據(jù)的點數(shù);令福射源信號的延遲 信號d(T)為參考信號Sref(T)，其中，參考信號'S姑樹=[S姑傳-詩*5姑挺詩"..,.S姑沁^ -巧。
[001 9]上述的，步驟3具體包含如下內(nèi)容:對于D-I個雜波時延中的每個時延點Ti( i = 1， 2，...，D - 1 )，進行M - 1點的S I N C函數(shù)內(nèi)插，得到時延后的參考信號為： P 巧+y = Z smc(r^.+bSw(r,.-b其中Tj為分數(shù)延遲，P為SINC函數(shù)的截斷長度，TjE[- 屯，-子 ， 0.5:1/M:0.5]，（ j = l，2,. . .，M);由時延點TiQ = I ,2, . . .，D-1)進行SINC函數(shù)內(nèi)插后的信 號構(gòu)成該時延點出的雜波子矩陣：Zi= [Sref(Ti+Tl )T,Sref(Ti+T2)T, Sref (Ti+T3)T, ... ,Sref (Ti+ TM)T]，對于所有D-I個雜波時延，構(gòu)造出最終的雜波矩陣:Zclutter=[Zl，Z2，Z3, . . .，Zd-1]。
[0020] 上述的，步驟帥構(gòu)造的代價函數(shù)表示為表示求矩陣的娜數(shù)， 巧1 份拉 ... 巧1 Wt是各個陣元的(D-I) -MXL維的加權(quán)矩陣，表示為Wt= 化訪柏 …。化 ? -兩。傍戰(zhàn)曲征 其中，每一列為每個陣元的加權(quán)向量，D-I為雜波的個數(shù)，L為陣元的個數(shù)，M為內(nèi)插數(shù)目，經(jīng) 過求解得到最優(yōu)的時域加權(quán)矩陣WT_opt: WT_wt = ( Zclutte/Zclutter廠IZclutte/XsurvT，在進行直達 波與多徑雜波抑制后的監(jiān)測矩陣的信號可W表示為:ScmtT = XsurvT-ZGlutterWT_opt = [ h-Zelutter (Zclutte/Zclutter ) -lZclutte/] XsuryT = P日XsuryT，其中，P日為投影矩陣，將監(jiān)測陣列的接收矩陣Xsurv 投影到雜波子空間的正交補子空間上，N為接收數(shù)據(jù)的點數(shù)，In指NXN維的單位陣。
[0021] 上述的，步驟5中具體包含如下內(nèi)容:利用高斯方法最小化代價函數(shù)，得到最小二 乘-恒模算法權(quán)向量的迭代公式：M的+ = w做一(乂yii) I乂[.!:/.-n]' = (XX;i) I必{，其
中，Yk = W化)HSout為第k次迭代的輸出信號， 得 ， 到各陣元的加權(quán)向量W后，進行信號合成，經(jīng)過空域時域雜波抑制后的輸出信號表示為:y = W Souto
[0022] 本發(fā)明的有益效果：
[0023] 本發(fā)明與傳統(tǒng)的單域處理方法相比，充分挖掘信號的時域與空域的信息，利用接 收端監(jiān)測陣列不同陣元中信號的相關(guān)性;通過最小二乘-恒模算法，對目標回波來向W外的 噪聲與殘余雜波進行