基于杂波俯仰方位谱稀疏恢复的机载雷达目标检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及低空动目标检测技术领域，具体涉及一种基于杂波俯仰方位谱稀疏恢 复的机载雷达目标检测方法。
【背景技术】
[0002] 空时自适应处理（STAP:Space_TimeAdaptiveProcessing)是机载雷达抑制杂 波、检测低空/地面慢速动目标的关键技术，其杂波抑制性能由杂波特性估计的准确性决 定。在机载非正侧雷达系统中，由于地杂波空时分布具有距离依赖性，同时实际杂波环境 具有一定的非均勾性，不同距离单元的训练样本不满足独立同分布条件（IIDindependent andIdenticallyDistributed)，因此，传统统计类STAP方法无法获得足够的IID训练样 本，难以准确估计杂波特性，杂波抑制和目标检测性能下降。
[0003] 稀疏恢复（SR:SparseRecovery)利用信号的稀疏性进行欠定方程的求解，可以 获得比传统参数估计方法更高的参数估计精度，是信号处理领域的一个新的研究热点。由 于机载雷达天线具有方向性，杂波在空时二维上的分布是稀疏的，文献[1]以此提出了空 时谱估计-滤波器结构的稀疏恢复空时自适应处理方法（SR-STAP:SparseRecoverybased STAPtechnique)。SR-STAP方法在少量样本（甚至单个样本）的情况下，首先利用SR算法 (如FOCUSS算法、贪婪算法和凸优化算法等）估计杂波空时谱；然后，通过杂波协方差矩阵 (CCM:ClutterCovarianceMatrix)和杂波空时谱之间的关系计算CCM;最后，根据CCM构 造空时自适应滤波器抑制杂波，检测目标。
[0004] SR-STAP方法只需少量训练样本即可实现高分辨杂波空时谱和杂波协方差矩阵的 估计，可以较好地减少杂波非均匀性的影响，是一种具有较大潜力的杂波抑制方法，因此吸 引了国内外学者们的广泛研究。
[0005] 但是，尽管学者们提出了不同的改进方法，现有SR-STAP方法存在的基失配和伪 值较多等问题仍需进一步研究解决。此外，当机载非正侧雷达的回波存在距离模糊时，近程 杂波和远程模糊杂波相互叠加，现有SR-STAP方法并不能发挥其在杂波空时谱高分辨估计 上的优势，设计的空时滤波器无法在待测距离单元形成深的凹口，无法对距离模糊杂波进 行有效抑制，慢速目标检测能力下降。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有机载相控阵雷达SR-STAP方法的不足，本发明提供了一种基于杂波 俯仰方位谱稀疏恢复的机载雷达目标检测方法。
[0007] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0008] -种基于杂波俯仰方位谱稀疏恢复的机载雷达目标检测方法，包括如下步骤：
[0009] S1、根据雷达配置信息确定俯仰角和方位角范围，并离散为高分辨俯仰和方位分 辨单元，根据杂波空时分布与俯仰方位角之间的关系，构造杂波空时导向矢量矩阵；
[0010] 311、设俯仰角范围为[0,31/2]，方位角范围为[0_，0_]，其中0_和0_分 别为由雷达发射和接收波束确定的最小和最大方位角；将俯仰角范围和方位角范围分别离 散为和Ne个分辨单元（),得：
[0011]
[0012] 其中，m= 1，2，...，Ne，《 = l，2，."，A^;
[0013] S12、构造空时导向矢量矩阵为：
[0014]
[0015] 其中，为对应第m个方位角单元和第n个俯仰角单元的空时导向矢量，表 示为：
[0016]
[0017]其中，?表示Kronecker积，Ad，供")和\ (九，死)分别为对应第m个方位角单元和 第n个俯仰角单元的时域导向矢量和空域导向矢量：
[0018]
[0019] /^和/乂"分别为对应第m个方位角单元和第n个俯仰角单元杂波块的多普勒频率 和空间频率，表示为：
[0020]
[0021] 其中，fprf为脉冲重复频率，A为雷达波长，d为阵元间隔，V。是载机速度，0。为 天线与雷达飞行方向的央角。
[0022] S2、构建稀疏恢复模型，利用典型的SR算法估计原始杂波AE谱；
[0023] S21、建立的稀疏恢复模型为：
[0024]
[0025] 其中，a淀义为第1个训练单元的杂波AE谱；
[0026] S22、根据稀疏恢复理论，通过以下公式计算a1:
[0027]
[0028] 其中，II?I|。代表向量的0-范数，II?II2代表矩阵的2-范数，e为由噪声决定 的常数。
[0029] 上式可以由典型的稀疏恢复算法进行求解，如凸优化算法、FOCUSS算法和贪婪算 法等。
[0030] S3、利用俯仰滤波器消除距离模糊杂波和稀疏恢复过程中产生的伪值，得到高分 辨准确杂波AE谱；
[0031] S31、利用L个训练单元的平均杂波AE谱近似待测单元的杂波AE谱，即：
[0033] S32、设R。为待测单元的距离，对应的俯仰角为％ =asinCff/A),其中H为 载机高度，则待测单元的俯仰滤波器可以表示为的矢量F。，其中，F。的第 _/(_/ = 1,2,…，A^iV5l )个元素为：
[0034]
[0035] 其中，〇(%)是由第1个训练单元的俯仰角％和俯仰角误差Ap决定的范围，表示 为：
[0036]
[0037] 其中，Y为设置的适当常数；
[0038] 因此，待测单元的准确杂波AE谱为：
[0039]
[0040] 其中，?表不 Hadamard 积。
[0041] S4、利用所得的杂波AE谱与CCM之间的数学关系，计算CCM，设计机载非正侧雷达 的自适应处理器，进行目标检测；
[0042] 待测单元的CCM可以表示为：
[0043]
[0044] 其中，为&的第（m-l)Ne+n个元素，〇 2为噪声功率，I为NKXNK的单位矩阵。
[0045] 自适应滤波器的权值w。和输出y可分别表示为：
[0046] IV0=^S{f；ar,ftsar)；
[0047] y = wHx〇 ；
[0048] 其中，y为归一化常数参量，舄1为R。的逆矩阵，为目标空时导向矢量， ?^和二表示目标的多普勒频率和空间频率。
[0049] 本发明具有以下有益效果：
[0050](1)本发明设计的俯仰滤波器可以有效滤除现有SR-STAP方法无法处理的距离模 糊杂波和稀疏恢复过程中出现的伪值，从而使得估计的杂波协方差矩阵更加准确；
[0051] (2)雷达俯仰、方位、速度和高度等信息的利用，使得构造的空时导向矢量矩阵可 以在一定程度上克服基失配的影响，使得构造的空时导向矢量矩阵与实际杂波更加匹配。
[0052] (3)本发明可以在利用少量训练单元（2至6个）的前提下，显著提高机载雷达的 非均匀杂波抑制性能，从而增强低空/地面慢速目标的检测性能。
【附图说明】
[0053] 图1为本发明实施例与现有方法的杂波抑制性能对比示意图。
[0054] 图2本发明实施例与现有方法的目标检测性能对比示意图。
【具体实施方式】
[0055