专利名称：以gps导航卫星为外辐射源的无源雷达微弱目标检测方法
技术领域：
本发明涉及的是一种无源雷达技术领域，尤其涉及利用GPS导航卫星作为外辐射 源的无源雷达领域内的微弱目标检测方法。
背景技术：
无源雷达是指雷达本身不发射电磁波信号而只用目标辐射电磁波信号(外辐射 源)进行目标探测和跟踪的雷达，它具有良好的“四抗性能”并具有造价低、隐蔽性强、机动 性高等优点。目标辐射的电磁信号可能是目标自身发射的信号，或者是第三方电磁波信号 经目标反射后的电磁信号。因此，根据目标辐射信号源的类型，无源雷达可分为两类一是 利用目标自身辐射源的无源雷达，包括待观测的目标自身携带的辐射源，如雷达、通信、应 答机、有源干扰和导航等电子设备；二是利用第三方发射信号经目标反射的信号的无源雷 达，这类发射源包括地面广播电台、电视台、通信台站、直播电视卫星和卫星导航定位系统 等。从雷达体制上讲，它的接收机和发出外辐射源的发射机是异地配置，因此它也属于双 (多)基雷达。
基于GPS信号作为外辐射信号无源雷达具有很多传统有源雷达没有的优点(1) 无源雷达接收机由于没有大功率的器件，且不受发射机功率泄漏的影响，从而具有较高的 灵敏度；⑵多个接收机工作，可以对干扰源进行无源定位；C3)由于收、发分置，接收机是 静默的，也可以机动，所以系统具有抗电子侦查、抗干扰和抗反辐射导弹摧毁的能力；(4) 在接收机前置时，可利用空中、空间的照射源，可以探测到发射机的视线以下和远区超低空 的目标，抗超低空突防能力强；(5)具有反隐身的效果，由于隐身目标只在鼻锥ο30 π范围 内有极小的雷达截面积(RCQ，而侧向及顶部散射和绕射并没有减小，还很强，使得无源雷 达对隐身目标的探测具有很好的效果；(6)由于自身不发射电磁波，无源雷达系统具有隐 蔽性和突然性，系统生存能力强。
基于GPS信号的无源雷达的核心技术是无源相干定位技术，其基本的思想是以外 辐射源发射的直达波信号作为参考，检测分析目标反射辐射源发射的信号能量，估计出目 标反射信号的到达方向、到达时间和多普勒频移等参数，从而实现对目标的定位和跟踪。由 于GPS卫星信号属于全向连续波辐射，直达波信号很强，存在多径效应使得杂波较强，而且 强目标的回波也会大大干扰微弱目标回波的探测，因此需要对接收到的非合作信号进行杂 波抑制和信号处理才能探测到目标。
干扰信号抑制是无源雷达系统在信号处理中所面临的一个关键性技术问题，目前 采取的抑制算法主要有(a)基于自适应波束行成的干扰置零基本原理是根据接收准则 自动的调节天线阵元加权系数的幅度和相位，使代价函数值最小，使系统达到该准则下的 最优接收效果，其中最小均方误差(MMSE)和线性约束最小方差(LCMV)准则波束形成是自 适应波束形成的两种最优波束形成器；(b)采用自适应滤波算法进行干扰抑制；(C)基于子 空间投影的直达波抑制算法该算法无需传统自适应干扰置零技术所需的干扰方向信息， 也无需旁瓣对消技术中的参考通道，而是利用接收端等效信号构造直达波子空间的正交投影矩阵，对接收信号进行投影，从而抑制直达波干扰。 发明内容
本发明的目的在于提供一种能有效地抑制直达波干扰、多径干扰、杂波干扰和强 目标回波旁瓣遮蔽干扰，从而检测到微弱目标回波的以GPS导航卫星为外辐射源的无源雷 达微弱目标检测方法。
本发明的目的是这样实现的
在参考通道中采用标准的GPS接收机，接收到的信号作为参考信号，对其进行提 纯处理；在雷达目标回波通道中，接收到的信号包括强、弱目标的回波信号、直达波干扰、多 径干扰、杂波干扰和噪声，首先对其进行放大和滤波，然后下变频到中频进行处理，去除GPS 信号中携带的导航信息，利用LS-CLEAN方法进行直达波和杂波抑制，对抑制后的信号与参 考信号进行匹配滤波，在匹配滤波器的输出端首先进行多普勒补偿，再对强目标旁瓣对微 弱目标的遮蔽作用进行抑制，最后进行相干累积、恒虚警处理。
所述的利用LS-CLEAN方法进行直达波和杂波抑制的过程如下
(1)构造参考信号的时延阵Sref d ；
(2)构造参考信号的时延-多普勒阵SMf df ；
(3)构造数据阵A，将其列向量构成干扰子空间；
(4)构造投影矩阵P，将目标回波通道信号投影到与干扰子空间正交的子空间，达 到进行直达波、多径、杂波干扰抑制的目的；
(5)将此时的矩阵作为初值赋给处理矩阵S，初始化迭代次数j = 0 ；
(6) j = j+1，更新处理矩阵S,J1 S, ΓMjCa ；
(7)检测到的目标为 ^fiO')J ηιβ( Γ delay)；
(8)对剩余信号的能量进行判断，若其高于噪声电平，则到步骤(6)继续进行，否 则循环结束，此时检测到所有的微弱目标。
本发明所述的在基于GPS导航卫星作为外辐射源的无源雷达探测系统中，利用 LS-CLEAN算法进行微弱目标检测的方法具有如下的积极效果和优点采用此方法可以有 效地抑制直达波干扰、多径干扰和杂波干扰，还可以有效地消除强目标回波旁瓣对微弱目 标回波的遮蔽效应，同时计算量简便，适合实时处理。
图1是基于GPS导航卫星作为外辐射源的无源雷达系统示意图2是基于GPS导航卫星作为外辐射源的无源雷达信号处理过程；
图3是LS-CLEAN方法进行微弱目标检测过程的实施框图。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步阐述。
如图1所示，基于GPS导航卫星作为外辐射源的无源雷达探测系统属于多基地无 源雷达探测系统，在无源雷达接收机端接收4颗GPS导航卫星发射的射频信号，接收系统分 为参考通道和雷达目标回波通道，分别用来接收直达波信号和经目标反射的回波信号。
由图2可知，在参考通道中采用标准的GPS接收机，接收到的信号作为参考信号， 对其进行提纯处理；在雷达目标回波通道中，接收到的信号包括强、弱目标的回波信号、直 达波干扰、多径干扰、杂波干扰和噪声等。首先对其进行放大和滤波，然后下变频到中频进 行处理，去除GPS信号中携带的导航信息，利用LS-CLEAN方法进行直达波和杂波抑制，对抑 制后的信号与参考信号进行匹配滤波，在匹配滤波器的输出端首先进行多普勒补偿，再对 强目标旁瓣对微弱目标的遮蔽作用进行抑制，最后进行相干累积、恒虚警处理，达到检测到 微弱目标的目的。
结合图3，本发明利用LS-CLEAN进行微弱目标检测的过程如下
(1)构造参考信号的时延阵Sref d ；
(2)构造参考信号的时延-多普勒阵Srrf df ；
(3)构造数据阵A，将其列向量构成干扰子空间；
(4)构造投影矩阵P，将目标回波通道信号投影到与干扰子空间正交的子空间，达 到进行直达波、多径、杂波干扰抑制的目的；
(5)将此时的矩阵作为初值赋给处理矩阵S，初始化迭代次数j = 0 ；
(6) j = j+1，更新处理矩阵Sj1 S, ΓMjCa ；
(7)检测到的目标为 ^fiO')J ηιβ( Γ delay)；
(8)对剩余信号的能量进行判断，若其高于噪声电平，则到步骤6继续进行，否则 循环结束，此时检测到所有的微弱目标。
本发明所述的一种基于LS-CLEAN算法的微弱目标检测方法，将雷达回波信号投 影在与干扰子空间正交的子空间内，对直达波干扰、多径干扰进行有效抑制，然后对回波信 号进行多普勒补偿，进一步迭代地抑制各个强目标旁瓣对微弱目标回波的遮蔽作用，从而 准确检测到微弱目标。
本发明系统中接收通道分为参考通道和目标回波通道两部分，参考通道接收GPS 导航卫星的直达信号作为参考信号，目标回波通道接收GPS信号经过目标反射后到达的信 号，此时目标回波通道中还存在直达波干扰、多径干扰和强目标旁瓣对弱目标的遮蔽作用。 本发明采用的LS-CLEAN算法的思想是在雷达目标回波通道中，使得利用本方法进行干扰 抑制后的信号误差平方和最小，即使得下式最小
权利要求
1.一种以GPS导航卫星为外辐射源的无源雷达微弱目标检测方法，其特征是在参考 通道中采用标准的GPS接收机，接收到的信号作为参考信号，对其进行提纯处理；在雷达目 标回波通道中，接收到的信号包括强、弱目标的回波信号、直达波干扰、多径干扰、杂波干扰 和噪声，首先对其进行放大和滤波，然后下变频到中频进行处理，去除GPS信号中携带的导 航信息，利用LS-CLEAN方法进行直达波和杂波抑制，对抑制后的信号与参考信号进行匹配 滤波，在匹配滤波器的输出端首先进行多普勒补偿，再对强目标旁瓣对微弱目标的遮蔽作 用进行抑制，最后进行相干累积、恒虚警处理。
2.根据权利要求1所述的所述的利用LS-CLEAN方法进行直达波和杂波抑制的过程如下(1)构造参考信号的时延阵d；(2)构造参考信号的时延-多普勒阵Srrfdf ；(3)构造数据阵A，将其列向量构成干扰子空间；(4)构造投影矩阵P，将目标回波通道信号投影到与干扰子空间正交的子空间，达到进 行直达波、多径、杂波干扰抑制的目的；(5)将此时的矩阵作为初值赋给处理矩阵S，初始化迭代次数j= 0 ；(6)j = j+1，更新处理矩阵 sJ+1 = Sj-HIjCa ；(7)检测到的目标为Swt」(i)= …⑴+Hijδ (i-delayi)；(8)对剩余信号的能量进行判断，若其高于噪声电平，则到步骤(6)继续进行，否则循 环结束，此时检测到所有的微弱目标。
全文摘要
本发明提供的是一种以GPS导航卫星为外辐射源的无源雷达微弱目标检测方法。在参考通道中采用标准的GPS接收机，接收到的信号作为参考信号，对其进行提纯处理；在雷达目标回波通道中，首先对其进行放大和滤波，然后下变频到中频进行处理，去除GPS信号中携带的导航信息，利用LS-CLEAN方法进行直达波和杂波抑制，对抑制后的信号与参考信号进行匹配滤波，在匹配滤波器的输出端首先进行多普勒补偿，再对强目标旁瓣对微弱目标的遮蔽作用进行抑制，最后进行相干累积、恒虚警处理。能有效地抑制直达波干扰、多径干扰、杂波干扰和强目标回波旁瓣遮蔽干扰，从而检测到微弱目标回波。
文档编号G01S13/02GK102033227SQ20101056568
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者党超, 刘丹, 单志明, 吕东泽, 吴述敏, 周宇, 徐定杰, 沈锋, 盖猛, 贺瑞 申请人:哈尔滨工程大学