机载mimo雷达空时码三维自适应杂波对消方法
【专利摘要】本发明公开了一种机载MIMO雷达空时码三维自适应杂波对消方法，首先建立机载MIMO雷达回波信号模型,计算出残余回波信号能量并将其最小化，得到自适应杂波对消器系数矩阵,通过滑窗排列得到空时码三维自适应杂波对消器,利用该对消器对回波信号对消，通过空时码三维自适应杂波对消器的预处理，对消掉大部分杂波。本发明方法用于常规空时处理方法和降维STAP方法之前对机载MIMO雷达回波信号中的杂波进行空时码三维对消，可以在雷达信号处理的第一阶段就有效的抑制杂波，提高动目标的检测性能。本发明不仅适用于正侧视雷达，同样适用于非正侧视雷达，均具有良好的动目标检测能力。
【专利说明】机载MIMO雷达空时码三维自适应杂波对消方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达信号处理【技术领域】，主要涉及空时码三维自适应杂波对消器(Space-Time Adaptive Clutter Canceller, STACC),具体说是一种机载 MIMO 雷达空时码三维自适应杂波对消方法。可应用于机载MMO雷达系统，不仅适用于正侧视MMO雷达，还适用于非正侧视MMO雷达。
【背景技术】
[0002]杂波对消器是最早出现也是最常用的MTI滤波器，它最早应用于地基雷达，由于地面雷达接收的地杂波信号多集中在多普勒频率的O频附近，杂波对消器可以看作是一个有效的抑制低频杂波的高通滤波器。然而，对于机载MIMO(multiple-1nputmultiple-output)雷达平台而言，由于平台是运动的，地杂波将不会集中分布在O频附近，而是拓展分布在整个多普勒域，杂波将呈现强烈的空时耦合特性，原有的杂波对消器将不再适用。由于机载MMO雷达的地杂波呈现为空时二维耦合特性，杂波能量将主要分布在空间-多普勒二维平面上，这就决定了其杂波抑制属于空时二维滤波问题。在此基础上，空时二维自适应处理方法STAP(space-time adaptive processing)得到了更进一步的发展。全维STAP方法，如采用最优处理器可以有效地在空时两维对杂波进行滤除，性能虽然优越，但是由于其很高的计算复杂度以及对样本量的庞大需求，使得其在实际工程中很难实现。为了克服全维STAP的缺点，降维STAP技术得到了很大的发展。经典的降维STAP方法有辅助通道法(ACR)、因子化空时自适应处理FA方法和扩展因子化空时自适应处理EFA方法，在理想情况下均能获得较好的性能，但在实际情况中阵列误差是不可避免的，空域误差使空时二维杂波谱沿 空域维散开，杂波自由度大大增加，并且自适应处理时，只有当自适应自由度大于杂波自由度时才可以获得良好的杂波抑制性能，可见，为了改善杂波抑制性能，需要增加自适应自由度，然而当自由度增加时，会给上述方法带来样本数增大和运算量增加的问题，这使得上述方法在实际工程应用中无法获得较好的杂波抑制性能。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述已有技术的缺陷，提供一种降低了杂波自由度，适用于正侧视MMO雷达，还适用于非正侧视MMO雷达的机载MMO雷达空时码三维自适应杂波对消方法。
[0004]本发明是一种机载MMO雷达空时码三维自适应杂波对消方法，本发明的自适应杂波对消过程包括如下步骤:
[0005]步骤1.设定机载MMO雷达天线在一个相干处理时间内发射K个脉冲，构建机载MIMO雷达接收的第k个脉冲的回波，该回波包括杂波和噪声，信号模型为:
[0006]Xk = ADkPk + 4,Π
，
[0007]式中，A为空域相位项构成的矩阵，Dk为时域多普勒相位项构成的对角矩阵，P k为第k个脉冲时刻U个杂波散射单元的随机幅度向量，U为一个距离单元内散射单元的个数，< ^为第k个脉冲时刻的高斯白噪声向量。
[0008]步骤2.根据回波信号模型，计算得到与第k个脉冲相邻两个脉冲的残余回波信号
能量11 ek| I2为:
[0009]I I ε k I 12 = I I Qxk-xk+11 |2，即相邻两个脉冲为第k个脉冲和第k+Ι个脉冲
[0010]式中，Q为杂波对消器系数矩阵，I I.I I为向量的2-范数；
[0011]步骤3.最小化残余回波信号能量I I ε k| I2，得到杂波对消器系数矩阵Q为:
[0012]
【权利要求】
1.一种机载MMO雷达空时码三维自适应杂波对消方法，其特征是:利用机载MMO雷达相邻两个脉冲的回波信号进行相减对消操作，使对消后的杂波信号得到抑制，方便雷达信号后续的进一步处理，所述自适应杂波对消过程包括如下步骤: 步骤1.设定机载MMO雷达天线在一个相干处理时间间隔内发射K个脉冲，构建机载MIMO雷达第k个脉冲接收的回波，该回波包括杂波和噪声，信号模型为:
Xk = ADkA-+ χ , 式中，A为空域相位项构成的矩阵，Dk为时域多普勒相位项构成的对角矩阵，P k为第k个脉冲时刻u个杂波散射单元的随机幅度向量，u为一个距离单元内散射单元的个数，4,v)为第k个脉冲时刻的高斯白噪声向量； 步骤2.根据回波信号模型，计算得到相邻两个脉冲的残余回波信号能量I I ε k| I2为:
I BkII2= IQXk-XkJI2, 式中，Q为杂波对消器系数矩阵，11.11为向量的2-范数； 步骤3.根据最小化残余回波信号能量11 SkI I2，得到杂波对消器系数矩阵Q为: Q = hudk， 式中，Rk+1;k为第k个脉冲与第k+Ι个脉冲的杂波与噪声相关矩阵，Rtk为第k个脉冲的杂波与噪声自相关矩阵，[.1表示对矩阵求逆； 步骤4.根据求得的杂波对消器系数矩阵Q，选取所有雷达信号中一个相干处理间隔内每相邻两个脉冲对消所需要的系数矩阵进行滑窗排列，得到自适应杂波对消器，该对消器G表示为:
2.根据权利要求1所述的机载MMO雷达空时码三维自适应杂波对消方法，其特征是:步骤I所述的构建机载MIMO雷达接收的第k个脉冲的回波信号模型，包括如下步骤: .1.1构建单个地面散射点的杂波回波信号；假设载机飞行高度为H，速度为V，雷达的发射和接收阵为平行放置的等距线阵，天线阵列发射阵元数为M，发射阵元间距为dm，接收阵元数为N，接收阵元间距为<，雷达工作波长λ，脉冲重复频率f；，在一个相干处理间隔内，各发射阵元同时发射由K个脉冲组成的脉冲串波形，且M个发射波形相互正交，在每个接收阵元处，分别用M个参考发射信号对K个脉冲周期的回波数据进行匹配滤波，对于一个距载机方位角为I俯仰角为Θ的地面散射点，在接收端第η个阵元处，得到对应第m个发射阵元、第k个脉冲下的杂波回波信号为
3.根据权利要求2所述的机载MMO雷达空时码三维自适应杂波对消方法，其特征是:步骤2所述的根据回波信号模型，计算得到相邻两个脉冲的残余回波信号能量I I SkI I2，包括如下步骤: . 2.1根据机载MMO雷达接收到的第k个脉冲回波信号，得到第k+Ι个脉冲的回波信号为
4.根据权利要求3所述的机载MMO雷达空时码三维自适应杂波对消方法，其特征是:步骤3所述的最小化残余回波信号能量I I SkI I2，得到系数矩阵Q，包括如下步骤: .3.1将残余回波信号能量Il ek| I2最小化，即求
【文档编号】G01S7/41GK103728607SQ201410020663
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】冯大政, 向平叶, 曹杨, 周延, 朱国辉, 袁明冬 申请人:西安电子科技大学