基于分数阶时延估计的多天线联合优化杂波抑制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及杂波抑制领域，特别设及一种基于分数阶时延估计的多天线联合优化 杂波抑制方法。
【背景技术】
[0002] 无源雷达是利用外界非合作的福射源作为发射信号源对探测目标进行检测和定 位的。由于其本身并不向外发射电磁波，因而具有良好的隐蔽性和反侦察性能；同时不需要 发射设备，节约了制造成本。鉴于W上的优势，近年来无源雷达系统的研究受到国内外学者 的广泛关注。其采用的外福射源一般有调频广播信号、移动通信信号、电视广播信号和卫星 信号等。一般情况下，在无源雷达的接收端有监测通道和参考通道两个通道。由于外福射源 一般为非合作的照射源，运些信号的波形往往是不受控制的；同时，由于无源探测传播环境 的复杂性，监测通道中除了有微弱的目标回波W外，还有很强的直达波和多径杂波。在进行 时频相关时，目标回波的尖峰被运些杂波信号所淹没，因此要想有效的检测到目标回波必 须进行直达波与多径杂波的抑制。
[0003] 目前直达波与多径杂波抑制主要在时域和空域上处理。空域的方法主要是自适应 波束形成，然而由于无源探测中的目标回波要远远弱于强杂波信号，因此目标信号的来波 方向很难精确地获得。时域杂波抑制的方法主要通过干扰抵消实现。自适应干扰对消的方 法是利用回波通道中的杂波信号与参考通道中的直达波信号的相关性，通过自适应的方 法，使加权的参考信号与混合的杂波信号进行逼近，最终达到杂波抑制的目的，运类算法存 在收敛速度的问题，而且杂波抑制性能一般;扩展相消的方法实际上是把含有目标回波的 监测通道信号投影到杂波子空间的正交补子空间上，从而有效的抑制杂波，运类算法没有 收敛性的问题，抑制性能较好，但是计算复杂度高。然而，无论是自适应波束形成还是干扰 抵消运些方法，大多都是在单一领域上进行的，没有充分挖掘信号在多域的信息，因此杂波 抑制性能的提升受到了一定的限制。为了大幅度提高杂波抑制的性能，最好能同时利用信 号的时域和空域信息，并设计出新型杂波抑制算法。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中自适应波束形成和干扰对消在杂波抑制上的不足，提供一种基于 分数阶时延估计的多天线联合优化杂波抑制方法，提高杂波抑制比，增强弱目标回波的检 测性能。
[000引按照本发明所提供的设计方案，一种基于分数阶时延估计的多天线联合优化杂波 抑制方法，具体包含如下步骤：
[0006] 步骤1.在对目标进行无源探测时，无源雷达接收端的监测通道采用均匀线阵接收 信号，并建立窄带远场信号的阵列模型；
[0007] 步骤2.对阵列模型矩阵的自相关矩阵进行特征分解，构造 MUSI幻普，得到直达波与 多径杂波的时延估计；
[0008] 步骤3.利用步骤2中得到的时延估计，对时延后的参考信号进行SINC函数内插，内 插后的信号矩阵构成相应的杂波矩阵；
[0009] 步骤4.通过构造代价函数，使接收端监测阵列的各通道消除杂波后，所有阵元输 出信号剩余功率最小，得到最优的时域加权矩阵WT_Dpt ;
[0010] 步骤5.利用最小二乘-恒模算法对阵列的输出加权，求解空域加权向量ws，进行信 号合成并输出。
[00川上述的，步骤1中阵列模型表示为:Xsurv(t) = AS(t)+Nsurv(t)，其中，A=[a(0i)a (92)...a(0D)]为LXD维阵列的流型矩阵，L为阵元个数，D为监测通道中直达波、多径杂波 和目标回波的总数目；S(t) = kd(t) Smpl(t) Smp2(t) ... Seco(t)]T为DXl维的信号矢量； 化urv(t)为LXl维的噪声数据矢量，Sd(t)、Smpi(t)和Seco(t)分别为监测端的直达波信号、多 径 f曰亏与目柄回波分力[J 表不为 Sd(t) =GAdd(t-Td)、Smpi(t) =Gmpid(t-Tmi)、 = Gai挪-，GAd、Gmpi和GAt分别对应为监测通道直达波、多径杂波和目标回波的 增益；Td、Tmi和Tt分别对应为监测通道直达波、多径杂波和目标回波的时延;fdt是目标回波 的多普勒频移;d(t)为外福射源的福射信号，无源雷达接收端的参考通道信号表示为：Sref (*)=6缸6:(1(*)+化6加），64,6劝参考通道中直达波的增益，化6加)为参考通道中的噪声。
[0012] 优选的，流型矩阵的导向矢量表示为：
其中，Xk化=1,2,...，L)为阵元的位置，0i为信号的来向，A为波长。
[001引上述的，步骤2具体包含如下内容；
[0014] 步骤2.1.由步骤1得到的阵列模型构造协方差矩阵，该协方差矩阵表示为:R = E
[Xsurv Xsurv]；
[0015] 步骤2.2.对协方差矩阵R进行特征分解，若特征值有4 ，相应的特征
向量为 Ci'e?'，…，e、'u .
[0016] 步骤2.3.由特征向量得到时延估计的MUSIC谱为： 为福 div) 射源信号的延迟信号；
[0017] 步骤2.4.捜索P( T)的谱峰，得到D-I个杂波的时延值。
[001引优选的，假设所有入射信号的时延不随时间变化，对接收阵列的矩阵Xsurv进行截取得 ，Wo < > ^得到协方差矩阵3，其中，N为接收数据的点数;令福射源信号的延迟 信号d(T)为参考信号Sref(T)，其中，参考信号'S姑树=[S姑传-诗*5姑挺诗"..,.S姑沁^ -巧。
[001 9]上述的，步骤3具体包含如下内容:对于D-I个杂波时延中的每个时延点Ti( i = 1， 2，...，D - 1 )，进行M - 1点的S I N C函数内插，得到时延后的参考信号为： P 巧+y = Z smc(r^.+bSw(r,.-b其中Tj为分数延迟，P为SINC函数的截断长度，TjE[- 屯，-子 ， 0.5:1/M:0.5]，（ j = l，2,. . .，M);由时延点TiQ = I ,2, . . .，D-1)进行SINC函数内插后的信 号构成该时延点出的杂波子矩阵：Zi= [Sref(Ti+Tl )T,Sref(Ti+T2)T, Sref (Ti+T3)T, ... ,Sref (Ti+ TM)T]，对于所有D-I个杂波时延，构造出最终的杂波矩阵:Zclutter=[Zl，Z2，Z3, . . .，Zd-1]。
[0020] 上述的，步骤帥构造的代价函数表示为表示求矩阵的娜数， 巧1 份拉 ... 巧1 Wt是各个阵元的(D-I) -MXL维的加权矩阵，表示为Wt= 化访柏 …。化 ? -两。傍战曲征 其中，每一列为每个阵元的加权向量，D-I为杂波的个数，L为阵元的个数，M为内插数目，经 过求解得到最优的时域加权矩阵WT_opt: WT_wt = ( Zclutte/Zclutter厂IZclutte/XsurvT，在进行直达 波与多径杂波抑制后的监测矩阵的信号可W表示为:ScmtT = XsurvT-ZGlutterWT_opt = [ h-Zelutter (Zclutte/Zclutter ) -lZclutte/] XsuryT = P日XsuryT，其中，P日为投影矩阵，将监测阵列的接收矩阵Xsurv 投影到杂波子空间的正交补子空间上，N为接收数据的点数，In指NXN维的单位阵。
[0021] 上述的，步骤5中具体包含如下内容:利用高斯方法最小化代价函数，得到最小二 乘-恒模算法权向量的迭代公式：M的+ = w做一(乂yii) I乂[.!:/.-n]' = (XX;i) I必{，其
中，Yk = W化)HSout为第k次迭代的输出信号， 得 ， 到各阵元的加权向量W后，进行信号合成，经过空域时域杂波抑制后的输出信号表示为:y = W Souto
[0022] 本发明的有益效果：
[0023] 本发明与传统的单域处理方法相比，充分挖掘信号的时域与空域的信息，利用接 收端监测阵列不同阵元中信号的相关性;通过最小二乘-恒模算法，对目标回波来向W外的 噪声与残余杂波进行