机载mimo雷达三维波束空间的部分联合杂波抑制方法
【专利摘要】本发明属于雷达信号处理【技术领域】，涉及雷达杂波的局域化抑制处理，公开了一种机载MIMO雷达三维波束空间的部分联合杂波抑制方法。该方法包括：步骤1.得到空时数据矢量x表达式并且构建目标的空时二维导向矢量；步骤2.利用三维离散傅里叶变换将空时数据矢量x由阵元-脉冲域变换到三维波束域；步骤3.得到降维后的空时数据矢量z和降维后的目标空时二维导向矢量；步骤4.根据降维空时自适应处理的代价函数计算降维处理器的权矢量；步骤5.利用降维处理器的权矢量得到经过杂波抑制的空时数据。本发明能够解决运算量大与样本需求量大的问题，应用于雷达杂波处理的情景。
【专利说明】机载MIMO雷达三维波束空间的部分联合杂波抑制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达信号处理【技术领域】，涉及雷达杂波的局域化抑制处理，特别涉及一种机载MIMO雷达三维波束空间的部分联合杂波抑制方法。
【背景技术】
[0002]自从MMO雷达成为下一代雷达的发展方向以来，MMO雷达也成为当前研究的热点。MIMO雷达在发射端和接收端同时采用数字阵技术，发射多个正交或非相干信号，并在接收端利用匹配滤波分离各发射信号分量，MIMO雷达利用较小的天线规模就可以获得很大的虚拟阵列孔径和系统自由度，从而大幅度提高雷达的参数估计精度、角度分辨率和杂波抑制能力。由于MIMO雷达在发射端和接收端同时采用了数字阵技术，MIMO雷达在抗杂波、抗干扰、低截获等性能方面，与传统雷达相比具有明显的优势。
[0003]空时自适应处理(Space Time Adaptive Processing, STAP)是机载预警雷达检测慢速运动目标的关键技术，但受到高维数据协方差矩阵求逆导致的运算量大和要求的独立分布样本庞大等影响，使得其在实际应用中难以实现。在相控阵雷达体制下，人们已经提出许多旨在降低样本数目需求和运算量的降维STAP方法，如主分量方法(PrincipleComponent, PC)、因子化方法(Factored Approach, FA)以及扩展因子方法(ExtendedFactored Approach, EFA)等。PC法的基本思想是利用杂波子空间的特征基向量对消主支路的杂波；FA法是先采用一组具有高带外衰减的多普勒滤波器对MMO雷达各接收阵元的输出进行滤波，然后使用空域Capon波束形成对相同多普勒通道的输出进行自适应处理；EFA法是在主杂波区附近联合m(m通常取奇数3、5等)个多普勒通道进行自适应处理。虽然这些方法同样适用于机载MIMO雷达,但由于发射波形分集的缘故，MIM0-STAP将传统的空一时二维处理扩展到空一时一码(波形)三维空间，数据维数的急剧增加导致运算量和协方差矩阵估计等问题变得更加突出，简单地运用这些方法仍难以满足实时性的要求，急剧增加的数据维数使得样本需求量(即独立同分布参考单元数)庞大以及协方差矩阵估计和求逆时运算量也会很大，也就是现有技术中受到运算量大与样本需求量大的制约。因此，迫切需要针对机载MMO雷达研究更高效的降维STAP方法。
【发明内容】
[0004]针对现有方法应用于机载MMO雷达杂波抑制时，本发明提出一种机载MMO雷达三维波束空间的部分联合杂波抑制方法，用于解决运算量大与样本需求量大的问题。
[0005]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案预以实现。
[0006]一种机载MMO雷达三维波束空间的部分联合杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007]步骤1.利用机载MMO雷达天线接收空时数据，得到空时数据矢量χ表达式并且构建目标的空时二维导向矢量b(fs，Q，fd，Q)；
[0008]步骤2.利用三维离散傅里叶变换将空时数据矢量X由阵元-脉冲域变换到三维波束域；空时数据矢量X在三维波束域中称为三维波束；
[0009]步骤3.构造降维矩阵P，利用降维矩阵P对三维波束域中的三维波束进行部分联合自适应处理，得到降维后的空时数据矢量z和降维后的目标空时二维导向矢量
C (fs, O，f d, O);
[0010]步骤4.根据线性约束最小方差准则，即在保证目标信号增益一定的前提下最小化输出的杂波和噪声功率，利用降维后的空时数据矢量z和降维后的目标空时二维导向矢量C(fs，c)，fd,o)构建降维空时自适应处理的代价函数；根据降维空时自适应处理的代价函数计算降维处理器的权矢量W ;
[0011]步骤5.利用降维处理器的权矢量w对机载MMO雷达天线接收的空时数据矢量X进行加权求和，得到经过杂波抑制的空时数据。
[0012]上述技术方案的特点和进一步改进在于:
[0013](1)步骤I包括以下子步骤:
[0014]Ia)设定在一个相干处理间隔内，机载MMO雷达天线的M个发射阵元同时辐射由K个脉冲组成的脉冲串波形，并且M个发射阵元发射的M个发射波形相互正交，在N个接收阵元的每一个接收阵元处，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，将所有匹配滤波器的输出排列成如下MNKX I维空时数据矢量，得到空时数据矢量X表达式为下式:
[0015]
【权利要求】
1.一种机载MIMO雷达三维波束空间的部分联合杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1.利用机载MMO雷达天线接收空时数据，得到空时数据矢量X表达式并且构建目标的空时二维导向矢量b(fs，Q，fd，Q)； 步骤2.利用三维离散傅里叶变换将空时数据矢量X由阵元-脉冲域变换到三维波束域；空时数据矢量X在三维波束域中称为三维波束； 步骤3.构造降维矩阵P，利用降维矩阵P对三维波束域中的三维波束进行部分联合自适应处理，得到降维后的空时数据矢量z和降维后的目标空时二维导向矢量fd,0)； 步骤4.根据线性约束最小方差准则，即在保证目标信号增益一定的前提下最小化输出的杂波和噪声功率，利用降维后的空时数据矢量z和降维后的目标空时二维导向矢量c(fs,0) fd,0)构建降维空时自适应处理的代价函数；根据降维空时自适应处理的代价函数计算降维处理器的权矢量w ; 步骤5.利用降维处理器的权矢量w对机载MMO雷达天线接收的空时数据矢量X进行加权求和，得到经过杂波抑制的空时数据。
2.根据权利要求1所述的一种机载MMO雷达三维波束空间的部分联合杂波抑制方法，其特征在于，步 骤I包括以下子步骤: Ia)设定在一个相干处理间隔内，机载MMO雷达天线的M个发射阵元同时辐射由K个脉冲组成的脉冲串波形，并且M个发射阵元发射的M个发射波形相互正交，在N个接收阵元的每一个接收阵元处，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，将所有匹配滤波器的输出排列成如下MNKX I维空时数据矢量，得到空时数据矢量X表达式为下式:
3.根据权利要求1所述的一种机载MMO雷达三维波束空间的部分联合杂波抑制方法，其特征在于，步骤3包括以下子步骤: 3a)构造降维矩阵P，降维矩阵P表示为
4.根据权利要求1所述的一种机载MMO雷达三维波束空间的部分联合杂波抑制方法，其特征在于，步骤4包括以下子步骤: 4a)利用降维后的空时数据矢量z求取降维后的空时数据矢量z的协方差矩阵Rz，Rz表达式为:
Rz = E{zzh} = PhRP 其中，z表示降维后的空时数据矢量，P为降维矩阵，R为空时数据χ的协方差矩阵，(.)η表示矩阵或向量的复共轭转置，E {.}表示进行期望操作； 4b)根据线性约束最小方差准则，将降维空时自适应处理的代价函数表示为:
【文档编号】G01S7/36GK103954942SQ201410171717
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】冯大政, 向平叶, 吕晖, 周延, 解虎, 肖春宝, 白登潘 申请人:西安电子科技大学