机载MIMO雷达的稳健降维空时自适应处理方法与流程

文档序号:13221701阅读:147来源:国知局
技术领域本发明涉及雷达信号处理技术领域,特别涉及一种机载MIMO雷达的稳健降维空时自适应处理方法,实现机载多输入多输出MIMO雷达期望目标导向矢量失配情况下的稳健降维空时自适应处理,用于杂波抑制和动目标检测。

背景技术:
作为一种新兴的雷达体制,多输入多输出(MIMO)雷达为改善传统雷达性能开辟了更为广阔的技术思路,已成为当今国际雷达界的研究热点。按照阵元配置及信号处理方式,当前研究主要将MIMO雷达划分为两类,即:分布式MIMO雷达与集中式MIMO雷达。分布式MIMO雷达具有较大的天线间距,使得雷达能够从不同方位进行目标观测,获取充分的空域信息以及足够的空间分集增益,增强对于闪烁目标的检测能力。而集中式MIMO雷达收发阵元间距较小,主要通过波形分集与匹配滤波,利用少量天线形成扩展的虚拟阵列孔径,更适合于机载应用环境,能够有效克服载机平台对于传统雷达天线孔径与重量的限制,并且雷达的杂波抑制与参数估计性能得到提升。空时自适应处理(STAP)经过四十余年的发展,已具有较为完备的理论基础,并且其在机载相控阵雷达中的应用日益完善,已成为机载雷达进行地杂波抑制,实现地面动目标显示(GMTI)的一项有效手段。机载MIMO雷达系统如今又与STAP技术进一步结合,MIMO雷达STAP也立即引起了国内外军事界和学术界的极大兴趣。由于发射波形分集,机载MIMO雷达STAP在获取系统自由度扩展的同时,进一步增大了训练样本数需求,然而在实际中难以获取足够的独立同分布(IID)样本数据进行协方差矩阵估计,并且运算复杂度显著提升,算法运算量问题尤为突出,难以满足实时处理要求,这些也是推进MIMO-STAP技术实现实际工程应用进程中亟需解决的关键问题。同时现有降低样本数需求与运算复杂度的降维STAP方法(如双迭代算法)均只考虑阵列导向矢量精确已知的理想情况,然而在实际工程应用中,各种误差情况不可避免,如在STAP中目标到达方向(DOA)和速度存在误差时将造成期望目标空域、时域导向矢量失配,且之间存在误差耦合现象,进而引起传统降维STAP方法应用于机载MIMO雷达时性能下降,甚至失效。因此,需要针对机载MIMO雷达进一步研究有效的稳健降维STAP方法。

技术实现要素:
针对机载MIMO雷达的特点及现有技术的不足,如所需样本数大,运算复杂度高,存在目标导向矢量失配等非理想因素,提供一种机载MIMO雷达的稳健降维空时自适应处理方法,用以实现目标导向矢量失配情况下的机载MIMO雷达杂波抑制,进一步增强对于存在导向矢量失配情况下的稳健性,具有更加优越的杂波抑制效果。按照本发明所提供的设计方案,一种机载MIMO雷达的稳健降维空时自适应处理方法,包含如下步骤:步骤1.将机载MIMO雷达中MNK×1维的空时二维导向矢量w,分离为MN×1维空域导矢量wa和K×1维时域导向矢量wb,其中,M为发射阵元数,N为接收阵元数,K为相干脉冲数,符号表示Kronecker积,上标*表示对向量或矩阵求共轭;步骤2.建立空时二维导向矢量误差模型,根据最差性能最优准则,推导出双二次代价函数为约束条件为其中,为接收数据矢量的矩阵形式,a,b分别表示假定的空域导向矢量和时域导向矢量,ε1,ε2分别表示对应空域、时域导向矢量误差范数的上界,上标T表示对向量或矩阵求转置,上标H表示对向量或矩阵求共轭转置,||·||表示2-范数;步骤3.采用双迭代算法,对双二次代价函数进行空域、时域权矢量求解,通过固定空时二维权矢量中的任意一维,将问题转化为关于低维权矢量的二阶凸优化问题形式,利用双迭代算法求解出双二次代价函数的最优空时权矢量wa和wb;步骤4.利用步骤3求解得到的最优空时权矢量wa和wb,恢复出全维MIMO-STAP空时二维权矢量w,即上述的,步骤2具体包含如下内容:步骤2.1、建立MIMO-STAP空时二维导向矢量误差模型,表示为其中,a、b分别表示真实空域、时域相应的假设导向矢量,σ1、σ2分别表示对应空域、时域导向矢量误差的未知复矢量,将MIMO-STAP空时二维导向矢量v的不确定集表示为式中,步骤2.2、使用二阶凸优化算法对基于MIMO-STAP空时二维导向矢量误差模型进行求解,具体包含如下步骤:步骤2.2.1、将约束强加于MIMO-STAP空时二维导向矢量v的不确定集中所有导向矢量上,令其阵列响应不小于1,得到不等式约束最小化问题,表示如下:minwwHRwsubjecttominv~∈V(ϵ)|wHv~|≥1;]]>步骤2.2.2、当同时存在空域、时域导向矢量误差时,将不等式约束最小化问题表示为不等式约束双二次代价函数,如下:minwa,wbE{|wbHZwa|2
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