专利名称：基于修正stap的机载雷达高速空中机动目标检测方法
技术领域：
本发明属于航空技术领域，特别是涉及一种基于修正STAP的机载雷达高速空中机动目标检测方法。
背景技术：
在航空技术领域中，目前检测高速空中机动(仅考虑存在径向加速度的情况)目标面临的主要难题有a.机载雷达下视工作时微弱目标信号往往淹没于因平台运动使多普勒谱展宽了的强地杂波中，因此仅用单个通道接收下来的回波信号(时域采样信号)进行多普勒处理的方法不能抑制与动目标相同多普勒频率的地物杂波。b.目标的高速运动会引起严重的距离走动，这会导致目标积累效果下降。c.目标的径向加速度引起的二次相位项会对回波信号产生时变调制(即产生多普勒走动)，此时如果仍采用传统的相参积累方法处理线性调频信号(linear frequency modulated, LFM)必然也会导致积累效果严重下降。才目位中；!^扁置天线(displaced phase center antenna,DPCA)技术是一禾中对同时利用多个通道接收的空时采样信号进行处理的方法，然而其容易受通道误差等各种非理想因素的影响。Brerman等人提出了用空时二维采样信号进行自适应处理的方法(即STAP技术)，其核心思想是利用杂波的空时耦合特性自适应地调节二维滤波器的响应滤除杂波，并保证对目标有足够的增益，其在一定程度上补偿了误差所造成的影响，从而大大改善了杂波抑制效果。但是，传统的STAP方法都是假设在相干处理时间(coherent processing interval,CPI)内目标处于固定的距离单元(即不发生距离走动)。因此，必须设法对目标距离走动进行校正以提高动目标检测性能。Keystone变换可以在目标运动速度未知的情况下统一校正多个目标的线性距离走动，因此被广泛应用于雷达地面动目标成像以及微弱目标检测领域。中国专利第201110123779. 2号中公开的将keystone变换与STAP相结合来检测高速微弱空中动目标的方法可以取得良好的性能。但是，该方法仅仅针对的是勻速运动的高速目标，当目标作机动飞行时，径向加速度引起的二次相位项会对回波信号产生时变调制，此时该方法的检测性能将大大下降。中国专利第201110126353. 2号中提到将 keystone变换、Wigner-Hough变换和STAP进行巧妙地结合，提出了一种用于机载相控阵雷达实现高速空中机动目标检测的新方法，其主要思想是先对回波数据进行杂波抑制，再利用keystone变换校正目标距离走动，然后利用Wigner-Hough变换估计出目标的加速度，接着根据所估计出的加速度对由加速度所引起的多普勒走动项进行补偿，最后进行目标积累检测。但是，该方法是采用Wigner-hough变换估计目标的加速度，在相干处理脉冲数目较少时，Wigner-hough变换估计目标加速度存在较大误差，从而导致多普勒走动项补偿效果不理想。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种方法简单，检测结果准确，适合目标存在严重距离走动、多普勒模糊及多普勒走动时的动目标检测等特点的基于STAP的机载雷达高速空中机动目标检测方法。为了达到上述目的，本发明提供的基于STAP的机载雷达高速空中机动目标检测方法包括按顺序进行的下列步骤1)根据阵列天线接收的参考单元的数据估计出待测单元的杂波协方差矩阵；2)将上述杂波协方差矩阵的逆矩阵代替投影矩阵乘以接收数据，以实现杂波抑制；3)将上述杂波抑制后的数据进行keystone变换，以校正目标距离走动；4)利用将上述经过目标距离走动校正后的数据进行修正的匹配滤波来估计目标径向加速度；5)根据步骤4)估计出的目标加速度对步骤幻处理后的数据进行多普勒走动项补偿；6)将上述多普勒走动项补偿后的数据进行空时二维波束形成，以实现目标能量积
累ο所述的步骤1)中参考单元的数据与待测单元的杂波数据满足独立同分布条件。所述的步骤5)中目标加速度的估计是利用修正STAP实现的。本发明提供的基于修正STAP的机载雷达高速空中机动目标检测方法是先对回波数据进行杂波抑制，再利用keystone变换校正目标距离走动，然后利用修正STAP估计出目标加速度，接着根据所估计出的加速度对多普勒走动项进行补偿，最后进行常规空时二维波束形成实现目标能量积累。与现有技术相比，本方法不仅能够避免直接利用keystone变换校正存在多普勒模糊的高速目标距离走动时影响杂波分布特性，进而降低STAP性能的问题，而且利用修正STAP能较为精确地估计出目标加速度，因此有利于目标多普勒走动补偿，从而实现目标能量的有效积累。另外，本方法具有步骤简单，检测结果准确，适合目标存在严重距离走动、多普勒模糊及多普勒走动时的动目标检测等优点。
图1为本发明提供的基于修正STAP的机载雷达高速空中机动目标检测方法流程图。图加为总回波功率谱。图2b为杂波抑制后的功率谱。图2c为杂波抑制和keystone变换后的功率谱。图2d为多普勒走动项补偿后的功率谱。图加为图2b，2c和2d沿多普勒方向切面的比较。图3为目标能量积累效果比较。图4为不同处理方法改善因子比较。
具体实施方式
0025]下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于修正STAP的机载雷达高速空中机动目标检测方法进行详细说明。本发明提供的基于修正STAP的机载预警雷达高速空中机动目标检测方法是基于 STAP的目标检测方法，通过将keystone变换和修正STAP进行巧妙的结合来实现目标存在严重距离走动、多普勒模糊及多普勒走动情况下的动目标检测，如图1所示，该方法包括按顺序进行的下列步骤1)根据阵列天线接收的与待测单元的杂波数据满足独立同分布的参考单元的数据估计出待测单元的杂波协方差矩阵；考虑机载平台上沿航线方向放置的N元均勻线阵，阵元间距为(1 = 0.5λ，λ为工作波长，一个相干处理时间内发射K个脉冲，Xnk为第η个阵元在第k个脉冲上对应的复采样值，则每一距离门上的接收数据可以写作一个NXK的矩阵，假设在每个脉冲重复间隔内沿距离向的采样点数为L，则一个CPI的接收数据形成了一个NXKXL的三维数据块X。将该数据矩阵X按列排成一个NKXl的列向量，可记为χ = vec (X)，就形成了一个空时快拍数据。假定单个距离门内最多存在一个目标，待检测单元的空时快拍(即一次数据)可写成xpri = xs+xc+xn(1)式⑴中Xs、xc和^cn分别表示目标、杂波和噪声成分。总的回波数据的功率谱如图加所示，由于杂波很强，目标能量很微弱，完全淹没在杂波和噪声中。参考单元的空时快拍(即二次数据)可写成Xsec = xc+xn(2)R为干扰(杂波+噪声)协方差矩阵。实际情况中，R通常未知，需要根据参考单元数据进行估计，估计得到的协方差矩阵记为R
权利要求
1.一种基于修正STAP的机载雷达高速空中机动目标检测方法，其特征在于所述的检测方法包括按顺序进行的下列步骤1)根据阵列天线接收的参考单元的数据估计出待测单元的杂波协方差矩阵；2)将上述杂波协方差矩阵的逆矩阵代替投影矩阵乘以接收数据，以实现杂波抑制；3)将上述杂波抑制后的数据进行keystone变换，以校正目标距离走动；4)利用将上述经过目标距离走动校正后的数据进行修正的匹配滤波来估计目标径向加速度；5)根据步骤4)估计出的目标加速度对步骤幻处理后的数据进行多普勒走动项补偿；6)将上述多普勒走动项补偿后的数据进行空时二维波束形成，以实现目标能量积累。
2.根据权利要求1所述的基于修正STAP的机载雷达高速空中机动目标检测方法，其特征在于所述的步骤1)中参考单元的数据与待测单元的杂波数据满足独立同分布条件。
3.根据权利要求1所述的基于修正STAP的机载雷达高速空中机动目标检测方法，其特征在于所述的步骤5)中目标加速度的估计是利用修正STAP实现的。
全文摘要
一种基于修正STAP的机载雷达高速空中机动目标检测方法。其是先对回波数据进行杂波抑制，再利用keystone变换校正目标距离走动，再利用修正STAP估计出目标加速度，接着根据加速度对多普勒走动项进行补偿，最后进行空时二维波束形成实现目标能量积累。本发明方法不仅能够避免直接利用keystone变换校正存在多普勒模糊的高速目标距离走动时影响杂波分布特性，进而降低STAP性能的问题，而且利用修正STAP能较为精确地估计出目标加速度，因此有利于目标多普勒走动补偿，从而实现目标能量的有效积累。另外，本方法具有步骤简单，检测结果准确，适合目标存在严重距离走动、多普勒模糊及多普勒走动时的动目标检测等优点。
文档编号G01S7/41GK102445684SQ201110304209
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者吴仁彪, 李海, 贾琼琼 申请人:中国民航大学