[发明专利]一种机载雷达非平稳杂波抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及机载雷达杂波抑制方法，主要是基于协方差矩阵重构的杂波抑制方法，具体的说是一种机载雷达非平稳杂波抑制方法，用于机载雷达非平稳杂波抑制。

背景技术

机载雷达以其独特的作战特点，被各国军方视为能够左右战场态势的战略性武器，而杂波抑制性能是影响机载雷达能否正常下视工作的主要因素。由Brennan和Reed首先提出的空时自适应处理STAP技术能够有效抑制空时耦合的地杂波，他们同时提出了一种STAP方法，即样本协方差矩阵求逆SMI方法。该方法选取邻近待检测单元的若干距离样本来估计协方差矩阵，这在均匀杂波环境下是可行的，但实际上，杂波谱的距离非平稳性，即杂波的空时二维谱随着距离变化(如非正侧视阵、双基、共形阵雷达等)和杂波分布的非均匀性，如地形、地貌的空间变化，人造建筑等强散射点，高山遮挡造成的“阴影”以及强动目标污染等，会导致训练样本的统计特性偏离待检测距离单元的杂波的统计特性，使传统STAP方法的杂波抑制性能下降，甚至不能满足雷达系统正常工作的要求。

为了解决杂波分布的非均匀性问题，Melvin和Wicks提出了基于广义内积的样本筛选方法，该方法需要预先估计出待检测单元的协方差矩阵，这在非均匀杂波环境中难以实现。近年来出现的知识辅助的空时自适应处理技术能够在一定程度上改善机载雷达在非均匀环境中的杂波抑制性能，但获取关于杂波统计特性的先验知识需要付出较大的代价，例如需要多种传感器的协作，而且该技术对先验知识的精度要求较高，实现起来成本很高，且该技术会使得雷达系统变得很复杂，工程上不易实现。对于杂波的非平稳性问题，在无距离模糊的情况下，将训练样本的杂波轨迹与待检测单元的杂波轨迹进行配准的补偿类方法是解决杂波距离非平稳性的有效手段，主要以Borsari等人提出的多普勒补偿法，Himed等人提出的角度-多普勒补偿法为代表。但是这些方法仅考虑了杂波的距离非平稳性问题，没有考虑杂波分布的非均匀性问题，即功率非均匀、离散杂波和目标污染等问题。事实上，由观测几何引起的杂波非平稳性与杂波分布的非均匀性是同时存在的，这将导致传统STAP算法在非平稳环境下同时面临独立同分布样本不足和样本污染的难题。理论上，由Sakar等人提出的直接数据域方法能够解决STAP所面临的杂波非平稳和杂波分布的非均匀性问题，但该方法采用了空时子孔径平滑技术，导致了空时孔径的损失，并且容易受天线结构的限制，仅适用于均匀线阵，另外，该方法对阵列误差和目标指向误差敏感，实际应用中性能并不是很理想。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术中不能同时兼顾杂波非平稳和非均匀性以及存在空时孔径损失的问题，提出一种无需样本选取、无空时孔径损失、不受天线结构限制、杂波抑制性能优异的基于杂波协方差矩阵重构的机载雷达非平稳杂波抑制方法。本发明重构的杂波子空间考虑了整个空时平面，重构的杂波子空间更加的精确，对杂波的抑制性能更优异，此外，本发明的目标剔除方法仅在空时平面上期望目标处形成凹口，能减小额外的杂波抑制性能损失。

实现本发明的技术方案是：利用常规的迭代自适应谱估计方法估计待检测单元的空时二维功率谱，然后根据该功率谱重构协方差矩阵并对协方差矩阵进行修正以避免目标相消，最后用修正后的协方差矩阵计算滤波权值并进行杂波抑制。其具体过程包括如下：

步骤1取出雷达接收到的经脉冲压缩后第l号待检测距离单元的回波数据x_l，并利用常规的迭代自适应谱估计方法估计该距离单元的空时二维功率谱矩阵l＝1，...，L，L为需要进行目标检测的距离单元的个数；

步骤2利用估计得到的空时二维功率谱矩阵以及导向矢量矩阵A重构第l号距离单元的空时二维协方差矩阵并对进行修正，得到修正后的协方差矩阵

步骤3在保证期望目标信号增益不变的前提下，根据线性约束最小方差准则，利用修正后的协方差矩阵计算得到第l号距离单元、第k个多普勒通道的空时滤波器系数w_l，k，k＝1，...，K，K为多普勒通道的个数；

步骤4利用第k个多普勒通道的空时滤波器w_l，k抑制数据x_l中的杂波，得到第l号距离单元、第k个多普勒通道的输出z_l，k；