[发明专利]基于雷达地杂波谱特性的机身圆台共形阵结构的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达空时自适应处理技术领域，特别涉及一种基于雷达地杂波谱特性的机身圆台共形阵结构的设计方法，适用于为工程中的机载雷达的阵列结构提供选择依据。

背景技术

当机载下视雷达对地工作时，产生的强地杂波往往会将动目标淹没，从而导致动目标不能被有效检测，因此对强地杂波的抑制显得尤为重要。空时自适应处理(STAP)技术能够利用空域与时域的二维耦合性对杂波进行抑制，为动目标的检测奠定了很好的基础。而共形阵结构的雷达天线能够显著减小载机的负荷，减小空气阻力，并产生相对较大的有效孔径，因此有必要对共形阵结构的空时自适应处理(STAP)技术进行研究。

由于共形阵几何结构复杂，使得共形相控阵雷达的波束及杂波特性不同于常规的线性阵列。Zatman提出了扩展采样矩阵求逆(ESMI)方法，利用时变权方法进行处理，与采样矩阵求逆(SMI)方法相比，杂波谱的展宽得到了改善，但是数据维数加倍。Lapierre等人对共形阵几何结构引入的杂波距离依赖性提出了基于杂波谱配准的补偿方法，即将每个距离训练样本的回波数据均变换到感兴趣的距离单元，缺点是计算量大。R K.Hersey主要比较了安装在不同部位的共形阵几何结构(如机头、机翼)的杂波特性，利用方位-俯仰-多普勒三维信息进行杂波补偿。文献“Ke Sun,Huadong Meng,Xiqin Wang.Conformal-array STAP using sparse representation.2011 IEEE Radar Conference[C]”针对圆柱共形阵结构，将基于杂波谱配准的补偿与稀疏表示相结合，产生了平稳的杂波样本，提高了信杂比(SCR)。以上作者着重考虑了共形阵杂波谱的补偿，均没有考虑增益权处理的结果，且都没有从共形阵结构的角度来分析杂波谱，而选择合适的共形阵结构可以有效减小杂波谱的展宽程度，提高目标检测性能。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明的目的是针对机身圆台共形阵结构，采用协方差矩阵求逆方法得到的最小方差谱会发生很大程度的展宽，进而能够影响目标的检测性能，提出雷达地杂波增益谱分析方法。

为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种基于雷达地杂波谱特性的机身圆台共形阵结构的设计方法，包括以下步骤：

步骤1，建立机身圆台共形阵的地杂波几何模型，计算得到机身圆台共形阵的第m个阵元的位置坐标后，得到地杂波方位角为地杂波俯仰角为θ处的机身圆台共形阵的地杂波波束指向单位矢量进而得到地杂波方位角为地杂波俯仰角为θ处的机身圆台共形阵的地杂波空域导向矢量其中，表示机身圆台共形阵的地杂波方位角，θ表示机身圆台共形阵的地杂波俯仰角，m＝{1,2,…,M}，M表示机身圆台共形阵的阵元总个数。

步骤2，根据机身圆台共形阵的地杂波几何模型中第m个阵元的阵元主瓣宽度与该第m个阵元的阵元安装指向，得到机身圆台共形阵的第m个阵元的阵元安装指向与地杂波方位角为地杂波俯仰角为θ处的机身圆台共形阵的地杂波波束指向单位矢量之间的夹角α_m，进而依次得到机身圆台共形阵的第m个阵元的阵元增益机身圆台共形阵的M个阵元的阵元增益矢量其中，表示机身圆台共形阵的地杂波方位角，θ表示机身圆台共形阵的地杂波俯仰角，m＝{1,2,…,M}，M表示机身圆台共形阵的阵元总个数。

步骤3，根据步骤1得到的地杂波方位角为地杂波俯仰角为θ处的机身圆台共形阵的地杂波空域导向矢量和步骤2得到的机身圆台共形阵的M个阵元的阵元增益矢量计算考虑阵元增益的机身圆台共形阵的地杂波空域导向矢量v_s；其中，表示机身圆台共形阵的地杂波方位角，θ表示机身圆台共形阵的地杂波俯仰角。

步骤4，计算机身圆台共形阵的地杂波时域导向矢量其中，表示机身圆台共形阵的地杂波方位角，θ表示机身圆台共形阵的地杂波俯仰角。

步骤5，利用步骤3得到的考虑阵元增益的机身圆台共形阵地杂波空域导向矢量v_s，和步骤4得到的机身圆台共形阵的地杂波时域导向矢量计算机身圆台共形阵的地杂波空时导向矢量其中，表示机身圆台共形阵的地杂波方位角，θ表示机身圆台共形阵的地杂波俯仰角。

步骤6，根据步骤5得到的机身圆台共形阵的地杂波空时导向矢量得到机身圆台共形阵的地杂波理论协方差矩阵R(l)；其中，θ表示机身圆台共形阵的地杂波俯仰角，表示机身圆台共形阵的地杂波方位角。

步骤7，根据机身圆台共形阵的地杂波空时导向矢量计算机身圆台共形阵的地杂波采样协方差矩阵