[发明专利]基于斜投影滤波的雷达自适应波束形成方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种基于斜投影滤波的雷达自适应波束形成方法，可用于在主瓣干扰和旁瓣干扰同时存在的情况下抑制主瓣干扰和旁瓣干扰。

背景技术

在复杂信号环境中不仅存在期望信号，而且还存在大量的干扰信号，当干扰信号强于期望信号时，阵列的输出中期望信号会被干扰信号掩盖。要降低干扰信号的影响，最好的方法是使阵列天线方向图的零点位置始终指向干扰信号方向，同时保证主瓣对准期望信号方向。由于干扰信号方向和期望信号方向都是未知的，要求阵列天线方向图自适应地满足上述要求。具有这种自适应能力的波束形成技术称之为自适应波束形成。

自适应波束形成的基本思想是根据不同的最优化准则，通过自适应算法，对阵列中各阵元的输出进行加权求和，从而使得阵列的主波束指向期望信号方向，同时，在干扰信号方向形成零点，即通过空域滤波来抑制干扰信号。现有的最优化准则有最小均方误差准则、最大信噪比准则和线性约束最小方差准则等。

传统的自适应波束形成主要用于对旁瓣干扰进行抑制。然而干扰也可能从主瓣进入，比如自卫式干扰。当空间中存在主瓣干扰时，自适应波束形成得到的天线方向图会存在两个缺陷：一是旁瓣电平升高，二是主波束严重变形。为了克服上述缺陷，已有学者分别提出以下几种解决方法：

李荣峰等人在现代雷达期刊的2002年第24卷第3期的第50页到53页，提出了一种基于特征空间正交投影预处理的自适应波束形成方法(EMP算法)，该方法首先利用接收到的干扰数据得到干扰的协方差矩阵，通过特征分解，得到主瓣干扰的信号子空间，并通过正交投影预处理对主瓣干扰进行抑制，然后对正交投影预处理后得到的输出信号进行常规的自适应波束形成，得到最终的自适应天线方向图；该方法能够解决当空间中存在主瓣干扰时旁瓣电平升高和主波束变形的问题，但是缺点是当主瓣干扰方向和期望信号方向较接近时，主波束的指向仍然会发生偏移，而且当空间中存在多个主瓣干扰时，该方法的空域滤波的性能将会严重下降；

苏宝伟等人在系统工程与电子技术期刊的2005年第27卷第11期的第1830页到第1832页，提出了一种依据阻塞矩阵预处理的自适应波束形成方法，该方法通过估计主瓣干扰的方向，设计阻塞矩阵来抑制主瓣干扰，然后再进行常规的自适应波束形成得到自适应天线方向图；该方法能够解决旁瓣电平升高和主波束变形的问题，但是缺点是需要精确估计主瓣干扰的方向；

Yang等人在IEEE Antennas Wireless Propagation Letters期刊的2013年第12卷的第433页到第436页中提出了一种基于大型辅助阵列的自适应波束形成方法；该方法通过设置一个大孔径的辅助阵列，以旁瓣对消的方式形成自适应天线方向图；该方法的缺点是要求的辅助阵列孔径过大，在实际中应用成本过高。

发明内容

为克服上述已有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于斜投影滤波的雷达自适应波束形成方法，该方法能够解决旁瓣电平升高和主波束变形的问题，而且不需要估计主瓣干扰的方向；当存在多个主瓣干扰时，该方法仍能保持很好的天线方向图保形性能和滤波输出性能，并且能够在低快拍数的情况下保持稳健的滤波输出性能。

实现本发明目的的技术思路是：首先，设定阵列由N个阵元组成，将该N个阵元接收的信号的协方差矩阵进行特征值分解，得到干扰的信号子空间；然后，构建干扰判断准则，在干扰的信号子空间中确定主瓣干扰的信号子空间；接着，根据斜投影理论对N个阵元接收的信号进行主瓣干扰抑制，得到斜投影滤波处理后的信号，并对斜投影滤波处理后的信号的协方差矩阵进行修正，得到修正后的协方差矩阵；最后，对N个阵元接收的信号进行常规的自适应波束形成，得到自适应波束形成后的信号。

一种基于斜投影滤波的雷达自适应波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设定阵列由N个阵元组成，N个阵元接收的信号为x(t)，该信号中包含干扰和噪声，所述干扰包含主瓣干扰和旁瓣干扰；构建N个阵元接收的信号x(t)的协方差矩阵R_xx；对N个阵元接收的信号x(t)的协方差矩阵R_xx进行特征值分解，得到干扰的信号子空间U_J和噪声的信号子空间U_n，其中，t表示时间变量；

步骤2，构建干扰判断准则，并依据该干扰判断准则在干扰的信号子空间U_J中确定主瓣干扰的信号子空间E_m和旁瓣干扰的信号子空间E_p；