[发明专利]一种空时自适应处理中的自适应权值迭代计算方法

摘要

本发明针对常规STAP算法自适应权值计算需对空时协方差矩阵直接求逆，耗费系统很大运算量和设备量，使得STAP技术难以满足实时性要求的问题，提出一种空时自适应处理中的自适应权值迭代计算方法。该方法首先根据Hermitian矩阵性质，递推得到第一个脉冲协方差矩阵的逆矩阵，然后按照脉冲阶数逐级嵌套递推得到最终的空时协方差矩阵的逆，这样极大地降低了计算STAP自适应权值的运算量。本发明能够获得和协方差矩阵直接求逆STAP算法同样的杂波抑制性能，但是由于避免了协方差矩阵直接求逆的运算，求解自适应权值的计算量只有协方差矩阵直接求逆的50%左右，因此更利于工程实现。

主权项

1.一种空时自适应处理中的自适应权值迭代计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立空时接收数据模型；假设雷达天线阵元数目为N，发射脉冲数目为M，阵元间距为d，载机飞行速度为v，高度为h，脉冲重复频率PRF为f_r，T_r＝1/f_r为脉冲重复时间；若将斜距为R_c处的杂波距离环在方位角度θ上分成N_c个间隔为Δθ＝2π/N_c的杂波散射单元，θ和是杂波散射单元的方位角和俯仰角，和f_t＝βf_s分别为归一化空间频率和多普勒频率，β＝2vT_r/d表示杂波谱的斜率；那么第i个杂波散射单元的N×1维空间导向矢量c(f_s,i)和M×1维时间导向矢量c(f_t,i)即表示为c(fs,i)=[1,exp(j2πfs,i),...,exp(j2π(N-1)fs,i)]Tc(ft,i)=[1,exp(j2πft,i),...,exp(j2π(M-1)ft,i)]T---(5)]]>斜距R_c处的杂波回波为N_c个在空间上相互独立的杂波散射源响应之和xc=Σi=1Ncaic(fs,i,ft,i)---(6)]]>其中为第i个杂波散射单元的空时导向矢量，其中α_i(θ)为杂波散射单元的回波信号复幅度，其中α_i(θ)不仅取决于发射天线方向图，还跟杂波散射特性有关，建模为广义平稳随机过程E{aiaj*}=0,∀i,j:i≠j---(7)]]>而且第i个杂波散射单元的平均强度假设为和发射天线的增益成正比E{|α_i|²}＝G_i,for i＝1,...,N_c         (8)其中G_i为正的实常数，正比与发射天线增益，那么第l个距离门内的空时接收数据表示为如下的向量形式x_k＝x_c，k+x_n，k＝[x_1，k，x_2，k，...，x_M，k]^T        (9)其中x_n，k表示零均值的高斯白噪声，而x_m,k＝[x_1，m，k,x_2，m，k，...,x_N，m，k]^T表示第m个脉冲接收的N×1维的阵列数据；步骤二：估计STAP协方差矩阵；利用训练样本数据对NM×NM维协方差矩阵进行估计R^=1LΣl=1LxlxlH---(6)]]>其中L是满足I.I.D条件的训练样本数目；协方差矩阵估计为非负定Hermitian矩阵，假设存在足够数量的I.I.D训练样本，则满秩为正定的Hermitian矩阵；步骤三：建立基于脉冲阶数的协方差矩阵迭代求逆模型；待检测距离单元的协方差矩阵表示为而按照脉冲阶数分解如下Rl(M)=E(x1,l...xm,l...xM,lx1,l...xm,l...xM,lH)=Rl(M-1)Fl(M-1)FlH(M-1)Gl(M)---(7)]]>其中矩阵Rl(M-1)=E(x1,l...xm,l...xM-1,lx1,lH...xm,lH...xM-1,lH)---(8)]]>表示前M-1个接收脉冲数据形成的N(M-1)×N(M-1)维的协方差矩阵，Fl(M-1)=E(x1,lxM,lHx2,lxM,lH...xm,lxM,lH...xM-1,lxM,lH)---(9)]]>表示第M个脉冲接收数据和前M-1个脉冲接收数据的N(M-1)×N维的互相关矩阵及Gl(M)=E(xM,lxM,lH)---(10)]]>表示第M个脉冲接收数据的N×N维协方差矩阵；待检测距离门的M个脉冲接收数据形成的空时协方差矩阵R由前M-1个脉冲接收数据形成的空时协方差矩阵表示，即只要得到第1个脉冲的阵列接收数据，即按照脉冲阶数进行递归计算空时协方差矩阵的逆，进而得到空时自适应权值；利用Hermitian矩阵分块和脉冲递推的特性，计算得到前m个脉冲接收数据的协方差矩阵R_l(m)的逆与前m-1个脉冲接收数据的协方差矩阵R_l(m-1)的逆之间的迭代关系R-1(m)=R(m-1)F(m-1)FH(m-1)G(m)-1]]>(11)=R-1(m-1)+B(m)P-1(m)BH(m)B(m)P-1(m)P-1(m)BH(m)P-1(m)]]>其中矩阵B(m)＝-R^-1(m)F(m-1)，矩阵P(m)＝G(m)-F^H(m-1)R^-1(m)F(m-1)；步骤四、计算STAP自适应权矢量；STAP处理自适应权矢量通过下述线性约束优化问题得到w＝R^-1a(f_s0,f_t0)            (12)其中a(f_s0,f_t0)表示目标空时导向矢量，而第l个距离单元的滤波输出为y_l＝w^Hx_l         (13)其中H表示共轭转置运算，x_l表示待检测距离单元数据；自此，就完成了一种用于空时自适应处理自适应权值迭代的计算方法。