[发明专利]一种机载非正侧阵雷达用自适应子空间的杂波抑制方法

摘要

本发明属于雷达技术领域，公开了一种机载非正侧阵雷达用自适应子空间的杂波抑制方法，其首先通过拟合回波数据估计的杂波功率谱与理论杂波曲线来估计杂波二维分布曲线的未知构型参数，在拟合的过程中采用LTS方法提高参数估计的稳健性，然后利用估计出的构型参数计算杂波子空间，再将数据向杂波子空间对应的正交补空间进行投影来抑制杂波。其仿真实验结果表明本发明的参数估计方法具有稳健性和准确性，利用估计参数计算的权值向量可以取得较好的杂波抑制效果。

主权项

一种机载非正侧阵雷达用自适应子空间的杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立机载非正侧阵雷达信号模型，其中，雷达工作波长为λ，相干处理间隔内发射M个脉冲，脉冲重复频率为f_r，天线阵列是N个阵元组成的等距线阵，阵元间距为d，载机高度为H，载机速度为v，载机速度方向与天线阵列轴向的夹角为ψ，地面杂波散射体的俯仰角与方位角分别为θ和，载机与地面杂波散射体的斜距为R；其回波信号可以表示为$X=x_c+n=\underset{l=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_l{u}_l+n$    l=1,2…N_c式中n为噪声分量，x_c为杂波分量，N_c为斜距为R的地面杂波环中独立的杂波块数目，α_l为杂波环第l个杂波块的幅度，且不同杂波块之间相互独立，u_l为杂波环第l个杂波块的空时导向矢量；其杂波环的杂波二维分布曲线为${\left(\frac{\mathrm{\λ}}{d}\right)}^2{w}_s^2+{\left(\frac{f_r\mathrm{\λ}}{2v}\right)}^2{w}_d^2-\left(\frac{{\mathrm{\λ}}^2{f}_r\cos \mathrm{\ψ}}{\mathrm{vd}}\right)w_s{w}_d={\cos }^2\mathrm{\θ}{\sin }^2\mathrm{\ψ}$上式的简化函数表达式C=Γ(η(λ,d,f_r,v,ψ,θ))式中C为杂波曲线，Γ为通过参数矢量计算杂波二维分布曲线的算子，η为杂波二维分布曲线的参数矢量，其中杂波二维分布曲线的参数矢量η中，λ、d、f_r为雷达系统已知参数，v、ψ、θ为未知量；步骤2，对回波信号进行角度多普勒平面离散化，再做加权空域和时域的二维傅立叶变换得到傅立叶谱P_b，然后对傅立叶谱P_b取绝对值的平方，得到对应的杂波功率谱；设置第一门限，滤除杂波二维分布曲线外的网格单元，利用得到的杂波二维分布曲线上的网格单元构造搜索子矩阵根据回波信号在角度多普勒平面对应网格单元上的复幅度γ具有稀疏特性，通过稀疏算法$\begin{array}{c}\min {\left|\right|\mathrm{\γ}\left|\right|}_1,\\ s.t.{\left|\right|X-\widetilde{\mathrm{\Φ\γ}}\left|\right|}_2^2\≤\mathrm{\ϵ}\end{array}$求解杂波二维分布曲线上网格单元的复幅度γ，式中||||_p表示L_p范数，ε表示稀疏算法求解的误差限，为设定值；根据杂波二维分布曲线上网格单元的复幅度γ，设置第二门限，滤除杂波二维分布曲线上较小幅值|γ_i|的次要网格单元，得到反映杂波的功率谱分布在对应空时二维平面分布的典型网格单元；步骤3，对杂波环的杂波二维分布曲线${\left(\frac{\mathrm{\λ}}{d}\right)}^2{w}_s^2+{\left(\frac{f_r\mathrm{\λ}}{2v}\right)}^2{w}_d^2-\left(\frac{{\mathrm{\λ}}^2{f}_r\cos \mathrm{\ψ}}{\mathrm{vd}}\right)w_s{w}_d={\cos }^2\mathrm{\θ}{\sin }^2\mathrm{\ψ}$进行变换整理，写成矢量形式为y=a^Tβ，式中β=[1/v² cosψ/v sin²ψcos²θ]^T，a=[(f_rλw_d/2)² ‑λ²f_rw_sw_d/d ‑1]^T，其中β与η中未知参数v、ψ、θ有关，a,y与η中已知参数λ、d、fr及杂波的空时二维频率有关；T表示转置操作。然后将步骤2得到的超过第二门限的P2个典型网格单元的空时二维频率及已知构型参数代入y=a^Tβ的a,y中，可以得到以下方程组$\hat{y}=\hat{A}\mathrm{\β}+\mathrm{\ξ}$式中P2个网格单元对应y的实测值$\hat{y}={\left[\begin{array}{ccc}{\hat{y}}_1& ...& {\hat{y}}_P\end{array}\right]}^T$为P2×1维的响应矢量，P2个典型网格单元对应的a的实测值$\hat{A}={\left[\begin{array}{ccc}{\hat{a}}_1& ...& {\hat{a}}_{N_p}\end{array}\right]}^T$为P2×3维的量测矩阵，ξ为P2×1维的误差矢量，为设定值；步骤4，采用最小截取二乘方法求解步骤3得到的方程组得到β的估计值进而求解得到杂波二维分布曲线的构型参数v、ψ、θ对应的估计值步骤5，利用估计出来的杂波二维分布曲线的构型参数与已知参数λ、d、f_r，计算出杂波二维分布曲线的对应的杂波空时导向矢量矩阵子空间正交投影算子和滤波权值向量W；步骤6，根据滤波权值向量W构造相应的空时滤波器，抑制回波信号X中的杂波，得到当前杂波块杂波抑制后的最终多普勒谱：Z=W^HX。具体地，利用第k个多普勒通道滤波权值向量W_k构造相应的空时滤波器，抑制回波信号X中的杂波，得到当前杂波块、第k个多普勒通道的输出为：k=1,2…K，K为多普勒通道数，H表示共轭转置操作；得到当前杂波块杂波抑制后的最终多普勒谱：Z=[Z₁,Z₂,…,Z_K]^T，T表示转置操作。