[发明专利]一种采用稀疏表示的机载雷达空时自适应处理方法

摘要

本发明属于空时自适应处理技术领域，特别涉及一种采用稀疏表示的机载雷达空时自适应处理方法，其具体步骤为1)利用杂波谱的稀疏性，采用基于稀疏表示的高分辨谱估计方法来估计杂波谱功率谱；2)采用基于RANSAC方法的杂波脊曲线拟合方法剔除基于稀疏表示估计所得的杂波谱中的伪峰；3)利用剔除伪峰后的杂波功率谱稳健地估计杂波协方差矩阵(CCM)和载机飞行参数。相比于传统的STAP算法，本发明在小样本条件下具有更好的杂波抑制性能，且收敛速度也得到显著提升。

主权项

一种采用稀疏表示的机载雷达空时自适应处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，所述机载雷达的天线阵列为具有N个阵元的等距线阵，阵元间距为d；机载雷达接收回波数据，将回波数据中不含有目标回波数据的距离单元记为杂波距离单元，杂波距离单元接收的回波数据矢量表示为x；机载雷达的相干脉冲数为K；将杂波距离单元对应的空域频率‑多普勒频率平面均匀划分为Ns×Kd个网格，Ns表示空域频率维的网格数，Kd表示多普勒频率维的网格数；Ns＝γsN，Kd＝γdK，γs表示空域频率维的量化尺度因子，γd表示多普勒频率维的量化尺度因子；分别将量化后的归一化空域频率和量化后的归一化时域多普勒频率定义为：f‾s,m=mNs-0.5,m=1,2...,Ns;f‾d,n=nKd-0.5,n=1,2...,Kd;]]>根据划分的网格、量化后的归一化空域频率和量化后的归一化时域多普勒频率构造空域频率‑多普勒频率的超完备基A，A为NK×NsKd维的矩阵；将杂波距离单元接收的回波数据矢量x表示为：x=Σl=1NsKdαlAl+n′=Aα+n′]]>其中，上标T表示矩阵或向量的转置，αl为矢量α的第l列，l取1至NsKd；Al表示矩阵A的第l列，n′为机载雷达接收信号时产生的高斯白噪声；然后，构造如下优化模型：minα|α|0s.t||x-Aα||2≤σn]]>其中，|·|0表示向量的l0范数，σn为设定的正则化参数，||·||2表示取l2范数；通过求解上述优化模型得出矢量α，根据矢量α，得出杂波距离单元接收的回波数据矢量x；根据杂波距离单元接收的回波数据矢量x，得出每个杂波源对应的空域频率和杂波距离单元中每个杂波源对应的归一化多普勒频率，进而得出杂波空时谱，所述杂波空时谱为：杂波距离单元中每个杂波源对应的二维频率的能量谱图，杂波距离单元中每个杂波源对应的二维频率包括对应杂波源对应的空域频率和归一化多普勒频率；在步骤1中，载机匀速飞行，载机飞行速度表示为vα，载机俯仰角表示为θ，载机偏航角表示为φα，机载雷达工作波长为λ，机载雷达发射信号的脉冲重复频率为.fr，机载雷达的相干脉冲数为K；在步骤1中，杂波距离单元接收的回波数据矢量x为：x=Σi=1Ncαis(fs,i,fd,i)+n′---(1)]]>其中，αi为杂波距离单元中第i个杂波源的回波复振幅，i取1至Nc，Nc为杂波距离单元中杂波源的个数；fs，i表示杂波距离单元中第i个杂波源对应的空域频率，fd，i表示杂波距离单元中第i个杂波源对应的归一化多普勒频率，s(fs，i，fd，i)为杂波距离单元中第i个杂波源对应的空时导向矢量，s(fs，i，fd，i)为：s(fs,i,fd,i)=st(fd,i)⊗ss(fs,i);i=1,...,Nc---(2)]]>其中，表示Kronecker积，st(fd，i)，ss(fs，i)分别表示为：st(fd,i)=[1,ej2πfd,i,...,ej2πfd,i(K-1)]T;i=1,...,Nc]]>ss(fs,i)=[1,ej2πfs,i,...,ej2πfs,i(N-1)]T;i=1,...,Nc]]>杂波距离单元中第i个杂波源对应的空域频率fs，i和杂波距离单元中第i个杂波源对应的归一化多普勒频率fd，i分别为：fs,i=dcos(θ)sin(φi)λ;i=1,...,Nc---(3)]]>fd,i=2vαcos(θ)sin(φi+φα)λfr;i=1,...,Nc---(4)]]>其中，φi表示杂波距离单元中第i个杂波源的方位角，θ表示载机的俯仰角，联合式(3)和式(4)有：β2fs,i2-(2βcos(φα))fs,ifd,i+fd,i2-β2η2sin2(φα)=0---(5)]]>其中，η=dcos(θ)λ=0.5cos(θ),β=2vαdfr;i=1,...,Nc---(6)]]>式(5)表示杂波脊曲线公式，所述杂波脊曲线为fs，i和fd，i的关系曲线；步骤2，搜索步骤1得出的杂波空时谱中所有峰值的位置，将杂波空时谱中所有峰值的位置组合成峰值位置集合Ξ；针对所述峰值位置集合Ξ，采用基于随机抽样一致性(RANSAC)算法的杂波脊曲线拟合方法剔除杂波空时谱中的伪峰，得出剔除杂波谱伪峰后的峰值位置集合Ξmax；步骤3，利用步骤2得出的剔除杂波谱伪峰后的峰值位置集合Ξmax，估计出杂波协方差矩阵根据杂波协方差矩阵对机载雷达接收的回波数据进行空时自适应处理。