一种非正侧视双基地mimo雷达的杂波抑制方法
【专利摘要】本发明公开了一种非正侧视双基地MIMO雷达的杂波抑制方法，属于雷达【技术领域】，其实现步骤为：(1)双基地MIMO雷达在非正侧视情况下接收回波数据；(2)构建杂波脊分布；(3)得到正侧视和非正侧视情况下的杂波脊分布；(4)求解三维线性插值矩阵；(5)对插值后的回波数据加噪声计算协方差，进而求得权矢量；(6)用最优权对插值后的数据加权，抑制背景杂波。本发明主要解决在非正侧视情况下，杂波谱不再具有共面性，三维线性最小方差方法不再适用的问题。本发明可以有效地消除杂波距离依赖特性，从而改善杂波抑制性能。
【专利说明】-种非正侧视双基地ΜΙΜΟ雷达的杂波抑制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达【技术领域】，涉及一种非正侧视双基地ΜΙΜΟ雷达的杂波抑制方法。
【背景技术】
[0002] 雷达是"无线电探测与测距"的简称，即通过发射电磁波对感兴趣的区域进行照 射，根据接收到的回波来发现目标，并测定目标的方位、高度等信息。其中双基地雷达由于 采用了接收机和发射机系统分置的结构，具有隐蔽侦查、抗干扰、抗衰落的优点，同时还有 利于探测隐身目标。但也因为这种几何结构特点，其杂波功率谱的分布随距离的变化而变 化，呈现出距离非平稳特性，即不同距离门的杂波采样数据不满足独立同分布条件，即杂波 谱具有距离依赖性。因此，有效的滤除或抑制杂波是双基地雷达检测目标面临的关键问题。
[0003] Jun Li 等在论文"Bistatic ΜΙΜΟ Radar Space-time Adaptive Processing，'（2011 IEEE Radar Conference, ffestin Crown Center in Kansas City, Miss〇uri，May 2011)中提出在双基地ΜΜ0雷达中可以利用多输入多输出技术获取发射锥 角信息，从而使ΜΜ0雷达的杂波谱能够在发射空间频率-接收空间频率-多普勒频率的三 维空间内分析，为双基地ΜΜ0雷达的杂波抑制开辟了一条新的途径。由于双基地ΜΜ0雷 达的杂波谱虽然仍旧具有距离依赖，但其一定处于三维空间内的一个平面上，利用这个特 性有许多方法实现了对于杂波的抑制。
[0004] 西安电子科技大学申请的专利"基于双基地多输入多输出雷达的杂波抑制方 法"（申请号201110317530. 5)中公开了一种基于双基地多输入多输出雷达的杂波抑制方 法。该方法对得到的回波数据进行坐标旋转并向新坐标轴投影，以消除杂波距离依赖，然后 利用空时自适应处理消除杂波，检测目标。该方法存在的不足是，其实现方法复杂，需要计 算全维杂波协方差矩阵的逆，计算复杂度比较高。
[0005] JIANXIN WU 等在论文 "Range-Dependent Clutter Suppression for Airborne Sidelooking Radar using ΜΙΜ0 Technique" （Aerospace and Electronic Systems, V〇lume:48, IssUe:4)中介绍了一种运用基于最小均方误差准则的全维处理来实现杂波抑 制的方法。该方法的不足是，运用全维处理的计算量较大，且需要的独立同分布杂波样本数 目较多，实际应用中无法实现实时处理。
【发明内容】
[0006] 针对上述已有技术的不足，即非正侧视双基地ΜΜ0雷达的杂波不再具有共面特 性，杂波抑制更加复杂，本发明提出一种非正侧视双基地ΜΜ0雷达的杂波抑制方法，用于 对地面距离依赖杂波的抑制，实现对地面目标检测的实时处理。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
[0008] -种非正侧视双基地ΜΜ0雷达的杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009] 步骤1，双基地ΜΜ0雷达在非正侧视情况下接收第m个距离单元回波数据yNSUm ; 将所述第m个距离单元划分为N。个杂波点，m为自然数；
[0010] 步骤2,构建第m个距离单元中第i个杂波点的归一化发射空间频率ftii、第m个 距离单元中第i个杂波点的归一化接收空间频率和第m个距离单元中第i个杂波点的 归一化多普勒频率;i大于等于1并且小于等于N。；
[0011] 根据第i个杂波点的归一化发射空间频率ft;i、和第i个杂波点的归一化接收空间 频率?·Μ和第i个杂波点的归一化多普勒频率f(U得到第i个杂波点的三维空时导向矢量 f<u);进而得到N。个杂波点的三维空时导向矢量；
[0012] 由N。个杂波点三维空时导向矢量构建第m个距离单元的杂波脊分布ναπ ;
[0013] 步骤3,通过双基地ΜΙΜΟ雷达第m个距离单元的杂波脊分布Vam得到双基地ΜΙΜΟ 雷达在正侧视情况下的第m个距离单元的杂波脊分布VSUni和双基地ΜΙΜΟ雷达非正侧视情 况下第m个距离单元的杂波脊分布V NSUm ;
[0014] 步骤4,利用双基地ΜΙΜΟ雷达在正侧视情况下第m个距离单元的杂波脊分布VSUni 和双基地ΜΙΜΟ雷达非正侧视情况下第m个距离单元的杂波脊分布VNSUm求解第m个距离单 元的三维空时插值矩阵T 3D_STINT，m，利用第m个距离单元的三维空时插值矩阵T3D_ STINT，m将双 基地ΜΙΜ0雷达在非正侧视情况下第m个距离单元接收到的回波数据y NSUm变换成为双基地 ΜΙΜ0雷达在正侧视下第m个距离单元的回波数据ySUni ;
[0015] 步骤5,利用双基地ΜΙΜΟ雷达在正侧视情况下第m个距离单元的回波数据ySUm计 算得到三维空时插值后的回波加噪声的协方差矩阵Ri STINT ;利用三维空时插值后的回波加 噪声的协方差矩阵RiSTINT，求得权矢量w ;
[0016] 步骤6,利用权矢量w对双基地ΜΙΜ0雷达在正侧视下第m个距离单元的回波数据 ySUm进行加权计算，即wHySUm，得到抑制杂波的回波数据w HySUm，其中，（·）H表示共轭转置。
[0017] 上述技术方案的特点和进一步改进在于：
[0018] (1)步骤2包括以下子步骤：
[0019] 构建第m个距离单元中第i个杂波点的归一化发射空间频率ft;i :
[0020]
【权利要求】
1. 一种非正侧视双基地ΜΙΜΟ雷达的杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，双基地ΜΙΜΟ雷达在非正侧视情况下接收第m个距离单元回波数据yNSUm ;将所 述第m个距离单元划分为N。个杂波点，m为自然数； 步骤2,构建第m个距离单元中第i个杂波点的归一化发射空间频率ft;i、第m个距离 单元中第i个杂波点的归一化接收空间频率和第m个距离单元中第i个杂波点的归一 化多普勒频率;i大于等于1并且小于等于N。； 根据第i个杂波点的归一化发射空间频率ftii、和第i个杂波点的归一化接收空间频 率fu和第i个杂波点的归一化多普勒频率fd;i得到第i个杂波点的三维空时导向矢量 f<u);进而得到N。个杂波点的三维空时导向矢量； 由N。个杂波点三维空时导向矢量构建第m个距离单元的杂波脊分布VQm ; 步骤3,通过双基地ΜΙΜΟ雷达第m个距离单元的杂波脊分布Vam得到双基地ΜΙΜΟ雷达 在正侧视情况下的第m个距离单元的杂波脊分布VSUm和双基地ΜΙΜΟ雷达非正侧视情况下 第m个距离单元的杂波脊分布V NSUm ; 步骤4,利用双基地ΜΙΜΟ雷达在正侧视情况下第m个距离单元的杂波脊分布VSUm和双 基地ΜΙΜΟ雷达非正侧视情况下第m个距离单元的杂波脊分布VNSUm求解第m个距离单元的 三维空时插值矩阵T 3D_STINT，m，利用第m个距离单元的三维空时插值矩阵T3D_ STINT，m将双基地 ΜΙΜΟ雷达在非正侧视情况下第m个距离单元接收到的回波数据yNSUm变换成为双基地ΜΙΜΟ 雷达在正侧视下第m个距离单元的回波数据ySUm ; 步骤5,利用双基地ΜΙΜΟ雷达在正侧视情况下第m个距离单元的回波数据ySUm计算得 到三维空时插值后的回波加噪声的协方差矩阵R3D_STINT ;利用三维空时插值后的回波加噪声 的协方差矩阵RiSTINT，求得权矢量w ; 步骤6,利用权矢量w对双基地ΜΙΜΟ雷达在正侧视下第m个距离单元的回波数据ySUm 进行加权计算，即wHySUm，得到抑制杂波的回波数据wHySUm，其中，（·） H表示共轭转置。
2. 根据权利要求1所述的一种非正侧视双基地MM0雷达的杂波抑制方法，其特征在 于，步骤2包括以下子步骤： 构建第m个距离单元中第i个杂波点的归一化发射空间频率ft;i :
(1) 构建第m个距离单元中第i个杂波点的归一化接收空间频率:
C2； 构建第m个距离单元中第i个杂波点的归一化多普勒频率fd;i :
(3) 利用第i个杂波点的归一化发射空间频率ftii得到第i个杂波点的发射空间导向矢量 a(ft，i):
(4) 利用第i个杂波点的归一化接收空间频率fy得到第i个杂波点的接收空间导向矢量
(5) 利用第i个杂波点的归一化多普勒频率得到第i个杂波点的多普勒导向矢量
(6) 利用第i个杂波点的发射空间导向矢量、第i个杂波点的接收空间导向矢量和第i个 杂波点的多普勒导向矢量得到第i个杂波点的三维空时导向矢量s(ft;i，fy，fd;i) :
(7) 根据N。个杂波点三维空时导向矢量构建第m个距离单元的杂波脊分布VQm :
其中，符号"? "表示Kronecker积，（·，表示共轭转置，N。为杂波点个数，MMO雷达 第m个距离单元的杂波脊分布Vani是一个MNKXN。维的复数矩阵，Μ为ΜΙΜΟ雷达发射机的 发射阵元数，Ν为ΜΙΜΟ雷达接收机的接收阵元数，Κ为一次相干处理间隔内的脉冲数，L为 距离单元个数，d t为发射端的阵元间距，火为接收端的阵元间距，vt是发射机的速度，^是 接收机的速度，λ为载波波长，f为脉冲重复频率，T为脉冲重复间隔，Θ M是第i个杂波 点的发射方位角，θ Μ是第i个杂波点的接收方位角，是第i个杂波点的发射高低角， 是第i个杂波点接收高低角，是第i个杂波点与发射机的连线相对于发射机飞行 方向的角度，Vt;i是第i个杂波点与接收机的连线相对于接收机飞行方向的角度，仍是发 射机飞行方向与发射阵元轴向的夹角，仍是接收机飞行方向与接收阵元轴向的夹角，其中， 当灼=〇并且仍时为正侧视情况，当i灼和約中至少一项不等于0时为非正侧视情况。
3.根据权利要求1所述的一种非正侧视双基地MM0雷达的杂波抑制方法，其特征在 于，步骤3包括： 双基地ΜΙΜΟ雷达在正侧视情况下第m个距离单元的杂波脊分布VSUm和双基地ΜΙΜΟ雷 达非正侧视情况下第m个距离单元的杂波脊分布VNSUm表达式为：
其中，MM0雷达在非正侧视情况下的杂波脊分布VNSUm是一个MNKXN。维的复数 矩阵，MM0雷达在正侧视情况下的杂波脊分布VSUm是一个MNKXN。维的复数矩阵， &(fu，f<u)表示双基地MM0雷达在正侧视情况下第i个杂波点的三维空时导向矢 量，f M，f<u)表示双基地MM0雷达在非正侧视情况下第i个杂波点的三维空时导 向矢量，ftii为第i个杂波点的归一化发射空间频率，fu为第i个杂波点的归一化接收空 间频率，f<u为第i个杂波点的归一化多普勒频率，i = 1，2,...，N。，N。为杂波点个数，Μ为 ΜΙΜΟ雷达发射机的发射天线个数，Ν为ΜΙΜΟ雷达接收机的接收天线个数，Κ为一次相干处 理间隔内的脉冲数。
4. 根据权利要求1所述的一种非正侧视双基地MMO雷达的杂波抑制方法，其特征在 于，步骤4包括以下子步骤： 4a)利用双基地ΜΙΜΟ雷达在正侧视情况下第m个距离单元的杂波脊分布VSUm和双基 地ΜΙΜΟ雷达非正侧视情况下第m个距离单元的杂波脊分布VNSUm通过下式求解第m个距离 单元的三维空时插值矩阵T3D_STINT，m :
其中，\为沿着目标的空间频率[ft，T，f；T]取P个多普勒通道组成目标的空时导向矢 量矩阵，VT = [s(ft,T，fr,T，fd, T1)，…，s(ft,T，fr,T，f d,Tp)，...s(ft,T，fr, T，fd,TP)]且为 MNKXP 维的 复数矩阵，P = 1，2,. . .，P，P为多普勒通道的个数，VSUm为双基地ΜΙΜΟ雷达在正侧视情况 下第m个距离单元的杂波脊分布，V NSUm为双基地ΜΙΜΟ雷达非正侧视情况下第m个距离单元 的杂波脊分布，s (ftiT，f；T，fiTp)为第P个多普勒通道的目标空时导向矢量，f 4Tp为P个多普 勒通道回波数据中目标的归一化多普勒频率，ft，T为回波数据中目标的归一化发射空间频 率，f； T为回波数据中目标的归一化接收空间频率，Μ为ΜΙΜΟ雷达发射机的发射天线个数， Ν为ΜΜ0雷达接收机的接收天线个数，Κ为一次相干处理间隔内的脉冲数，（·）Η表示共轭 转置，111 |F表示f范数； 4b)利用第m个距离单元的三维空时插值矩阵T3D_STINT，m将接收到的双基地MM0雷达在 非正侧视情况下第m个距离单元的回波数据yNSUm变换为该双基地ΜΙΜΟ雷达在正侧视情况 下第m个距离单元的回波数据y SUm :
其中，TiSTINT，m为三维空时插值矩阵，T3D_STINT， m为MNKXMNK维的复数矩阵，L,为距离单 元个数。
5. 根据权利要求1所述的一种非正侧视双基地MM0雷达的杂波抑制方法，其特征在 于，步骤5包括： 三维空时插值后的回波加噪声的协方差矩阵RiSTINT表达式：
权矢量w表达式：
其中，（《，表示共轭转置，μ为一常数，8(&1，仁^，4〇为目标的空时三维导向矢量， 为回波数据中目标的归一化多普勒频率，ftiT为回波数据中目标的归一化发射空间频 率，为回波数据中目标的归一化接收空间频率，L为距离单元个数，Q为噪声；目标的空 时三维导向矢量的表达式为
'其中a(ft，T)为目标 的发射空间导向矢量，b(f；T)为目标的接收空间导向矢量，c(f4T)为目标的多普勒导向矢 量，符号表示Kronecker积。
【文档编号】G01S7/36GK104155633SQ201410394977
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】李军, 马玉芳, 郭一帆, 刘长赞, 廖桂生 申请人:西安电子科技大学