基于空时自适应处理雷达的和差波束形成方法

摘要

本发明公开一种基于空时自适应处理雷达的和差波束形成方法，主要解决现有技术主瓣响应失真的问题。其实现步骤是：1.在信号处理机中输入空时自适应处理雷达的采样数据；2.根据采样数据估计得到采样协方差矩阵；3.设计五个约束点的角度和多普勒；4.根据采样协方差矩阵和五个约束点，设计和波束权矢量；5.根据采样协方差矩阵和五个约束点，设计空域差波束权矢量；6.根据采样协方差矩阵和五个约束点，设计时域差波束权矢量；7.根据采样数据和波束权矢量，得到和波束、空域差波束和时域差波束的输出信号。本发明通过幅度相位联合约束、导数约束和多个零点约束，实现了空时自适应处理雷达的和差波束主瓣保形，可用于目标跟踪。

主权项

基于空时自适应处理STAP雷达的和差波束形成方法，包括：1)在信号处理机中输入空时自适应处理STAP雷达检测目标的采样数据X，该数据X包含目标、杂波和噪声；2)根据采样数据X估计得到采样协方差矩阵3)设计五个约束点的角度和多普勒，即五个约束点分别为(θ_i,f_di),i＝0,1,…,4，其中θ₀和f_d0分别为假设目标的角度和多普勒，其余四个约束点的角度分别为θ₁＝θ₀，θ₂＝θ₀，θ₃＝θ₀+3°，θ₄＝θ₀‑3°，其余多普勒分别为f_d1＝f_d0‑30Hz，f_d2＝f_d0+30Hz，f_d3＝f_d0，f_d4＝f_d0；4)设计和波束权矢量：4a)根据步骤3)中五个约束点的角度及多普勒(θ_i,f_di)，计算五个约束点的导向矢量s(θ_i,f_di)；4b)根据步骤4a)中五个约束点的导向矢量s(θ_i,f_di)，构建和波束约束矩阵：C_Σ＝[s(θ₀,f_d0),s(θ₁,f_d1),s(θ₂,f_d2),s(θ₃,f_d3),s(θ₄,f_d4)]；4c)根据步骤4a)中第一约束点的导向矢量s(θ₀,f_d0)与步骤4b)中和波束约束矩阵C_Σ，构建和波束响应矢量：$f_{\Sigma }=C_{\Sigma }^{H}s({\theta }_0,f_{d0})$其中(·)^H表示共轭转置操作；4d)根据步骤2)、步骤4b)和步骤4c)的结果，计算和波束权矢量：$w_{\Sigma }={\hat{R}}^{-1}{C}_{\Sigma }{\left(C_{\Sigma }^H{\hat{R}}^{-1}{C}_{\Sigma }\right)}^{-1}{f}_{\Sigma }$其中(·)^‑1表示求逆操作；5)设计空域差波束权矢量：5a)根据步骤4a)中第一约束点的导向矢量s(θ₀,f_d0)，计算第一约束点导向矢量的角度偏导数s_θ(θ₀,f_d0)和多普勒偏导数5b)根据步骤4a)中五个约束点的导向矢量s(θ_i,f_di)与步骤5a)中第一约束点导向矢量的角度偏导数s_θ(θ₀,f_d0)和多普勒偏导数构建空域差波束约束矩阵：$C_{\Delta s}=[s_{\theta }({\theta }_0,f_{d0}),s({\theta }_0,f_{d0}),s({\theta }_1,f_{d1}),s({\theta }_2,f_{d2}),s_{f_d}({\theta }_0,f_{d0})];$5c)设定空域差波束响应矢量为：f_Δs＝[1,0,0,0,0]^T，其中(·)^T表示转置操作；5d)根据步骤2)、步骤5b)与步骤5c)的结果，计算空域差波束权矢量：$w_{\Delta s}={\hat{R}}^{-1}{C}_{\Delta s}{\left(C_{\Delta s}^H{\hat{R}}^{-1}{C}_{\Delta s}\right)}^{-1}{f}_{\Delta s};$6)设计时域差波束权矢量：6a)根据步骤4a)中五个约束点的导向矢量s(θ_i,f_di)与步骤5a)中第一约束点导向矢量的空域偏导数s_θ(θ₀,f_d0)和时域偏导数s_fd(θ₀,f_d0)，构建时域差波束约束矩阵：$C_{\Delta t}=[s_{f_d}({\theta }_0,f_{d0}),s({\theta }_0,f_{d0}),s({\theta }_3,f_{d3}),s({\theta }_4,f_{d4}),s_{\theta }({\theta }_0,f_{d0})];$6b)设定时域差波束响应矢量为：f_Δt＝[1,0,0,0,0]^T；6c)根据步骤2)、步骤6a)和步骤6b)的结果，计算时域差波束权矢量：$w_{\Delta t}={\hat{R}}^{-1}{C}_{\Delta t}{\left(C_{\Delta t}^H{\hat{R}}^{-1}{C}_{\Delta t}\right)}^{-1}{f}_{\Delta t};$7)根据步骤4d)、步骤5d)和步骤6c)的结果，得到和波束的输出信号Y_Σ、空域差波束的输出信号Y_Δs和时域差波束的输出信号Y_Δt：Y_Σ＝w_Σ^HX，Y_Δs＝w_Δs^HX，Y_Δt＝w_Δt^HX。