基于频率分集MIMO雷达的主瓣欺骗式干扰抑制方法

摘要

本发明公开了一种基于频率分集MIMO雷达的主瓣欺骗式干扰抑制方法，主要解决现有技术只能在角度维抑制主瓣欺骗式干扰的问题。其实现步骤是：1.计算MIMO雷达接收阵列的回波数据，对其作匹配滤波得到待检测距离单元数据；2.计算噪声协方差矩阵，并根据该矩阵和发射、接收导向矢量构造白化旋转矩阵；3.对待检测距离单元的数据作白化旋转，得到白化旋转矢量；4.根据白化旋转矩阵构造信号子空间和干扰子空间；5.进行二元假设，并根据该二元假设和信号子空间、干扰子空间及白化旋转矢量计算广义似然比函数值和检测门限；6.比较广义似然比函数值和检测门限，得到检测结果。本发明能有效抑制主瓣欺骗式干扰，可用于目标检测和跟踪。

主权项

基于频率分集MIMO雷达的主瓣欺骗式干扰抑制方法，包括：(1)产生MIMO雷达发射阵列的发射信号X(t)，得到MIMO雷达接收阵列的回波数据Y(t)，该回波数据包括目标信号x_r(t)、干扰信号x_j(t)和噪声信号n(t)；(2)对步骤(1)中MIMO雷达接收阵列的回波数据Y(t)进行匹配滤波，得到L×NM维的滤波数据r：r＝[r₁,…,r_l,…,r_L],l＝1,…,L，其中，L为待检测的距离单元个数，r_l为第l个距离单元的滤波数据；(3)在MIMO雷达发射阵列不发射信号的情况下，根据MIMO雷达接收阵列的接收信号r_n(t)，计算噪声协方差矩阵M：$M=\frac{1}{L}\underset{t=1}{\overset{L}{\Sigma }}{r}_n\left(t\right){r_n}^H\left(t\right);$(4)对第l个距离单元的滤波数据r_l进行白化和旋转，得到白化旋转矢量z：z＝UM^(‑1/2)r_l，其中，M^(‑1/2)为白化矩阵，U为旋转矩阵；(5)使用白化矩阵M^(‑1/2)和旋转矩阵U，对目标信号导向矢量a_t(θ,r)和干扰信号导向矢量a_j(θ,r)进行白化旋转，构造信号子空间c和干扰子空间Γ，其中，θ、r分别代表目前正在检测的距离单元相对于MIMO雷达接收阵列的角度和距离；(6)根据目标信号导向矢量a_t(θ,r)和干扰信号导向矢量a_j(θ,r)构造二元假设：$\{\begin{array}{c}{H}_0:r_l={\beta }_j{a}_j(\theta ,r)+n\left(t\right)\\ H_1:r_l={\mathrm{\beta a}}_t(\theta ,r)+n\left(t\right)\end{array},$其中，H₀代表滤波数据r_l中有干扰和噪声信息，没有目标信息，H₁代表滤波数据中r_l有目标和噪声信息，没有干扰信息，β，β_j分别为目标和干扰的能量值；(7)根据步骤(5)中的信号子空间c、干扰子空间Γ和步骤(6)中的二元假设，构造广义似然比函数Q：$Q=\frac{1}{1+{\gamma }_{\min }^2}{\left(\right|\left|z_1\right||-{\gamma }_{min}|z_{NM}\left|\right)}^{2}u(-z^{H}Rz)+|z_{NM}{|}^2-z^{H}z,$其中，|·|代表取模值，||·||代表取矢量的二范数，(·)^H指矢量的共轭转置，M为MIMO雷达发射阵列的阵元个数，N为MIMO雷达接收阵列的阵元个数，z_NM＝ze_N，e_N＝[0 … 0 1]^T为N维列矢量，(·)^T指矢量转置，I_N‑1为N‑1维单位矩阵，u(·)为单位阶跃函数，R为N×N维的对角阵，对角元素为1,1,…,1,1‑γ_min，γ_min为最小不确定性因子，是方程的解，p_w＝β_jUM^‑(1/2)a_j(θ,r)；(8)设定检测门限G：8a)在MIMO雷达发射阵列不发射信号的情况下，根据MIMO雷达接收阵列的接收噪声信号r_k(t)，计算噪声白化旋转矢量z_k＝UM^(‑1/2)(r_k^T(t)X^H(t))e_l；8b)计算噪声广义似然比函数值：8c)重复步骤8a)和8b)共100/P_fa次，将得到的100/P_fa个Q_k按从大到小排序，设定检测门限G为第100个Q_k的值，其中，e_l＝[0 … 1 … 0]^T为N维列矢量，第l个元素为1，其余全为0，z_NMk＝z_ke_N，P_fa为给定的恒虚警检测概率；(9)将步骤(4)中的白化旋转矢量z、步骤(7)中的N×N维的对角阵R和最小不确定性因子γ_min带入到步骤(7)中的广义似然比函数Q中，求出函数值Q，将函数值Q与检测门限G进行比较，得到检测结果：若Q>G，则判定假设H₁成立，目前正在检测的距离单元只有目标和噪声信息，没有干扰信息，即干扰被抑制，检测出目标；若Q<G，则判定假设H₀成立，目前正在检测的距离单元只有干扰和噪声信息，没有目标信息。