一种无源探测高效级联空时自适应处理方法

摘要

本发明公开一种无源探测高效级联空时自适应处理方法，首先对时域脉冲进行相干积累，然后利用仅含干扰信息的高频多普勒单元数据计算波束域自适应波束形成(ADBF)的权值，然后逐多普勒单元进行ADBF抑制干扰，最后采用自适应双延迟对消器抑制杂波，并对自适应双延迟对消器输出信号采用加权FFT进行相干积累。本发明能有效抑制干扰和杂波，提高动目标检测性能，且运算量小易于工程实施。

主权项

1.一种无源探测高效级联空时自适应处理方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、波束域ADBF：建立平面数字阵信号模型，假设数字阵列为方位M维、俯仰N维的矩形面阵，天线阵元间距为半波长，阵元经俯仰合成后等价为一个M维的均匀方位线阵；假定空域有K个有源干扰，其方位入射角分别为[θ₁θ₂…θ_K]，则线阵接收信号为X=AS+N   (1)其中A=[A_θ1S_θ2…A_θK]_1×K为各干扰信号接收复包络，S=[S_θ1S_θ2…S_θK]_K×M为各干扰信号的阵列流形，N为系统噪声，干扰信号阵列流形S_θi为$S_{\mathrm{\theta i}}=\left[\begin{array}{cccc}1& e^{j\frac{2\mathrm{\pi d}}{\lambda }{\sin }_{{\theta }_i}}& ···& e^{j\frac{2\mathrm{\pi d}}{\lambda }(M-1){\sin }_{\mathrm{\theta i}}}\end{array}\right]---\left(2\right)$其中θ_i为干扰入射角，d为阵元间距，λ为雷达波长；假定数字阵列波束指向为θ₀，其主波束空域导引矢量为$S_{\theta 0}=\left[\begin{array}{cccc}1& e^{j\frac{2\mathrm{\pi d}}{\lambda }{\sin }_{{\theta }_0}}& ···& e^{j\frac{2\mathrm{\pi d}}{\lambda }(M-1){\sin }_{\theta 0}}\end{array}\right]---\left(3\right)$则常规波束形成的权矢量即W_c=S_θ0   (4)考虑天线副瓣性能，可对W_c进行窗函数加权，即：其中λ₁、λ₂、……和λ_M分别对应不同空域阵元窗函数系数，则常规波束形成输出信号为$Z=W_c^{H}X---\left(6\right)$对各阵元信号采用FFT变换到多普勒频域，实现时域脉冲相干积累，再将阵元域数据采用空域FFT变换到波束域，实现干扰空域测向，在方位阵元数M≤80时，可采用高分辨率空间谱估计算法获得干扰的空间角，即B＝F^HX   (7)其中F=[S₁ S₂…S_M]_M×M为波束域变换矩阵，当采用空域FFT进行干扰DOA估计时，F由不同指向的导向矢量构成；针对干扰方向，在波束域选取针对干扰方向的辅助波束，可采用切比雪夫加权压低干扰辅助波束的副瓣电平，则K个干扰辅助波束输出为C=F_K^HX   (8)其中$F_K=\left[\begin{array}{cccc}{S}_{K\_1}& S_{K\_2}& ...& S_{K\_K}\end{array}\right],S_{K\_i}=\left[\begin{array}{cccc}{\lambda }_1& {\lambda }_2{e}^{j\frac{2\mathrm{\pi d}}{\lambda }\sin {\theta }_{K\_i}}& ...& {\lambda }_M{e}^{j\frac{2\mathrm{\pi d}}{\lambda }(M-1)\sin {\theta }_{K\_i}}\end{array}\right],$θ_{K_i}为第i个干扰的空域入射角，λ_i为切比雪夫加权系数；利用干扰辅助波束对消常规和波束中的干扰信号，即$W_{\mathrm{RD}}=R_C^{-1}{R}_{\mathrm{CS}}---\left(9\right)$其中R_C=E[C^HC]为辅助天线接收信号的自相关矩阵，R_CS=E[C^HS_Σ]为辅助天线与和波束接收信号的互相关矩阵，两者均由时域脉冲样本或空域距离单元样本估计得到；步骤二、自适应双延时对消器：经过ADBF后的接收和波束时域脉冲信号已不包含干扰噪声信息，可准确估计杂波谱中心频率，将杂波多普勒频率补偿引入双延迟对消器；推导经自适应双延迟对消器滤波后的输出信号即$\begin{array}{c}{Z}_m^A\left(t\right)=e^{-j2w_{d}t}\{x_m(t+T_r)-x_m\left(t\right)-[x_m\left(t\right)-x_m(t-T_r)\left]\right\}\\ =e^{-j2w_{d}t}[x_m(t+T_r)-{2x}_m\left(t\right)+x_m(t-T_r)]\end{array}---\left(10\right)$式中x_m(t+T_r)、x_m(t)和x_m(t-T_r)分别对应第m个阵元三个时间连续的接收脉冲，T_r为脉冲重复间隔，w_d为杂波谱中心频率，将式(10)转换到多普勒频域，可得$\begin{array}{c}F\left[Z_m^A\left(t\right)\right]={F\{e}^{-j{w}_{d}t}[x_m(t+T_r)-{2x}_m\left(t\right)+x_m(t-T_r)]\}\\ =F(\mathrm{jw}+{\mathrm{jw}}_d)·(e^{j(w+w_d)T_r}-2+e^{-j(w+w_d)T_r})\end{array}---\left(11\right)$采用变量置换，令w′=w+w_d，则式(11)可进一步转换为$F\left[Z_m^A\left(t\right)\right]=F\left({\mathrm{jw}}^{\prime }\right)·(e^{{\mathrm{jw}}^{\prime }{T}_r}-2+e^{-{\mathrm{jw}}^{\prime }{T}_r})---\left(12\right)$自适应双延迟对消器能自适应地补偿杂波的频谱中心，在杂波多普勒频率中心处形成深凹口。