[发明专利]基于协方差矩阵广对称特性的STAP方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及雷达技术领域中的一种基于协方差矩阵广对称特性的机载雷达空时自适应处理（space-time adaptive processing，STAP）方法。本发明主要用于解决机载雷达在非均匀杂波环境中，由于满足独立同分布条件的训练样本不足而造成的协方差矩阵估计不准确问题，能够有效增加训练样本，改善自适应信号处理的杂波抑制性能，提高目标的检测概率。

背景技术

机载预警雷达的主要任务是在复杂杂波背景中探测目标并对其进行定位跟踪，而对杂波进行有效抑制是提高预警雷达工作性能的核心手段。空时自适应处理STAP技术充分利用空域和时域信息，在对目标信号进行相干积累的同时，通过空时自适应处理滤除地面杂波，实现机载雷达对目标的有效检测。如美国的E2-D机载预警雷达就采用此技术。在实际应用中，STAP处理器主要存在以下两方面问题：首先，在非均匀的杂波环境中，要获得足够多的用于估计协方差矩阵的独立同分布（independent and identically distributed，IID）训练样本非常困难；其次，即使训练样本的需求得到满足，全空时处理计算量过大的问题会导致实时性难以保证。为解决上述问题，推动STAP技术更加实用化，人们提出了许多改进措施或方法。

清华大学申请的发明专利“非均匀杂波环境下空时自适应处理方法”（专利申请号201010129723.3，公布号CN101819269A）公开了一种在非均匀杂波环境中超分辨估计杂波空时二维谱的超完备稀疏表示方法。该方法实现了在独立同分布样本数不足的情况下，利用单帧训练样本估计杂波协方差矩阵，从而避免强非均匀杂波环境对自适应处理效果的影响。但是，该方法仍然存在的主要不足是：对杂波谱进行稀疏表示的超完备基数目未定，但远大于系统自由度，而实际中系统自由度通常成千上万，这样在每一距离单元样本的协方差矩阵重构过程中所需要的运算量非常大，不利于实时处理，从而影响到它的实际工程应用效果。

北京理工大学申请的发明专利“一种基于协方差矩阵加权的降维空时自适应处理方法”（专利申请号201210251589.3，公布号CN102778669A）公开了一种利用协方差矩阵加权技术估计杂波协方差矩阵的方法。该方法实现了自适应地展宽杂波凹口来适应实际环境中的杂波脊，从而使得存在杂波泄露时，也能通过STAP方法有效地抑制杂波，提高了STAP在实际应用中的稳健性。但是，该方法仍然存在的不足是：杂波凹口的展宽程度是人为设定的，不能自适应地感知实际数据中的杂波脊情况，当展宽量过大时，会造成最小可检测速度变大，对低速小目标的检测非常不利。

发明内容

本发明针对上述现有STAP技术的不足，提出了一种基于协方差矩阵广对称特性的机载雷达空时自适应处理（space-time adaptive processing，STAP）方法。本发明通过提高数据利用效率有效增加独立同分布训练样本，从而获得实际数据中的真实杂波情况，提高杂波协方差矩阵估计的准确性，改善杂波抑制性能，提高动目标的检测概率。

为实现上述目的，本发明实现的具体步骤如下：

（1）接收空时二维回波数据：

利用机载雷达天线的多个阵元，在相干积累时间内接收地面反射的空时二维回波数据。

（2）多普勒滤波处理：

按照下式，利用扩展因子化算法EFA中的降维转换矩阵，将机载雷达接收的空时二维回波数据，从阵元-脉冲域转化到阵元-多普勒域，得到一个待处理多普勒通道的原始回波数据：

x=TEFAx~]]>

其中，x表示待处理多普勒通道的原始回波数据，T_EFA表示扩展因子化算法EFA中的降维转换矩阵，表示空时二维回波数据。

（3）获取广对称训练样本：

3a）采用空域转换矩阵，对待处理多普勒通道的原始回波数据进行空域转换，得到空域转换数据；

3b）采用时域转换矩阵，对待处理多普勒通道的原始回波数据进行时域转换，得到时域转换数据；

3c）采用空时域转换矩阵，对待处理多普勒通道的原始回波数据进行空时域转换，得到空时域转换数据。

（4）估计广对称协方差矩阵：