[发明专利]基于杂波脊导向矢量的机载预警雷达动目标检测方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及雷达技术，特别涉及一种基于杂波脊导向矢量的机载预警雷达动目标检测方法，用于机载预警雷达信号处理。

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(space-time adaptive processing，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技术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：为抑制杂波所设计的滤波器凹口宽度是人为设定的，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

针对上述现有STAP技术的不足，本发明目的在于提出一种基于杂波脊导向矢量的机载预警雷达动目标检测方法，能够改善自适应信号处理的杂波抑制性能，提高运动目标的检测概率。

为实现上述目的，本发明实现的具体步骤如下：

一种基于杂波脊导向矢量的机载预警雷达动目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用机载预警雷达天线接收机载预警雷达的空时二维回波数据；

步骤2，确定空时二维回波数据相关的杂波脊曲线位置所对应的归一化空时二维频点；

步骤3，根据杂波脊曲线位置所对应的归一化空时二维频点构造杂波脊导向矢量基矩阵ψ；

步骤4，利用杂波脊导向矢量基矩阵ψ对待检测距离单元的数据进行最小二乘拟合，获取拟合后的剩余数据；

步骤5，对拟合后的剩余数据进行单元平均恒虚警检测，并输出存在目标或不存在目标。

上述技术方案的特点和进一步改进在于：

(1)步骤1具体包括以下子步骤：

1a)设定机载预警雷达工作在正侧视模式下；

1b)利用均匀线性排列的N个机载预警雷达的天线阵元，在M个脉冲的相干积累时间内，接收地面反射的L个距离单元的空时二维回波数据。

(2)步骤2具体包括以下子步骤：

2a)在区间[0,1]上进行均匀离散化，离散点数设为num，得到归一化空间频率该离散点数num根据下式计算得到：

num＝N+β·(M-1)

其中，N表示机载预警雷达天线的阵元数，M表示脉冲数，β表示杂波脊曲线的斜率，杂波脊曲线的斜率β计算如下式：

β＝2vT_r/d

其中，v是机载预警雷达的机载平台的速度，T_r是脉冲重复周期，d是机载预警雷达的天线阵元间距；

2b)归一化多普勒频率与归一化空间频率在正侧视均匀线阵雷达中存在下式的线性关系：