[发明专利]一种高自由度去耦合的空时自适应信号处理方法

说明书

本发明提供了一种高自由度去耦合的空时自适应信号处理方法，针对互质结构单频工作模式下，舍弃差分合成结构中非均匀虚拟部分引起的空时自适应信号滤波器权矢量估计性能损失的问题，提出了一种利用双频工作模式提升互质结构空时自适应信号权矢量估计精度的方法，通过选择合适的单一额外工作频率获取额外不同位置的差分合成虚拟阵元和差分合成虚拟脉冲，进而填充参考工作频率下互质结构差分合成阵和差分合成脉冲中两个缺失的虚拟阵元和脉冲。相比于单频工作模式，双频工作模式获取了更多均匀分布的虚拟阵元和脉冲，滤波器的自由度得到了提升，改善了信号检测性能和角度多普勒分辨率，产生的互质结构可以缓解相互耦合，增强滤波器的虚拟自由度。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种高自由度去耦合的空时自适应信号处理方法。

背景技术

空时自适应处理(STAP)可以提高抑制杂波和检测目标的能力，在机载雷达中起着至关重要的作用。传统的算法，如降阶、降维和参数化模型，通常基于精确的空时转向矢量为研究基础，在阵元之间相互耦合的情况下，它们的性能显著下降，甚至无法工作。在实际雷达系统中，需要考虑相互耦合效应，因此，考虑相互耦合的STAP是阵列信号处理中的热点问题之一。

一般来说，研究人员主要集中在均匀线性阵列(ULA)上，在以往的研究中，互耦校准和补偿通常是通过硬件实现的，如增加校准元件和采用低耦合元件，然而，这种方法由于成本相对较高，精度较低，在许多应用中都不容易实现，所以互耦的校准和补偿逐渐转化为阵列参数估计。过去，国内外学者在相互耦合下提出了许多到达估计方法的方向，然而，许多算法需要多维搜索和多参数优化，故不能保证全局收敛性，众所周知，阵元间的感应电流在ULA中产生电磁耦合，从而改变阵元附近的磁场，单元间间距越小，相互耦合效应越强，基于稀疏模型的互质阵列广泛应用于无源位置，其阵元间间距大于半波长，阵元间距的增加使互耦效应显著减小，同时，阵列孔径也得到了有效的扩展，自由度(DOF)也得到了相应的提高，正因为如此，近几年来，互质阵列已成为阵列信号处理领域的研究热点。

互质阵列是一种特殊的非均匀稀疏阵列，相比于最小冗余阵列，互质阵列的布局设计更为简单，而相比于嵌套阵列，互质阵列的阵元间距更大，阵元间互耦影响更小。互质阵列对应的差分合成阵列中虚拟阵元并不完全均匀连续分布，这意味着存在缺失的虚拟阵元即空洞。根据布局特征，两个对称的空洞将互质阵列的差分合成阵列划分为三个子差分合成阵，一个是位于中间的均匀子差分合成阵，另外两个是位于两端的非均匀子差分合成阵，其中，均匀子差分合成阵是差分合成阵的主体部分。然而，由于其空洞的存在，其应应用中舍弃了位于分合成阵两端的两个非均匀子差分合成阵，这意味着自由度的损失，也就是说，互质阵列提供的全部自由度并未被完全利用。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种高自由度去耦合的空时自适应信号处理方法，利用两个工作频率获得了比单个工作频率更多的均匀差分合成虚拟阵列和脉冲，带来了滤波器自由度的提升，增加了系统的检测性能。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种高自由度去耦合的空时自适应信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在参考工作频率下，利用雷达系统的互质结构获取低互耦的原始杂波协方差矩阵；

S2、根据所述原始杂波协方差矩阵，通过添加额外工作频率填充参考工作频率下差分合成结构中的空洞，增加差分合成结构中虚拟阵元和虚拟脉冲的个数；

S3、根据增加的虚拟阵元和虚拟脉冲的个数，利用矩阵增秩的方法填充原始杂波协方差矩阵得到虚拟杂波协方差矩阵；

S4、根据所述虚拟杂波协方差矩阵计算得到虚拟滤波器权矢量，完成对高自由度去耦合的空时自适应信号的处理。