[发明专利]基于步进频信号的非平稳杂波抑制的目标检测方法

说明书

本发明提出了基于步进频信号的非平稳杂波抑制的目标检测方法，属于阵列信号处理技术领域，能够结合空时自适应处理结构特点，发挥窄带步进频信号的优势，实现机载雷达地杂波的有效抑制；通过发射带宽较窄的步进频率信号，有效降低对发射机的要求；对感兴趣的检测单元进行相位补偿，自动实现折叠杂波的频谱搬移，降低信号处理的难度。本发明方法利用快时间采样信息，进行步进频率回波信号距离相位补偿，得到一个新的杂波信号矢量，进而实现杂波分离；根据发射信号和先验信息，构建空时滤波器，对新的杂波信号矢量进行折叠杂波的滤除，得到空时滤波后的结果；利用该结果求取杂波协方差矩阵，得到最优空时权矢量，处理后得到最终检测结果并输出。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，涉及基于步进频信号的非平稳杂波抑制的目标检测方法。

背景技术

与地面雷达相比，机载雷达具有明显的优势。然而，机载雷达在搜索运动目标时会产生强烈的地杂波。地杂波在不同方向随多普勒频率的变化，极大地影响了弱小低速运动目标的检测性能。为此，相关学者提出了空时自适应处理(STAP)技术，该技术同时利用空间域和多普勒域信息，能够有效抑制地杂波，并广泛应用于机载雷达的运动目标检测。

当载机中的相控阵雷达工作于非正侧视模式下，也就是说，载机的运动方向与阵列轴向之间存在一个夹角时，杂波频谱在空间角-多普勒二维平面呈现椭圆分布，这种分布规律与杂波散射点和雷达之间的径向距离有一定的关系。通常，业内将具有相同径向距离的杂波散射体组成的集合称为距离环。由于各距离环的杂波谱在空间角-多普勒平面上的不一致性，采用训练样本集直接估计的协方差矩阵会造成特征不够明显的问题，不能准确反映杂波统计特性，业内将这种问题称之为杂波非平稳性问题。在此背景下，STAP只能在待检测距离单元处形成宽而浅的缺口，不能有效抑制杂波，可能会滤波弱而慢的目标信号。更糟糕的是，由于雷达系统的距离模糊特性，处于模糊距离的杂波环回波，即折叠杂波，会与待处理数据产生混叠，进一步恶化低速目标的检测效果。特别是近程折叠杂波，由于角度和距离的变化关系比较明显，这部分杂波存在明显的多普勒展宽现象，严重影响低速目标检测的效果。

因此，目前亟需一种抑制非平稳杂波的目标检测方法，能够解决机载雷达空时自适应处理时，传统的非平稳杂波抑制算法计算量大、性能差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供基于步进频信号的非平稳杂波抑制的目标检测方法，解决了机载雷达空时自适应处理时，传统的非平稳杂波抑制算法计算量大、性能差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

基于步进频信号的非平稳杂波抑制的目标检测方法，包括如下步骤：

(1.a)利用快时间采样信息，进行步进频率回波信号距离相位补偿，得到一个新的杂波信号矢量。

(1.b)根据发射信号和先验信息，构建空时滤波器，对新的杂波信号矢量进行折叠杂波的滤除，得到空时滤波后的结果。

(1.c)利用空时滤波后的结果，求取杂波协方差矩阵，针对杂波协方差矩阵构建并求解空时最优数学优化问题，得到最优空时权矢量，利用最优空时权矢量对空时滤波后的结果进行处理，得到最终检测结果并输出。

进一步的，利用快时间采样信息，进行步进频率回波信号距离相位补偿，得到一个新的杂波信号矢量，具体方法为：

(2.a)对于一个高度为h，运行速度为v的载机，载机上搭载一个阵元数为N，阵元间距为d的等距线阵，工作在正侧视模式；雷达发射信号载波波长为λ，一个完整的相参处理周期内包含M个脉冲，脉冲重复周期为T_r；雷达阵列方向与载机飞行方向存在夹角α，地面划分成L个距离环，每个距离环内包含N_c个散射体；则步进频率回波信号的表达式为：