[发明专利]基于多通道RLS的外辐射源雷达海杂波干扰抑制方法

摘要

本发明涉及一种基于多通道RLS的外辐射源雷达海杂波干扰抑制方法，属于雷达信号处理技术领域。本发明方法利用RLS算法跟踪性能较好的特点，首先通过将直达波天线接收到的参考信号调频到海杂波的多普勒频率上，构成与海杂波多普勒频率分量相对应的多个参考通道，再在每个通道做RLS滤波处理，进而得到一种多通道RLS自适应滤波器，对消不同频率的海杂波干扰，能很好的抑制不同频率且起伏变化较大的海杂波干扰，提高对消增益和目标信噪比。

主权项

基于多通道RLS的外辐射源雷达海杂波干扰抑制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，建立多通道RLS滤波器的数学描述：$W\left(n\right)=\left[\begin{array}{c}{w}_1\left(n\right)\\ w_2\left(n\right)\\ ...\\ w_K\left(n\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{w}_1\left(n\right),w_1(n-1),...,w_1(n-M+1)\\ w_2\left(n\right),w_2(n-1),...,w_2(n-M+1)\\ ...\\ w_K\left(n\right),w_K(n-1),...,w_K(n-M+1)\end{array}\right]$$U\left(n\right)=\left[\begin{array}{c}{u}_1\left(n\right)\\ u_2\left(n\right)\\ ...\\ u_K\left(n\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{u}_1\left(n\right)e^{{j2\mathrm{\πnf}}_1/f_s}\\ u_1\left(n\right)e^{{j2\mathrm{\πnf}}_2/f_s}\\ ...\\ u_1\left(n\right)e^{{j2\mathrm{\πnf}}_K/f_s}\end{array}\right]$P(n)=[P₁(n)；P₂(n)；...；P_K(n)]T$k_i\left(n\right)=\frac{{\mathrm{KP}}_i\left(n\right)u_i\left(n\right)}{{\mathrm{\λ}}_i+{{\mathrm{Ku}}_i}^H\left(n\right)P_i\left(n\right)u_i\left(n\right)}$$e\left(n\right)=d\left(n\right)-\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w_i}^H\left(n\right)u_i\left(n\right)$$w_i(n+1)=w_i\left(n\right)+\frac{k_i\left(n\right)e^{*}\left(n\right)}{K}$P_i(n+1)=λ_i^‑1P_i(n)‑λ_i^‑1k_i(n)u_i^H(n)P_i(n)式中W(n)为多通道RLS滤波器系数矩阵，M为滤波器阶数，K为通道个数，w_i(n)为n时刻多通道RLS滤波器第i个通道的抽头权向量,i＝1,2,...,K,w_i(n)为M×1维；U(n)为多通道RLS滤波器输入矩阵，f_s为采样频率,f_i为海杂波多普勒频率，多通道RLS滤波器n时刻第i个通道的抽头输入向量$u_i\left(n\right)=u_1\left(n\right)e^{j2\mathrm{\πn}{f}_i/f_s}=[u_1\left(n\right)e^{j2\mathrm{\πn}{f}_i/f_s},u_1(n-1)e^{j2\mathrm{\π}(n-1)f_i/f_s},...,u_1(n-M+1)e^{j2\mathrm{\π}(n-M+1)f_i/f_s}];$d(n)为n时刻回波值；e(n)为n时刻多通道RLS滤波器的输出值也即对消结果；P(n)为M×M×K的多维矩阵，P_i(n)为M×M维，是多通道RLS滤波器第i个通道的正则化矩阵；λ_i为多通道RLS滤波器第i个通道的遗忘因子；k_i(n)为M×1维，是多通道RLS滤波器第i个通道的时变增益向量；步骤二，参数初始化根据杂波分布的距离范围确定对消滤波器阶数M、根据杂波多普勒频率扩散的范围确定参考通道个数K以及每个通道的调频率f_i，然后用调频率fi对原始参考信号进行调频，得到K个通道的参考信号，其中定义第一个通道为原始参考信号，其余通道信号为原始参考信号的调频，定义U(0)＝[u₁(0)；u₂(0)；...;u_K(0)]＝0为多通道RLS滤波器初始输入矩阵，多通道RLS滤波器初始权系数矩阵W(0)＝[w₁(0);w₂(0);...;w_K(0)]＝0；多通道RLS滤波器初始多维正则化矩阵P(0)＝[P₁(0)；P₂(0)；...;P_K(0)]，其中P_i(0)＝δ_iI为对应第i个通道的的正则化矩阵,I为M×M单位矩阵，δ_i的取值与信噪比有关；第i个通道RLS滤波器遗忘因子λ_i是一个小于1的正常数，在杂波平稳环境下取值接近于1，当杂波起伏较快时取值小于1；步骤三，更新输入矩阵u(n)将n时刻K个通道新的输入值即K个参考通道在n时刻的输入值加入到输入向量u_i(n)中，构成新的输入矩阵$u\left(n\right)=\left[\begin{array}{c}{u}_1\left(n\right)\\ u_2\left(n\right)\\ ...\\ u_K\left(n\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{u}_1\left(n\right)e^{{j2\mathrm{\πnf}}_1/f_s}\\ u_1\left(n\right)e^{{j2\mathrm{\πnf}}_2/f_s}\\ ...\\ u_1\left(n\right)e^{{j2\mathrm{\πnf}}_K/f_s}\end{array}\right]$式中$u_i\left(n\right)=u_1\left(n\right)e^{j2\mathrm{\πn}{f}_i/f_s}=[u_1\left(n\right)e^{j2\mathrm{\πn}{f}_i/f_s},u_1(n-1)e^{j2\mathrm{\π}(n-1)f_i/f_s},...,u_1(n-M+1)e^{j2\mathrm{\π}(n-M+1)f_i/f_s}]$为n时刻多通道RLS滤波器第i个通道的抽头输入向量；步骤四，计算n时刻多通道RLS滤波器输出即对消结果e(n)为$e\left(n\right)=d\left(n\right)-\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i^H\left(n\right)u_i\left(n\right)$其中，d(n)为多通道RLS滤波器在n时刻的期望值也即回波信号在n时刻的值，为多通道RLS滤波器第i个通道权向量w_i(n)的共轭转置，为n时刻K个通道估计值之和，e(n)为估计误差也即对消结果；步骤五，更新滤波器权系数矩阵W(n+1)，具体方法为：$k_i\left(n\right)=\frac{{\mathrm{KP}}_i\left(n\right)u_i\left(n\right)}{{\mathrm{\λ}}_i+{{\mathrm{Ku}}_i}^H\left(n\right)P_i\left(n\right)u_i\left(n\right)}$$w_i(n+1)=w_i\left(n\right)+\frac{k_i\left(n\right)e^{*}\left(n\right)}{K}$P_i(n+1)＝λ_i^‑1P_i(n)‑λ_i^‑1k_i(n)u_i^H(n)P_i(n)W(n+1)＝[w₁(n+1);w₂(n+1);...;w_K(n+1)]式中u_i(n)为n时刻多通道RLS滤波器第i个通道的输入向量，w_i(n)为n时刻多通道RLS滤波器第i个通道的权系数向量；P_i(n)为第i个通道正则化矩阵，λ_i为第i个通道滤波器的遗忘因子；k_i(n)为第i个通道滤波器的时变增益向量，M×1维；通过循环操作，求出K个通道的权系数向量，进而得到更新的权系数矩阵W(n+1)＝[w₁(n+1);w₂(n+1);...;w_K(n+1)]；步骤六，n=n+1，循环执行步骤三至步骤五，当n等于需要滤波的数据长度时，循环结束；完成外辐射源雷达海杂波干扰抑制。