端射阵机载雷达自适应互耦补偿与杂波抑制方法

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，更具体地，涉及一种端射阵机载雷达自适应互耦补偿与杂波抑制方法。

背景技术

端射阵天线是指最大辐射方向指向阵列排布轴向的一类天线，因其具有独特的低剖面特性和强定向辐射特性，所以在机载预警雷达远距离探测领域具有广阔的应用前景，近年来受到广泛关注。由于端射阵在最大辐射方向的方向系数不再与等效口径尺寸成正比，这便有效地解决了传统侧射阵天线由于大阵列口径尺寸而导致风阻较大的问题，因而特别适合应用于要求小风阻、低安装高度的平台，尤其是各种高速移动载体如飞机、战车等。例如美国研发的E-737“楔尾”预警机，便是采用端射阵天线进行前后向补盲。

在理想情况下我们通常假设天线各阵元为点源，而在实际情况下阵元有一定的物理尺寸，此时互耦效应不可避免。互耦效应是阵列天线固有的重要特性之一，它改变了孤立单元应该有的电流分布，不但对天线阵列的增益、方向图、波束宽度等参数产生一定的影响，而且还会影响到阵列天线发射信号和接收信号的幅度和相位。当阵列的结构和组成阵列的天线单元确定后，无论馈以何种信号序列，即无论该阵列工作在侧射阵状态还是端射阵状态，其阻抗矩阵都是相同的。唯一的区别是侧射激励下各阶耦合间存在一种近似相抵的关系，而端射激励下各阶耦合则是同相叠加的关系。因此端射阵互耦效应更加明显。

现有解决机载雷达互耦问题的方法主要有两种，一是假设归一化阻抗矩阵已知，在此基础上形成互耦补偿矩阵实现对互耦效应的有效补偿；二是基于实时测量得到的空域导向矢量形成空时自适应权值，实现存在互耦情况下的杂波抑制和目标有效检测。但是上述两种方法均假设互耦效应引起的归一化阻抗矩阵已知，而在实际工程中互耦效应会随时间的变化而变化，通常无法实时精确已知。此外，基于杂波协方差矩阵重构的互耦效应补偿方法没有考虑距离模糊的影响。

因此，急需发明一种有效的端射阵机载雷达自适应互耦补偿与杂波抑制方法，以提高端射阵机载雷达对运动目标的检测性能。

发明内容

为此，本发明提供一种端射阵机载雷达自适应互耦补偿与杂波抑制方法，用以克服现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种端射阵机载雷达自适应互耦补偿与杂波抑制方法，包括如下步骤，

步骤1：构造互耦情况下的端射阵机载雷达杂波回波数据；

步骤2：对步骤1构造的数据进行空时滑窗处理，并估计其峰值功率；

步骤3：将步骤2估计的峰值功率与当前时刻的峰值功率进行比较处理；

步骤4：利用步骤3的处理结果计算得到归一化阻抗矩阵；

步骤5：利用步骤4的处理结果，对空域导向矢量失配进行补偿；

步骤6：利用步骤4的处理结果，构造杂波协方差矩阵；

步骤7：根据步骤6的处理结果形成空时自适应权值，并针对步骤5的结果进行杂波抑制处理；

设定所述端射阵机载雷达接收阵元数为

进一步地，所述步骤1中第

其中随时间变化的互耦误差矢量为

则第

其中

进一步地，在所述步骤2中，为确保滑窗后的协方差矩阵是满秩的，需要满足滑窗后的样本数大于空时子孔径积，同时在空时平面上搜索得到峰值功率

进一步地，在所述步骤3中，判断

进一步地，在所述步骤4中，利用步骤3的搜索结果以及各子阵内的阵元间距和子阵间距的关系，由式（1）和式（2）计算得到最终的归一化阻抗矩阵

进一步地，在所述步骤5中，形成的互耦补偿矩阵为

其中补偿后的回波信号为

其中

进一步地，在所述步骤6中，构造的杂波协方差矩阵为

其中

进一步地，在所述步骤7中，形成的空时自适应权值为

其中

经过杂波抑制处理后的输出信号为

（1）本发明通过提供一种端射阵机载雷达自适应互耦补偿与杂波抑制方法，首先通过回波数据自适应迭代估计端射面阵的归一化阻抗矩阵，其次利用互耦补偿矩阵对互耦导致的空域导向矢量失配进行补偿，再次利用估计得到的归一化阻抗矩阵和系统参数构造杂波协方差矩阵，最后形成空时自适应权值，进行杂波抑制处理，提高了端射阵机载雷达在互耦误差情况下的运动目标检测性能；

（2）本发明以空时平面上的峰值功率值作为参考，通过自适应迭代方式估计互耦参数，峰值功率值同时包含了回波幅度和相位信息；

（3）本发明对互耦导致的空域导向矢量失配现象进行了补偿；

（4）本发明对于互耦导致的回波功率失配和端射阵特有的杂波非平稳分布现象，通过构造杂波协方差矩阵的方式进行了有效解决。

附图说明

图1为本发明所述端射阵机载雷达自适应互耦补偿与杂波抑制方法的结构框图；

图2为本发明所述端射阵机载雷达自适应互耦补偿与杂波抑制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1-2所示，本发明通过提供一种端射阵机载雷达自适应互耦补偿与杂波抑制方法，包括如下步骤：

步骤1：构造互耦情况下的端射阵机载雷达杂波回波数据；

预设互耦误差参数单元设定端射阵机载雷达接收阵元数为

其中随时间变化的互耦误差矢量为

则第

其中

步骤2：对步骤1构造的数据进行空时滑窗处理，并估计其峰值功率；

空时滑窗处理单元对步骤1处理后的数据进行空时滑窗处理；为确保滑窗后的协方差矩阵是满秩的，需要满足滑窗后的样本数大于空时子孔径积，同时在空时平面上搜索得到峰值功率

步骤3：将步骤2估计的峰值功率与当前时刻的峰值功率进行比较处理；

峰值功率比较单元判断

步骤4：利用步骤3的处理结果计算得到归一化阻抗矩阵；

归一化阻抗矩阵计算单元利用步骤3的搜索结果以及各子阵内的阵元间距和子阵间距的关系，由式（1）和式（2）计算得到最终的归一化阻抗矩阵

步骤5：利用步骤4的处理结果，对空域导向矢量失配进行补偿；

空时导向矢量失配补偿单元形成的互耦补偿矩阵为

其中补偿后的回波信号为

其中

步骤6：利用步骤4的处理结果，构造杂波协方差矩阵；

杂波协方差矩阵构造单元中构造的杂波协方差矩阵为

其中

步骤7：根据步骤6的处理结果形成空时自适应权值，并针对步骤5的结果进行杂波抑制处理；

杂波抑制处理单元形成的空时自适应权值为

其中

经过杂波抑制处理后的输出信号为

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。