基于FDA-MIMO雷达的时域滑窗三维多通道联合杂波抑制方法

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于FDA-MIMO雷达的时域滑窗三维多通道联合杂波抑制方法。

背景技术

机载预警雷达在进行地面动目标检测时，由于处于下视工作，此时雷达面临很强的地杂波干扰，动目标可能会淹没在杂波中，有必要进行杂波抑制处理。FDA-MIMO雷达在发射域引入了距离维自由度，能够分离不同模糊区域杂波，进行三维自适应信号处理。三维自适应处理增加了发射维，估计协方差矩阵时也需要更多满足独立同分布条件的样本数据，因此有必要进行降维处理。同时考虑误差存在时，也需要更加稳健的处理方法。

三维局域联合的降维处理方法通过多普勒滤波器联合发射-接收二维空间波束形成选取合适的三维波束，从而对接收数据实现降维处理，最后对降维后的多个三维波束的数据进行三维自适应处理，实现杂波抑制，同时减小了所需样本数量。

三维局域联合处理方法虽然在理想条件下性能良好，但是存在通道幅相误差时，该方法的性能有所下降。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于FDA-MIMO雷达的时域滑窗三维多通道联合杂波抑制方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于FDA-MIMO雷达的时域滑窗三维多通道联合杂波抑制方法，所述杂波抑制方法包括：

步骤1、M个发射阵元在相干处理间隔内传输K+2个脉冲，每个接收阵元接收的回波数据包含L个距离单元的数据，其中，FDA-MIMO雷达包括M个发射阵元和N个接收阵元；

步骤2、对所述回波数据依次进行下变频、AD变换、匹配滤波和Bulter多波束预处理，得到预处理后的脉冲数据；

步骤3、针对第l个距离单元，对第n个接收通道接收到经第m个发射通道发射的预处理后的脉冲数据分别进行不滑动、滑1次窗和滑2次窗处理，对应得到数据

步骤4、将所有所述数据

步骤5、针对第l个距离单元，对所述总矢量进行时域多普勒滤波后，选取相邻三个多普勒通道的输出联合发射域、接收域得到数据矢量

步骤6、根据所述数据矢量

步骤7、基于所述二次协方差矩阵R

步骤8、获取降维处理后的所述权向量w的最佳权向量w

步骤9、基于所述最佳权向量w

在本发明的一个实施例中，所述总矢量为：

其中，(·)

在本发明的一个实施例中，所述步骤5包括：

步骤5.1、针对第l个距离单元，对所述总矢量进行时域多普勒滤波后，选取相邻三个多普勒通道的输出，所述输出为：

其中，w

步骤5.2、将所述输出重排成数据矢量

在本发明的一个实施例中，所述二次协方差矩阵R

其中，E[·]表示数学期望。

在本发明的一个实施例中，所述总导向矢量s

其中，s

在本发明的一个实施例中，所述权向量w的求取方法为：

其中，s.t.表示约束条件。

在本发明的一个实施例中，所述最佳权向量w

其中，s

在本发明的一个实施例中，所述输出结果z为：

其中，x

本发明的有益效果：

为了解决全维处理所需样本众多，本发明的目的是提出一种基于时域滑窗的三维多通道联合距离模糊杂波抑制方法，用于FDA-MIMO体制雷达，能够分离不同距离模糊杂波，该方法在降维的同时提高了误差的稳健性，有效抑制了杂波，提高可检测运动目标的多普勒频率范围。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于FDA-MIMO雷达的时域滑窗三维多通道联合杂波抑制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于时域滑窗的三维多通道联合距离模糊杂波抑制方法原理图；

图3是本发明实施例提供的一种输出曲线图；

图4是本发明实施例提供的一种输出信杂噪比损失性能曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的一种基于FDA-MIMO雷达的时域滑窗三维多通道联合杂波抑制方法的流程示意图，图2是本发明实施例提供的一种基于时域滑窗的三维多通道联合距离模糊杂波抑制方法原理图。本发明实施例提供一种基于FDA-MIMO雷达的时域滑窗三维多通道联合杂波抑制方法，该杂波抑制方法包括：

步骤1、M个发射阵元在相干处理间隔内传输K+2个脉冲，每个接收阵元接收的回波数据包含L个距离单元的数据，其中，FDA-MIMO雷达包括M个发射阵元和N个接收阵元。

在本实施例中，FDA-MIMO雷达为正侧视FDA-MIMO雷达。

步骤2、对回波数据依次进行下变频、AD变换、匹配滤波和Bulter多波束预处理，得到预处理后的脉冲数据。

在本实施例中，下变频为将射频信号向下转换为中频信号，AD变换为将模拟信号转为数字信号，匹配滤波则实现脉压并分离处于不同发射波形对应的信号，Bulter多波束则对获得的多个傅氏基波束进行处理。

步骤3、针对第l个距离单元，对第n个接收通道接收到经第m个发射通道发射的预处理后的脉冲数据分别进行不滑动、滑1次窗和滑2次窗处理，对应得到数据

在本实施例中，对每个发射通道和接收通道的脉冲数据在时域上均作滑窗处理。

步骤4、根据所有数据

具体地，将这M×N个通道的数据排成的总矢量表示为：

其中，(·)

步骤5、针对第l个距离单元，对总矢量进行时域多普勒滤波(DFT)后，选取相邻三个多普勒通道的输出联合发射域、接收域得到数据矢量

在一个具体实施例中，步骤5具体可以包括：

步骤5.1、针对第l个距离单元，对所述总矢量进行时域多普勒滤波后，选取相邻三个多普勒通道的输出，分别为

其中，w

步骤5.2、将输出重排成数据矢量

步骤6、根据数据矢量

其中，E[·]表示数学期望。实际处理中往往使用相邻距离单元的样本数据来估计。

步骤7、基于二次协方差矩阵R

首先，构造待检测目标的总导向矢量s

其中，s

之后，采用线性约束最小方差准则求取权向量w，权向量w的求取方法可以表示为如下优化问题：

其中，s.t.表示约束条件。

步骤8、获取降维处理后的权向量w的最佳权向量w

其中，s

步骤9、基于最佳权向量w

其中，x

本发明提出的杂波抑制方法用于FDA-MIMO雷达，采用时域滑窗处理,减少了每一个多普勒通道的杂波自由度，选择三个多普勒通道提高了时域抑制杂波的能力，也减轻了发射接收端的压力，有利于模糊杂波抑制，提高检测性能。

仿真实验可以进一步证明本发明的有益效果。

仿真实验发射和接收均使用等距线阵，阵元数均为6，阵元间距是半波长，相干处理脉冲数为10，第一个发射阵元载频为1GHz，阵元间频率增量为1.5KHz，选取了300个距离单元，脉冲重复频率为6KHz，距离模糊度为4，平台速度为200m/s，波束方向为90°，目标斜距为10km。

仿真内容一：在上述仿真参数下，考虑4％的阵元幅相误差和杂波起伏，对降维自适应处理后的输出进行了仿真，如图3所示。可以明显看出未经滑窗处理的杂波抑制效果不如本发明所提方法。

仿真内容二：在上述仿真参数下，考虑4％的阵元幅相误差和杂波起伏，对降维自适应处理后的输出信杂噪比损失进行了仿真，并与三维局域联合处理(JDL)方法进行了对比，如图4所示。误差引起了性能凹口的展宽。所提方法通过滑窗处理增加了样本数目，相比JDL方法已有较大程度的性能提升。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。