CN104635214A - 机载前视频率分集阵列雷达距离模糊杂波抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达杂波抑制技术领域，特别涉及机载前视频率分集阵列雷达距离模糊杂波抑制方法，其具体步骤为：获取机载前视频率分集阵列雷达的回波空时快拍数据x_c；确定无模糊距离区的二次距离依赖补偿矢量以及模糊距离区的二次距离依赖补偿矢量得出空域-多普勒联合频率区中的二次距离依赖补偿矢量得出经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据分别对无模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据和模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据进行空时自适应处理。

Description

机载前视频率分集阵列雷达距离模糊杂波抑制方法

技术领域

本发明属于雷达杂波抑制技术领域，特别涉及机载前视频率分集阵列雷达距离模糊杂波的抑制方法，主要用于在空间频率域区分无模糊距离区杂波和模糊距离区杂波。

背景技术

空时自适应处理(STAP)在机载预警雷达中具有重要的应用价值，它能够联合时间与空间信息从杂波与干扰中检测目标。机载正侧视阵列雷达中，杂波的空域频率与多普勒频率之间的耦合关系是不随距离而变化的。然而，在一些特殊的机载雷达应用中(如前视阵列机载雷达、圆形阵列机载雷达等)，杂波分布的距离不变性不再成立，其杂波分布具有严重的距离依赖性。杂波的距离依赖性将导致STAP方法性能的严重下降。当出现距离模糊时，慢速目标不仅需要与无模糊距离杂波竞争，而且要与模糊距离杂波进行竞争，低信噪比信号将完全淹没在杂波中。如图1所示，为现有技术中机载雷达距离模糊示意图。参照图1，无模糊距离区与模糊距离区的杂波在时域上混在一起，需要说明的是，这两个区域的杂波特性却有很大区别。因此，传统STAP方法在这种恶劣情况下性能严重下降。

发明内容

本发明的目的在于提出机载前视频率分集阵列雷达距离模糊杂波的抑制方法，本发明探索了频率分集阵列(FDA)的在距离维的可控自由度，构建了FDA-STAP(频率分集阵列-空时自适应处理)的信号模型，提出了一种距离模糊杂波的抑制方法。采用频率分集阵列，使得阵列导向矢量是距离的函数，因此，可以利用其提供的距离信息，实现无模糊距离区和模糊距离区的杂波的分离。考虑到导向矢量会产生二次距离依赖性，本发明提出了一种二次距离依赖补偿方法。在空间频率域区分无模糊距离区杂波和模糊距离区杂波，并将二次距离依赖补偿与传统杂波谱补偿方法相结合，同时解决了距离依赖和距离模糊问题。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

机载前视频率分集阵列雷达距离模糊杂波的抑制方法包括以下步骤：

步骤1，利用频率分集阵列的每个阵元发射信号，利用频率分集阵列接收对应的回波信号；获取机载前视频率分集阵列雷达的回波空时快拍数据x_c；

步骤2，确定无模糊距离区的二次距离依赖补偿矢量表示为以及模糊距离区的二次距离依赖补偿矢量表示为得出空域-多普勒联合频率区中的二次距离依赖补偿矢量 其中，表示Kronecker乘积，α为1或2；1_K为N行的列向量，1_K中的所有元素全为1，N表示频率分集阵列中的阵元数；

步骤3，得出无模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据和模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据 其中，⊙则表示Hadamard乘积；

步骤4，分别对无模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据和模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据进行空时自适应处理。

本发明的特点和进一步改进在于：

在步骤1中，机载前视频率分集阵列雷达的回波空时快拍数据x_c为：

其中，M表示机载前视频率分集阵列雷达的距离单元数，m＝1,2...M；N_a表示每个距离单元内的散射点数目，i＝1,2,...,N_a；γ^{i,m}表示第m个距离单元内第i个散射点的复散射系数，表示Kronecker乘积，⊙则表示Hadamard乘积；表示第m个距离单元内第i个散射点的归一化多普勒频率，表示第m个距离单元内第i个散射点对应的时域导向矢量；f_R ^{m}表示第m个距离单元内每个散射点的归一化距离频率，s_R(f_R ^{m})表示第m个距离单元内每个散射点对应的距离导向矢量；f_a ^{i,m}表示第m个距离单元内第i个散射点的归一化方向频率，s_a(f_a ^{i,m})表示第m个距离单元内第i个散射点对应的方向导向矢量；f_s ^{i,m}表示第m个距离单元内第i个散射点的归一化空间频率，s_s(f_s ^{i,m})表示第m个距离单元内第i个散射点对应的全空域导向矢量。

在步骤2中，为：

$h_{\mathrm{SRDC}}^{\left\{\mathrm{\α}\right\}}\left(f_c\right)={[1,e^{-j2\mathrm{\π}{f}_c},...,e^{-j2\mathrm{\π}{f}_c(N-1)}]}^T$

其中，上标T表示矩阵或向量的装置，Δf表示所述频率分集阵列的频率增量，c代表光速；当α＝1时，R_c＝R₁，R₁为设定距离值；当α＝2时，R_c＝R₂＝R₁+R_u，R_u＝c/2f_r，f_r表示机载前视频率分集阵列雷达发射信号的脉冲重复频率。

所述频率分集阵列的阵元间距d满足

$d\≤\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{4}$

其中，λ₀表示频率分集阵列中的参考阵元发射信号的载波波长。

本发明的有益效果为：1)分析指出了空域的距离依赖特性及前视频率分集阵列雷达空时二维杂波的二次依赖关系；2)提出了一种新的二次距离依赖补偿方法；3)将二次距离依赖补偿和传统杂波谱补偿方法相结合，从而有效地抑制了距离模糊杂波。4)由于前视频率分集阵列雷达能够在空域频率域将无模糊距离区杂波与模糊距离区杂波分开，因此能大大提高非均匀杂波抑制性能。

附图说明

图1为现有技术中机载雷达距离模糊示意图；

图2为本发明的机载前视频率分集阵列雷达的几何模型及回波接收流程的示意图；

图3为本发明中机载前视频率分集阵列雷达散射点空间频率与距离和角度的关系示意图；

图4为本发明的机载前视频率分集阵列雷达在存在距离模糊时的杂波空间多普勒耦合关系示意图；

图5a为对无模糊距离区采用本发明所提出的二次依赖补偿后得到的空间多普勒频率耦合关系杂波空间多普勒耦合关系示意图；

图5b为对模糊距离区采用本发明所提出的二次依赖补偿后得到的空间多普勒频率耦合关系杂波空间多普勒耦合关系示意图；

图6为本发明的机载前视频率分集阵列雷达距离模糊杂波的抑制方法的流程示意图；

图7a为仿真实验中在无模糊距离区检测运动目标时的原始杂波谱分布示意图；

图7b为仿真实验中在无模糊距离区检测运动目标时利用本发明得出的经二次距离依赖补偿后的杂波谱分布示意图；

图7c为仿真实验中在无模糊距离区检测运动目标时进行传统杂波谱补偿后的杂波谱示意图；

图8a为仿真实验中在模糊距离区检测运动目标时的原始杂波谱分布示意图；

图8b为仿真实验中在模糊距离区检测运动目标时利用本发明得出的经二次距离依赖补偿后的杂波谱分布示意图；

图8c为仿真实验中在模糊距离区检测运动目标时进行传统杂波谱补偿后的杂波谱示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参照图2，为本发明的机载前视频率分集阵列雷达的几何模型及回波接收流程的示意图。载机高度(平台高度)为H，载机速度为V，机载前视频率分集阵列雷达接收信号的相干脉冲数为K，机载前视频率分集阵列雷达发射信号的相干脉冲间隔为T_r，机载前视频率分集阵列雷达发射信号的脉冲重复频率f_r＝1/T_r。

在机载前视频率分集阵列雷达中，频率分集阵列由N个全向阵元组成的均匀线阵，频率分集阵列中阵元间距为d。频率分集阵列中第n个阵元发射信号的载频f_n为：

f_n＝f₀+(n-1)Δf,n＝1,2,…,N   (1)

其中，f₀为所述频率分集阵列的参考频率，Δf为所述频率分集阵列的频率增量。在上述前提下，本发明的机载前视频率分集阵列雷达距离模糊杂波的抑制方法包括以下步骤：

步骤1，利用频率分集阵列的每个阵元发射信号，利用频率分集阵列接收对应的回波信号；获取机载前视频率分集阵列雷达的回波空时快拍数据x_c。

其具体步骤为：

利用频率分集阵列的每个阵元发射信号，利用频率分集阵列接收对应的回波信号；本发明实施例中，所述频率分集阵列为具有N个阵元的均匀线阵，所述频率分集阵列的参考频率(所述频率分集阵列的第1个阵元发射信号的载频)为f₀，所述频率分集阵列的频率增量为Δf。频率分集阵列的任意两个阵元发射的波形相互正交，频率分集阵列的每个阵元发射的信号在接收的回波数据中能够有效分离。为获得足够的信号增益，在频率分集阵列接收信号时，对回波数据中的每一个发射波形做接收波束形成。这一步骤也可以描述为由单阵元发射，由全孔径阵列接收。

对于任一地面散射点，其到频率分集阵列第n个阵元的的斜距表示为其中，n＝1,2,…,N，θ表示对应地面散射点相对于频率分集阵列的方位角，表示对应地面散射点相对于频率分集阵列的俯仰角，R表示给定的参考斜距(例如为地面散射点到第N个阵元的斜距)，d表示频率分集阵列中的阵元间距。

频率分集阵列第n个阵元的发射信号经散射后由频率分集阵列(全阵列孔径)接收的回波信号的相位ψ_n为：

其中，c代表光速，f_n表示频率分集阵列中第n个阵元发射信号的载频。以频率分集阵列中第1个阵元为参考阵元，则频率分集阵列中第n个阵元与参考阵元的相位差Δψ_n为：

其中，f₀表示所述频率分集阵列的参考频率，Δf表示所述频率分集阵列的频率增量，λ₀表示频率分集阵列中的参考阵元发射信号的载波波长，λ₀＝c/f₀。由式(3)最后的等号的右侧的内容可知，第一项为距离和频率增量的函数，第二项与传统相控阵相同，第三项为二次调制项。实际上，由于与频率增量相比载频可以忽略不计，第三项可以被忽略。由此可见，与传统相控阵不同，式(3)中的Δψ_n与角度和距离均相关。

为考虑问题方便，本发明只考虑运动平台的水平速度，则频率分集阵列第n个阵元的发射信号由对应地面散射体反射回的信号的归一化多普勒频率f_t为：

其中，V表示载机速度，f_r表示机载前视频率分集阵列雷达发射信号的脉冲重复频率。根据式(4)看出，对于频率分集阵列不同阵元，其发射信号由对应地面散射体反射回的信号的归一化多普勒频率略有差别，然而，在通常情况下，又由于频率分集阵列的频率增量非常小，该差别亦可以被忽略。则在本发明实施例中，频率分集阵列第n个阵元的发射信号经散射后由频率分集阵列(全阵列孔径)接收的第k个脉冲回波信号x_nk为：

其中，γ_p为与载频独立的复系数，γ_p为设定的复系数。ζ_k为

则机载前视频率分集阵列雷达接收的对应散射点的回波信号x为：

其中，表示Kronecker乘积，⊙则表示Hadamard乘积；f_t表示对应散射点的归一化多普勒频率，f_s表示对应散射点的归一化空间频率，f_R表示对应散射点的归一化距离频率，f_a表示对应散射点的归一化方向频率。f_t、f_s、f_R和f_a分别为：

f_s＝f_R+f_a；

s_t表示时域导向矢量，s_t为K行的列向量，K表示机载前视频率分集阵列雷达接收信号的相干脉冲数；s_R表示距离导向矢量，s_R为N行的列向量，N表示频率分集阵列的阵元数。s_a表示方向导向矢量，s_a为N行的列向量。s_s是由距离导向矢量和方向导向矢量合成的全空域导向矢量，s_s为N行的列向量。s_t(f_t)、s_R(f_R)、s_a(f_a)和s_s(f_s)分别为：

$s_t\left(f_t\right)={[1,e^{j2\mathrm{\π}{f}_t},...,e^{j2\mathrm{\π}{f}_t(K-1)}]}^T---(7.a)$

$s_R\left(f_R\right)={[1,e^{j2\mathrm{\π}{f}_R},...,e^{j2\mathrm{\π}{f}_R(N-1)}]}^T---(7.b)$

$s_a\left(f_a\right)={[1,e^{j2\mathrm{\π}{f}_a},...,e^{j2\mathrm{\π}{f}_a(N-1)}]}^T---(7.c)$

其中，上标T表示矩阵或向量的装置。可以看出，s_t(f_t)与传统相控阵雷达的时域导向矢量相同，s_a(f_a)与传统相控阵雷达的方向导向矢量相同。但是s_a(f_a)与传统相控阵雷达的全空域导向矢量不同，s_R(f_R)依赖于斜距R和所述频率分集阵列的频率增量Δf。

本发明实施例中，机载前视频率分集阵列雷达的回波信号是由等距离环内杂波散射叠加而成，因此，机载前视频率分集阵列雷达的回波空时快拍数据x_c为：

其中，M表示距离单元数(模糊距离数)，m＝1,2...M；N_a表示每个距离单元内独立的散射点数目，i＝1,2,...,N_a。γ^{i,m}表示第m个距离单元内第i个散射点的复散射系数(为已知量)，表示Kronecker乘积，⊙则表示Hadamard乘积；f_t ^{i,m}表示第m个距离单元内第i个散射点的归一化多普勒频率，s_t(f_t ^{i,m})表示第m个距离单元内第i个散射点对应的时域导向矢量，s_t(f_t ^{i,m})为K行的列向量，K表示机载前视频率分集阵列雷达接收信号的相干脉冲数。f_R ^{m}表示第m个距离单元内每个散射点的归一化距离频率，s_R(f_R ^{m})表示第m个距离单元内每个散射点对应的距离导向矢量，s_R(f_R ^{m})为N行的列向量，N表示频率分集阵列的阵元数。f_a ^{i,m}表示第m个距离单元内第i个散射点的归一化方向频率，s_a(f_a ^{i,m})表示第m个距离单元内第i个散射点对应的方向导向矢量，s_a(f_a ^{i,m})为N行的列向量。f_s ^{i,m}表示第m个距离单元内第i个散射点的归一化空间频率，s_s(f_s ^{i,m})表示第m个距离单元内第i个散射点对应的全空域导向矢量，s_s(f_s ^{i,m})为N行的列向量。

本发明实施例中，f_t ^{i,m}、f_R ^{m}、f_a ^{i,m}和f_s ^{i,m}的表达式分别为：

其中，V表示载机速度，f_r表示机载前视频率分集阵列雷达发射信号的脉冲重复频率，λ₀表示频率分集阵列中的参考阵元发射信号的载波波长，λ₀＝c/f₀，f₀表示所述频率分集阵列的参考频率；Δf表示所述频率分集阵列的频率增量，c代表光速，d表示频率分集阵列中的阵元间距。θ^{i,m}表示第m个距离单元内第i个散射点相对于频率分集阵列的方位角，表示第m个距离单元内第i个散射点相对于频率分集阵列的俯仰角，R^{m}表示第m个距离单元内每个散射点对应的给定的参考斜距(例如为第m个距离单元内任一散射点到第N个阵元的斜距)。

本发明实施例中，s_t(f_t ^{i,m})、s_R(f_R ^{m})、s_a(f_a ^{i,m})和s_s(f_s ^{i,m})的表达式分别为：

其中，上标T表示矩阵或向量的装置。

步骤2，确定无模糊距离区的二次距离依赖补偿矢量表示为以及模糊距离区的二次距离依赖补偿矢量表示为得出空域-多普勒联合频率区中的二次距离依赖补偿矢量

$h_{\mathrm{st}-\mathrm{SRDC}}^{\left\{\mathrm{\α}\right\}}\left(f_c\right)=1_K\⊗h_{\mathrm{SRDC}}^{\left(\mathrm{\α}\right)}\left(f_c\right)$

其中，表示Kronecker乘积，α＝1,2；1_K为N行的列向量，1_K中的所有元素全为1。

其具体步骤为：

对于地面散射点来说，全空域导向矢量包括两个部分：方向导向矢量和距离导向矢量。对于机载前视频率分集阵列雷达，地面散射点的方向导向矢量与传统相控阵雷达的相同。需要说明的是，其距离导向矢量是距离和频率增量的函数，将对应地面散射点的归一化空间频率f_s重新改写为：

由式(9)可知空间频率依赖于距离与角度。

参照图3，为本发明中机载前视频率分集阵列雷达散射点空间频率与距离和角度的关系示意图。如图3所示，实线代表距离为R₁的波阵面，虚线代表距离为R₂的波阵面，R₁和R₂均为给定值；R₁-R₂＝ΔR。对于给定的方向，本发明中机载前视频率分集阵列雷达的地面散射点的空间频率随距离发生变化。

本发明实施例中，机载前视频率分集阵列雷达关于R₁的地面散射点的归一化空间频率f_s(R₁)表示为

机载前视频率分集阵列雷达关于R₂的地面散射点的归一化空间频率f_s(R₂)表示为

则有：

$\mathrm{\Δ}{f}_s\left(\mathrm{\ΔR}\right)=f_s\left(R_1\right)-f_s\left(R_2\right)=f_R\left(R_1\right)-f_R\left(R_2\right)=-\frac{2\mathrm{\Δf\ΔR}}{c}---\left(12\right)$

式(12)给出了在给定方向和频率增量时依赖于斜面距离差ΔR的空间频率差。因此，在本发明的机载前视频率分集阵列雷达中会遇到一个更为棘手的距离依赖问题，即二级距离依赖问题。

当出现模糊距离时，无模糊距离与模糊距离的空间频率差可以表述如下：

$\mathrm{\Δ}{f}_s=f_s\left(R_1\right)-f_s\left(R_2\right)=f_s\left(R_1\right)-f_s(R_1+R_u)=-\frac{2\mathrm{\Δf}{R}_u}{c}---\left(13\right)$

其中，R₂＝R₁+R_u，R_u＝c/2f_r，R_u表示最大无模糊距离。R₁为给定值。尽管无模糊距离区和模糊距离区的杂波在时域上分不开，但机载前视频率分集阵列雷达仍可以利用空间频率差Δf_s将他们分开。这也验证了频率分集阵列相比于传统相控阵的优越性。

在本发明的机载前视频率分集阵列雷达中，对应地面散射点对应的杂波的角度多普勒频率关系式表示为

其中，H为载机高度。式(14)表明了杂波分布的椭圆耦合关系。参照图4，为本发明的机载前视频率分集阵列雷达在存在距离模糊时的杂波空间多普勒耦合关系示意图。图4中，横轴表示归一化多普勒频率(标准化多普勒频率)，纵轴表示归一化空间频率(标准化空间频率)，不同的线条分别代表不同的距离单元，单位为m，A、B、C代表三个不同的散射点，R代表斜距。可以看出，当斜距发生变化时，椭圆耦合关系(杂波空间多普勒耦合关系)曲线也会随着空域频率f_R变化而改变。此外，该椭圆会随着斜距的增大而增大。

因此，不同于传统相控阵雷达，本发明的机载前视频率分集阵列雷达的杂波分布在空域频率域会随斜距的变化而变化。因此，机载前视频率分集阵列雷达可以在空域频率域实现无模糊距离杂波和模糊距离杂波的分离。需要说明的是，尽管频率分集阵列(FDA)在空域频率域提供了附加信息，但也引起了二次距离依赖问题。

本发明的机载前视频率分集阵列雷达在空间频率域能够提供附加信息，本发明中讨论一种有效的距离模糊杂波抑制方法。首先，为克服二次距离依赖性问题，提出二次距离依赖补偿方法；根据无模糊距离区与模糊距离区分别构造两组补偿矢量，然后结合传统杂波谱补偿方法实现距离模糊杂波抑制。

具体地说，在本发明实施例中，对于给定距离(距离单元相同)，无模糊距离区的二次距离依赖补偿矢量表示为模糊距离区的二次距离依赖补偿矢量表示为令α＝1,2，则有：

$h_{\mathrm{SRDC}}^{\left\{\mathrm{\α}\right\}}\left(f_c\right)={[1,e^{-j2\mathrm{\π}{f}_c},...,e^{-j2\mathrm{\π}{f}_c(N-1)}]}^T---\left(15\right)$

其中，上标T表示矩阵或向量的装置， 为N行的列向量。f_c表示补偿频率，Δf表示所述频率分集阵列的频率增量，c代表光速，R_c是对应斜距。当α＝1时，R_c＝R₁，当α＝2时，R_c为模糊距离，，R_c＝R₂＝R₁+R_u，R_u表示最大无模糊距离，R_u＝c/2f_r，f_r表示机载前视频率分集阵列雷达发射信号的脉冲重复频率。

本发明实施例中，补偿矢量可以补偿杂波的二次距离依赖性。经过二次距离依赖补偿处理后，杂波谱在空域满足独立同分布特性。

本发明实施例中，空域-多普勒联合频率区中的二次距离依赖补偿矢量为：

$h_{\mathrm{st}-\mathrm{SRDC}}^{\left\{\mathrm{\α}\right\}}\left(f_c\right)=1_K\⊗h_{\mathrm{SRDC}}^{\left(\mathrm{\α}\right)}\left(f_c\right)$

其中，表示Kronecker乘积，α＝1,2；1_K为N行的列向量，1_K中的所有元素全为1。

步骤3，得出无模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据和模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据 其中，⊙则表示Hadamard乘积。

其具体步骤为：

在机载前视频率分集阵列雷达中，分别对无模糊距离区和模糊距离区的回波空时快拍数据进行二次距离依赖补偿，得出无模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据和模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据

令α＝1,2，则有：

其中，， 为N行的列向量。f_c表示补偿频率，Δf表示所述频率分集阵列的频率增量，c代表光速，R_c是对应斜距。当α＝1时，R_c＝R₁，当α＝2时，R_c为模糊距离，，R_c＝R₂＝R₁+R_u，R_u表示最大无模糊距离，R_u＝c/2f_r，f_r表示机载前视频率分集阵列雷达发射信号的脉冲重复频率。是补偿后的空域导向矢量，

为相应的补偿空域频率：

由上可知，式(14)中的杂波的角度多普勒频率关系式可以改写如下：

当α＝1时有：

当α＝2时有：

参照图5a，为对无模糊距离区采用本发明所提出的二次依赖补偿后得到的空间多普勒频率耦合关系杂波空间多普勒耦合关系示意图；参照图5b，为对模糊距离区采用本发明所提出的二次依赖补偿后得到的空间多普勒频率耦合关系杂波空间多普勒耦合关系示意图；图5a和图5b中，横轴表示归一化多普勒频率(标准化多普勒频率)，纵轴表示归一化空间频率(标准化空间频率)，不同的线条分别代表不同的距离单元。由图5a和图5b可知，在空域频率域中无模糊距离区和模糊距离区的杂波可以得到有效分辨。如图5a所示，从空间频率域来看，机载前视频率分集阵列雷达的无模糊距离区杂波分布将被对齐到中间部分，而模糊距离区会被对齐到两边。相反的，如图5(b)所示，无模糊距离区的杂波位于两边，而模糊距离区杂波位于空间频率域的中间。

另外，在本发明实施例中，为了保证无模糊距离杂波和模糊距离杂波的有效分类，本发明的频率分集阵列的阵元间距d应满足

$d\≤\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{4}---\left(22\right)$

其中，λ₀表示频率分集阵列中的参考阵元发射信号的载波波长，λ₀＝c/f₀，f₀表示所述频率分集阵列的参考频率。为不失一般性，阵元空间d通常为波长的四分之一，即d＝0.25λ₀。

步骤4，分别对无模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据和模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据进行空时自适应处理，得出对应的杂波抑制后的无模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据、以及对应的杂波抑制后的模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据。

在步骤4中，空时自适应处理的过程为本领域技术人员公知，在此不再详述。

总之，当存在距离模糊时，传统相控阵雷达的空时自适应处理(STAP)性能会严重下降。首先，由于距离模糊造成杂波非平稳性严重，使得杂波协方差矩阵估计所需的样本难以获得；其次，在非正侧视几何结构中，由于无模糊距离杂波与模糊距离杂波的补偿互相制约，造成传统杂波谱补偿方法失效；最后，距离模糊引起杂波自由度大大增加，增加了***杂波抑制的负担。而在本发明实施例中，经过二次距离依赖补偿(杂波谱补偿)后，机载前视频率分集阵列雷达在空域频率域实现了距离模糊杂波的分离，无模糊距离区和模糊距离区的杂波谱补偿不再互相制约，可以利用传统杂波谱补偿法实现杂波补偿和杂波抑制。参照图6，为本发明的机载前视频率分集阵列雷达距离模糊杂波的抑制方法的流程示意图。

本发明的效果可以由一下仿真结果进一步说明：

1)仿真条件

表1仿真参数

在仿真实验中，设定无模糊距离区的测试距离为8000m，模糊距离区的测试距离为18000m。

2)仿真内容

仿真实验1：设定目标处于无模糊距离区中。参照图7a，为仿真实验中在无模糊距离区检测运动目标时的原始杂波谱分布示意图；参照图7b，为仿真实验中在无模糊距离区检测运动目标时利用本发明得出的经二次距离依赖补偿后的杂波谱分布示意图；参照图7c，为仿真实验中在无模糊距离区检测运动目标时进行传统杂波谱补偿后的杂波谱示意图；图7a至图7c中，横轴表示归一化多普勒频率，纵轴表示归一化空间频率，不同的灰度值代表了不同的杂波谱幅度。从图7a至图7c可以看出，在机载前视频率分集阵列雷达中，空域频率区的无模糊距离杂波及模糊距离杂波可以被辨别。由于二次距离依赖的原因，杂波在空间频率域严重扩散。利用本发明进行二次距离依赖补偿和杂波补偿后，无模糊区杂波在空间频率域的分布为[-1/4,1/4]，而模糊距离区杂波的分布为[-1/2,-1/4]∪[1/4,1/2]。此时，模糊距离区杂波对无模糊距离区的目标检测并无太大影响。

仿真实验2：设定目标处于模糊距离区。实际上，杂波的距离依赖性在模糊距离区变化很小，但是在无模糊距离区会有显著变化。参照图8a，为仿真实验中在模糊距离区检测运动目标时的原始杂波谱分布示意图；参照图8b，为仿真实验中在模糊距离区检测运动目标时利用本发明得出的经二次距离依赖补偿后的杂波谱分布示意图；参照图8c，为仿真实验中在模糊距离区检测运动目标时进行传统杂波谱补偿后的杂波谱示意图；图8a至图8c中，横轴表示归一化多普勒频率，纵轴表示归一化空间频率，不同的灰度值代表了不同的杂波谱幅度。从图8a至图8c可以看出，利用本发明对模糊距离区杂波进行补偿后，模糊距离区杂波的分布为[-1/4,1/4]，无模糊距离区杂波的分布为[-1/2,-1/4]∪[1/4,1/2]，距离模糊杂波也能在空间频率域分辨出来。由此可知，经过二次距离依赖补偿后的无模糊距离杂波和模糊距离杂波是可分离的。结合传统杂波补偿方法，杂波抑制性能可得到明显提升。

综上所述，仿真实验验证了本发明的正确性，可靠性和有效性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.机载前视频率分集阵列雷达距离模糊杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用频率分集阵列的每个阵元发射信号，利用频率分集阵列接收对应的回波信号；获取机载前视频率分集阵列雷达的回波空时快拍数据x_c；

步骤2，确定无模糊距离区的二次距离依赖补偿矢量表示为以及模糊距离区的二次距离依赖补偿矢量表示为得出空域-多普勒联合频率区中的二次距离依赖补偿矢量 其中，表示Kronecker乘积，α为1或2；1_K为N行的列向量，1_K中的所有元素全为1，N表示频率分集阵列中的阵元数；

步骤3，得出无模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据和模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据 其中，⊙则表示Hadamard乘积；

步骤4，分别对无模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据和模糊距离区经二次距离依赖补偿后的回波空时快拍数据进行空时自适应处理。

2.如权利要求1所述的机载前视频率分集阵列雷达距离模糊杂波抑制方法，其特征在于，在步骤1中，机载前视频率分集阵列雷达的回波空时快拍数据x_c为：

其中，M表示机载前视频率分集阵列雷达的距离单元数，m＝1,2...M；N_a表示每个距离单元内的散射点数目，i＝1,2,...,N_a；γ^{i,m}表示第m个距离单元内第i个散射点的复散射系数，表示Kronecker乘积，⊙则表示Hadamard乘积；f_t ^{i,m}表示第m个距离单元内第i个散射点的归一化多普勒频率，s_t(f_t ^{i,m})表示第m个距离单元内第i个散射点对应的时域导向矢量；f_R ^{m}表示第m个距离单元内每个散射点的归一化距离频率，s_R(f_R ^{m})表示第m个距离单元内每个散射点对应的距离导向矢量；f_a ^{i,m}表示第m个距离单元内第i个散射点的归一化方向频率，s_a(f_a ^{i,m})表示第m个距离单元内第i个散射点对应的方向导向矢量；f_s ^{i,m}表示第m个距离单元内第i个散射点的归一化空间频率，s_s(f_s ^{i,m})表示第m个距离单元内第i个散射点对应的全空域导向矢量。

3.如权利要求1所述的机载前视频率分集阵列雷达距离模糊杂波抑制方法，其特征在于，在步骤2中，为：

$h_{\mathrm{SRDC}}^{\left\{\mathrm{\α}\right\}}\left(f_c\right)={[1,e^{-j2\mathrm{\π}{f}_c},...,e^{-j2\mathrm{\π}{f}_c(N-1)}]}^T$

其中，上标T表示矩阵或向量的装置，Δf表示所述频率分集阵列的频率增量，c代表光速；当α＝1时，R_c＝R₁，R₁为设定距离值；当α＝2时，R_c＝R₂＝R₁+R_u，R_u＝c/2f_r，f_r表示机载前视频率分集阵列雷达发射信号的脉冲重复频率。

4.如权利要求1至3任一项所述的机载前视频率分集阵列雷达距离模糊杂波抑制方法，其特征在于，所述频率分集阵列的阵元间距d满足

$d\≤\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{4}$

其中，λ₀表示频率分集阵列中的参考阵元发射信号的载波波长。