專利名稱：基于修正stap的機載雷達高速空中機動目標檢測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于航空技術領域，特別是涉及一種基于修正STAP的機載雷達高速空中機動目標檢測方法。
背景技術：
在航空技術領域中，目前檢測高速空中機動(僅考慮存在徑向加速度的情況)目標面臨的主要難題有a.機載雷達下視工作時微弱目標信號往往淹沒于因平臺運動使多普勒譜展寬了的強地雜波中，因此僅用單個通道接收下來的回波信號(時域采樣信號)進行多普勒處理的方法不能抑制與動目標相同多普勒頻率的地物雜波。b.目標的高速運動會引起嚴重的距離走動，這會導致目標積累效果下降。c.目標的徑向加速度引起的二次相位項會對回波信號產生時變調制(即產生多普勒走動)，此時如果仍采用傳統(tǒng)的相參積累方法處理線性調頻信號(linear frequency modulated, LFM)必然也會導致積累效果嚴重下降。才目位中；!^扁置天線(displaced phase center antenna,DPCA)技術是一禾中對同時利用多個通道接收的空時采樣信號進行處理的方法，然而其容易受通道誤差等各種非理想因素的影響。Brerman等人提出了用空時二維采樣信號進行自適應處理的方法(即STAP技術)，其核心思想是利用雜波的空時耦合特性自適應地調節(jié)二維濾波器的響應濾除雜波，并保證對目標有足夠的增益，其在一定程度上補償了誤差所造成的影響，從而大大改善了雜波抑制效果。但是，傳統(tǒng)的STAP方法都是假設在相干處理時間(coherent processing interval,CPI)內目標處于固定的距離單元(即不發(fā)生距離走動)。因此，必須設法對目標距離走動進行校正以提高動目標檢測性能。Keystone變換可以在目標運動速度未知的情況下統(tǒng)一校正多個目標的線性距離走動，因此被廣泛應用于雷達地面動目標成像以及微弱目標檢測領域。中國專利第201110123779. 2號中公開的將keystone變換與STAP相結合來檢測高速微弱空中動目標的方法可以取得良好的性能。但是，該方法僅僅針對的是勻速運動的高速目標，當目標作機動飛行時，徑向加速度引起的二次相位項會對回波信號產生時變調制，此時該方法的檢測性能將大大下降。中國專利第201110126353. 2號中提到將 keystone變換、Wigner-Hough變換和STAP進行巧妙地結合，提出了一種用于機載相控陣雷達實現高速空中機動目標檢測的新方法，其主要思想是先對回波數據進行雜波抑制，再利用keystone變換校正目標距離走動，然后利用Wigner-Hough變換估計出目標的加速度，接著根據所估計出的加速度對由加速度所引起的多普勒走動項進行補償，最后進行目標積累檢測。但是，該方法是采用Wigner-hough變換估計目標的加速度，在相干處理脈沖數目較少時，Wigner-hough變換估計目標加速度存在較大誤差，從而導致多普勒走動項補償效果不理想。

發(fā)明內容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種方法簡單，檢測結果準確，適合目標存在嚴重距離走動、多普勒模糊及多普勒走動時的動目標檢測等特點的基于STAP的機載雷達高速空中機動目標檢測方法。為了達到上述目的，本發(fā)明提供的基于STAP的機載雷達高速空中機動目標檢測方法包括按順序進行的下列步驟1)根據陣列天線接收的參考單元的數據估計出待測單元的雜波協方差矩陣；2)將上述雜波協方差矩陣的逆矩陣代替投影矩陣乘以接收數據，以實現雜波抑制；3)將上述雜波抑制后的數據進行keystone變換，以校正目標距離走動；4)利用將上述經過目標距離走動校正后的數據進行修正的匹配濾波來估計目標徑向加速度；5)根據步驟4)估計出的目標加速度對步驟幻處理后的數據進行多普勒走動項補償；6)將上述多普勒走動項補償后的數據進行空時二維波束形成，以實現目標能量積
累ο所述的步驟1)中參考單元的數據與待測單元的雜波數據滿足獨立同分布條件。所述的步驟5)中目標加速度的估計是利用修正STAP實現的。本發(fā)明提供的基于修正STAP的機載雷達高速空中機動目標檢測方法是先對回波數據進行雜波抑制，再利用keystone變換校正目標距離走動，然后利用修正STAP估計出目標加速度，接著根據所估計出的加速度對多普勒走動項進行補償，最后進行常規(guī)空時二維波束形成實現目標能量積累。與現有技術相比，本方法不僅能夠避免直接利用keystone變換校正存在多普勒模糊的高速目標距離走動時影響雜波分布特性，進而降低STAP性能的問題，而且利用修正STAP能較為精確地估計出目標加速度，因此有利于目標多普勒走動補償，從而實現目標能量的有效積累。另外，本方法具有步驟簡單，檢測結果準確，適合目標存在嚴重距離走動、多普勒模糊及多普勒走動時的動目標檢測等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明提供的基于修正STAP的機載雷達高速空中機動目標檢測方法流程圖。圖加為總回波功率譜。圖2b為雜波抑制后的功率譜。圖2c為雜波抑制和keystone變換后的功率譜。圖2d為多普勒走動項補償后的功率譜。圖加為圖2b，2c和2d沿多普勒方向切面的比較。圖3為目標能量積累效果比較。圖4為不同處理方法改善因子比較。
具體實施方式
0025]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的基于修正STAP的機載雷達高速空中機動目標檢測方法進行詳細說明。本發(fā)明提供的基于修正STAP的機載預警雷達高速空中機動目標檢測方法是基于 STAP的目標檢測方法，通過將keystone變換和修正STAP進行巧妙的結合來實現目標存在嚴重距離走動、多普勒模糊及多普勒走動情況下的動目標檢測，如圖1所示，該方法包括按順序進行的下列步驟1)根據陣列天線接收的與待測單元的雜波數據滿足獨立同分布的參考單元的數據估計出待測單元的雜波協方差矩陣；考慮機載平臺上沿航線方向放置的N元均勻線陣，陣元間距為(1 = 0.5λ，λ為工作波長，一個相干處理時間內發(fā)射K個脈沖，Xnk為第η個陣元在第k個脈沖上對應的復采樣值，則每一距離門上的接收數據可以寫作一個NXK的矩陣，假設在每個脈沖重復間隔內沿距離向的采樣點數為L，則一個CPI的接收數據形成了一個NXKXL的三維數據塊X。將該數據矩陣X按列排成一個NKXl的列向量，可記為χ = vec (X)，就形成了一個空時快拍數據。假定單個距離門內最多存在一個目標，待檢測單元的空時快拍(即一次數據)可寫成xpri = xs+xc+xn(1)式⑴中Xs、xc和^cn分別表示目標、雜波和噪聲成分?？偟幕夭〝祿墓β首V如圖加所示，由于雜波很強，目標能量很微弱，完全淹沒在雜波和噪聲中。參考單元的空時快拍(即二次數據)可寫成Xsec = xc+xn(2)R為干擾(雜波+噪聲)協方差矩陣。實際情況中，R通常未知，需要根據參考單元數據進行估計，估計得到的協方差矩陣記為R
權利要求
1.一種基于修正STAP的機載雷達高速空中機動目標檢測方法，其特征在于所述的檢測方法包括按順序進行的下列步驟1)根據陣列天線接收的參考單元的數據估計出待測單元的雜波協方差矩陣；2)將上述雜波協方差矩陣的逆矩陣代替投影矩陣乘以接收數據，以實現雜波抑制；3)將上述雜波抑制后的數據進行keystone變換，以校正目標距離走動；4)利用將上述經過目標距離走動校正后的數據進行修正的匹配濾波來估計目標徑向加速度；5)根據步驟4)估計出的目標加速度對步驟幻處理后的數據進行多普勒走動項補償；6)將上述多普勒走動項補償后的數據進行空時二維波束形成，以實現目標能量積累。
2.根據權利要求1所述的基于修正STAP的機載雷達高速空中機動目標檢測方法，其特征在于所述的步驟1)中參考單元的數據與待測單元的雜波數據滿足獨立同分布條件。
3.根據權利要求1所述的基于修正STAP的機載雷達高速空中機動目標檢測方法，其特征在于所述的步驟5)中目標加速度的估計是利用修正STAP實現的。
全文摘要
一種基于修正STAP的機載雷達高速空中機動目標檢測方法。其是先對回波數據進行雜波抑制，再利用keystone變換校正目標距離走動，再利用修正STAP估計出目標加速度，接著根據加速度對多普勒走動項進行補償，最后進行空時二維波束形成實現目標能量積累。本發(fā)明方法不僅能夠避免直接利用keystone變換校正存在多普勒模糊的高速目標距離走動時影響雜波分布特性，進而降低STAP性能的問題，而且利用修正STAP能較為精確地估計出目標加速度，因此有利于目標多普勒走動補償，從而實現目標能量的有效積累。另外，本方法具有步驟簡單，檢測結果準確，適合目標存在嚴重距離走動、多普勒模糊及多普勒走動時的動目標檢測等優(yōu)點。
文檔編號G01S7/41GK102445684SQ201110304209
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權日2011年10月10日
發(fā)明者吳仁彪, 李海, 賈瓊瓊 申請人:中國民航大學