機(jī)載雷達(dá)自適應(yīng)雙指向和差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及機(jī)載雷達(dá)自適應(yīng)雙指向和差波束的 目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)載雷達(dá)的主要任務(wù)是在雜波背景中檢測(cè)目標(biāo)，比較常用的檢測(cè)方法之一是基于 自適應(yīng)和波束的目標(biāo)檢測(cè)方法。該方法只對(duì)主波束中心的目標(biāo)形成最大增益，但當(dāng)目標(biāo)偏 離主波束中心時(shí)目標(biāo)就有可能由于波束邊緣帶來(lái)的增益損失而導(dǎo)致檢測(cè)性能的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出機(jī)載雷達(dá)自適應(yīng)雙指向和差波束 的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法，本發(fā)明構(gòu)造偏離主波束中心左右兩邊的兩個(gè)自適應(yīng)波束，然后在這 兩個(gè)自適應(yīng)波束內(nèi)分別進(jìn)行檢測(cè)，這種方法的目標(biāo)檢測(cè)性能較常規(guī)目標(biāo)檢測(cè)方法有較大提 尚。
[0004] 本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)思路為：機(jī)載雷達(dá)的主要任務(wù)是在雜波背景中檢測(cè)目標(biāo)，比較常用 的檢測(cè)方法之一是基于自適應(yīng)和波束的目標(biāo)檢測(cè)方法，一般情況下都具有和差波束，因此 可以利用差波束對(duì)主瓣邊緣的增益補(bǔ)償來(lái)提高目標(biāo)檢測(cè)性能，同時(shí)進(jìn)行目標(biāo)測(cè)角?；谶@ 種機(jī)理，可以對(duì)雷達(dá)回波數(shù)據(jù)做自適應(yīng)和差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)。在和差波束中，和、差波 束還可以用雙指向法形成，其原理是一個(gè)角平面內(nèi)的兩個(gè)相同且部分重疊的波束進(jìn)行加、 減得到。由此可以將回波數(shù)據(jù)認(rèn)為是主波束中心偏離和波束主波束中心很小角度的兩個(gè)等 波束產(chǎn)生。如果目標(biāo)偏離和波束主波束中心很遠(yuǎn)，但對(duì)于兩個(gè)等波束來(lái)說(shuō)目標(biāo)可能會(huì)靠近 其中一個(gè)波束的主波束中心，這樣如果利用這兩個(gè)等波束聯(lián)合檢測(cè)目標(biāo)就會(huì)提高目標(biāo)的檢 測(cè)幾率。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006] 機(jī)載雷達(dá)自適應(yīng)雙指向和差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法包括以下步驟：
[0007] 步驟1，利用機(jī)載雷達(dá)的接收陣列接收空時(shí)二維回波數(shù)據(jù)；機(jī)載雷達(dá)的接收陣列 為由N個(gè)陣元組成的均勻線陣；
[0008] 步驟2,構(gòu)造主波束中心向左偏離設(shè)定角度的第1等波束的空域?qū)蚴噶縮s;1、以 及主波束中心向右偏離設(shè)定角度的第2等波束的空域?qū)蚴噶縮 s,2;
[0009] 步驟3,令q依次取1和2,根據(jù)第q等波束的空域?qū)蚴噶縮s，q，對(duì)上述空時(shí)二維 回波數(shù)據(jù)中每個(gè)距離單元的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行多普勒域的因子化方法處理，得出第q等波束的 約束下對(duì)應(yīng)距離單元的空域自適應(yīng)濾波結(jié)果；
[0010] 步驟4,針對(duì)第q等波束的約束下各個(gè)距離單元的空域自適應(yīng)濾波結(jié)果，分別進(jìn)行 單元平均恒虛警檢測(cè)，得出第q組目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果；
[0011] 步驟5,得出最終目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果，如果在第1組目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果和第2組目標(biāo)檢測(cè)結(jié) 果中，任一組目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果為存在目標(biāo)，則最終目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果為存在目標(biāo)；否則，最終目標(biāo) 檢測(cè)結(jié)果為不存在目標(biāo)。
[0012] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過(guò)雙指向形成和差波束的思想分別得到偏離主波 束中心一定角度的兩個(gè)波束的空域?qū)蚴噶?，然后用這兩個(gè)空域?qū)蚴噶繉?duì)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行 多普勒域的FA方法（Factored Approach，因子化方法）預(yù)處理。FA方法處理以后得到兩 組多普勒域的濾波輸出結(jié)果，將這兩組結(jié)果同時(shí)分別進(jìn)行CA-CFAR檢測(cè)并且將檢測(cè)結(jié)果做 并運(yùn)算。最后將并運(yùn)算后的檢測(cè)結(jié)果作為最終檢測(cè)結(jié)果。本發(fā)明在目標(biāo)偏離主波束中心處 檢測(cè)性能有顯著的提高。本發(fā)明主要用于解決偏離主波束中心的目標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題，從而提高 處在波束邊緣的目標(biāo)檢測(cè)性能。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的機(jī)載雷達(dá)自適應(yīng)雙指向和差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法的流程圖；
[0014] 圖2a是仿真實(shí)驗(yàn)中分別應(yīng)用常規(guī)自適應(yīng)和波束的目標(biāo)檢測(cè)方法、傳統(tǒng)自適應(yīng)和 差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法進(jìn)行FA處理得到的距離多普勒?qǐng)D；
[0015] 圖2b是仿真實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用加權(quán)差波束的目標(biāo)檢測(cè)方法進(jìn)行FA處理得到的距離多普 勒?qǐng)D；
[0016] 圖2c是仿真實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行FA處理得到的第1等波束的距離多普勒?qǐng)D；
[0017] 圖2d是仿真實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行FA處理得到的第2等波束的距離多普勒?qǐng)D；
[0018] 圖3a是目標(biāo)方向向左偏離主波束中心時(shí)，分別應(yīng)用常規(guī)自適應(yīng)和波束的目標(biāo)檢 測(cè)方法、傳統(tǒng)自適應(yīng)和差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法以及本發(fā)明得出的檢測(cè)性能曲線對(duì)比示 意圖；
[0019] 圖3b是目標(biāo)方向向右偏離主波束中心時(shí)，分別應(yīng)用常規(guī)自適應(yīng)和波束的目標(biāo)檢 測(cè)方法、傳統(tǒng)自適應(yīng)和差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法以及本發(fā)明得出的檢測(cè)性能曲線對(duì)比示 意圖；
[0020] 圖4是仿真實(shí)驗(yàn)中分別應(yīng)用常規(guī)自適應(yīng)和波束的目標(biāo)檢測(cè)方法、傳統(tǒng)自適應(yīng)和差 波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法以及本發(fā)明得出的目標(biāo)檢測(cè)概率與目標(biāo)方位角的關(guān)系曲線的對(duì) 比示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0022] 參照?qǐng)D1，為本發(fā)明的機(jī)載雷達(dá)自適應(yīng)雙指向和差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法的流 程圖。該機(jī)載雷達(dá)自適應(yīng)雙指向和差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法包括以下步驟：
[0023] 步驟1，利用機(jī)載雷達(dá)的接收陣列接收空時(shí)二維回波數(shù)據(jù)；機(jī)載雷達(dá)的接收陣列 為由N個(gè)陣元組成的均勻線陣。
[0024] 具體地，機(jī)載雷達(dá)工作在正側(cè)視模式下，機(jī)載雷達(dá)的接收陣列為由N個(gè)陣元組成 的均勻線陣；當(dāng)機(jī)載雷達(dá)工作時(shí)，利用機(jī)載雷達(dá)向外發(fā)射信號(hào)，在M個(gè)脈沖的相干積累時(shí)間 內(nèi)，利用機(jī)載雷達(dá)的接收陣列接收空時(shí)二維回波數(shù)據(jù)。
[0025] 步驟2,構(gòu)造主波束中心向左偏離設(shè)定角度的第1等波束的空域?qū)蚴噶縮s;1、以 及主波束中心向右偏離設(shè)定角度的第2等波束的空域?qū)蚴噶縮 s,2。
[0026] 具體地，在步驟2中，可以根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)確定主波束中心空域?qū)蚴噶縮( Θ。）：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 機(jī)載雷達(dá)自適應(yīng)雙指向和差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1，利用機(jī)載雷達(dá)的接收陣列接收空時(shí)二維回波數(shù)據(jù)；機(jī)載雷達(dá)的接收陣列為由N 個(gè)陣元組成的均勻線陣； 步驟2,構(gòu)造主波束中心向左偏離設(shè)定角度的第1等波束的空域?qū)蚴噶縎s，i、以及主 波束中心向右偏離設(shè)定角度的第2等波束的空域?qū)蚴噶縮s,2; 步驟3,令q依次取1和2,根據(jù)第q等波束的空域?qū)蚴噶繉?duì)上述空時(shí)二維回波 數(shù)據(jù)中每個(gè)距離單元的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行多普勒域的因子化方法處理，得出第q等波束的約束 下對(duì)應(yīng)距離單元的空域自適應(yīng)濾波結(jié)果； 步驟4,針對(duì)第q等波束的約束下各個(gè)距離單元的空域自適應(yīng)濾波結(jié)果，分別進(jìn)行單元 平均恒虛警檢測(cè)，得出第q組目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果； 步驟5,得出最終目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果，如果在第1組目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果和第2組目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果中， 任一組目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果為存在目標(biāo)，則最終目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果為存在目標(biāo)；否則，最終目標(biāo)檢測(cè)結(jié) 果為不存在目標(biāo)。
2. 如權(quán)利要求1所述的機(jī)載雷達(dá)自適應(yīng)雙指向和差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法，其特征 在于，在步驟1中，所述機(jī)載雷達(dá)工作在正側(cè)視模式下；當(dāng)機(jī)載雷達(dá)工作時(shí)，利用機(jī)載雷達(dá) 向外發(fā)射信號(hào)，在M個(gè)脈沖的相干積累時(shí)間內(nèi)，利用機(jī)載雷達(dá)的接收陣列接收空時(shí)二維回 波數(shù)據(jù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的機(jī)載雷達(dá)自適應(yīng)雙指向和差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法，其特征 在于，在步驟2中，所述主波束中心向左偏離設(shè)定角度的第1等波束的空域?qū)蚴噶繛椋?br>其中，Θ C1表示機(jī)載雷達(dá)主波束與機(jī)載雷達(dá)接收陣列的軸向夾角，Δ Θ表示設(shè)定角度， λ為機(jī)載雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的載波波長(zhǎng)，d為機(jī)載雷達(dá)接收陣列的陣元間距，N為機(jī)載雷達(dá)接收 陣列的陣元數(shù)，（· "表示轉(zhuǎn)置操作； 所述主波束中心向右偏離設(shè)定角度的第2等波束的空域?qū)蚴噶縮s,2為：
4. 如權(quán)利要求1所述的機(jī)載雷達(dá)自適應(yīng)雙指向和差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法，其特征 在于，在步驟3中，得出第q等波束的約束下對(duì)應(yīng)距離單元的空域自適應(yīng)濾波結(jié)果的過(guò)程包 括以下子步驟： (3. 1)對(duì)上述空時(shí)二維回波數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)距離單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域快速傅里葉變換處 理，得到對(duì)應(yīng)距離單元每個(gè)多普勒通道數(shù)據(jù)；對(duì)應(yīng)距離單元第m多普勒通道數(shù)據(jù)表示為zm， m取1至M，M表示機(jī)載雷達(dá)接收的脈沖數(shù)； (3.2)依據(jù)最小方差約束準(zhǔn)則，建立以下關(guān)于自適應(yīng)權(quán)矢量的優(yōu)化模型：
其中，Wm，q表示與第q等波束第m多普勒通道對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)權(quán)矢量；上標(biāo)H表示矩陣 的共軛轉(zhuǎn)置，Rm ，E[ ·]表示求期望，s. t.表示約束；％ 0表示 kronecker積；Stm是目標(biāo)時(shí)域?qū)蚴噶浚? 得出與第q等波束第m多普勒通道對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)權(quán)矢量 的最優(yōu)解：
其中，上標(biāo)-1表示矩陣的逆； (3. 3)得出第q等波束的約束下對(duì)應(yīng)距離單元第m多普勒通道的空域自適應(yīng)濾波數(shù)據(jù) ym，q:
(3. 4)將第q等波束的約束下對(duì)應(yīng)距離單元各個(gè)多普勒通道的空域自適應(yīng)濾波數(shù)據(jù)組 合成第q等波束的約束下對(duì)應(yīng)距離單元的空域自適應(yīng)濾波結(jié)果。
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了機(jī)載雷達(dá)自適應(yīng)雙指向和差波束的目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)方法，其具體步驟為：構(gòu)造主波束中心向左偏離設(shè)定角度和向右偏離設(shè)定角度的兩個(gè)等波束的空域?qū)蚴噶?，令q依次取1和2，對(duì)上述空時(shí)二維回波數(shù)據(jù)中每個(gè)距離單元的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行多普勒域的因子化方法處理，得出第q等波束的約束下對(duì)應(yīng)距離單元的空域自適應(yīng)濾波結(jié)果；針對(duì)第q等波束的約束下各個(gè)距離單元的空域自適應(yīng)濾波結(jié)果，分別進(jìn)行單元平均恒虛警檢測(cè)，得出第q組目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果；如果在第1組目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果和第2組目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果中，任一組目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果為存在目標(biāo)，則最終目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果為存在目標(biāo)；否則，最終目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果為不存在目標(biāo)。
【IPC分類】G01S7-41
【公開(kāi)號(hào)】CN104730508
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510158423
【發(fā)明人】王彤, 任鵬麗, 吳建新, 王志林
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月3日