一种基于主瓣幅度响应控制的机载频率分集阵列雷达快速运动目标检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111999727A(43)申请公布日2020.11.27(21)申请号202010754243.X(22)申请日2020.07.29(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址230037安徽省合肥市蜀山区黄山路460号(72)发明人李志汇师俊朋周青松毛云祥潘继飞(74)专利代理机构广东有知猫知识产权代理有限公司44681代理人高志军(51)Int.Cl.G01S13/50(2006.01)G01S13/58(2006.01)权利要求书4页说明书12页附图3页(54)发明名称一种基于主瓣幅度响应控制的机载频率分集阵列雷达快速运动目标检测方法(57)摘要本发明公开了一种基于主瓣幅度响应控制的机载频率分集阵列雷达快速运动目标检测方法，机载频率分集阵列雷达目标和杂波数据采集；快速运动目标角度多普勒散焦分析；基于主瓣幅度响应约束的稳健FDA空时自适应处理方法；杂波抑制和快速运动目标检测。本发明具有基于幅度响应约束技术，在目标感兴趣的空时域内设计了主瓣空时响应约束来解决目标空时导向矢量严重失配的问题；在快速运动目标角度‑多普勒散焦区域设计了非聚焦空时响应约束，并建立了包含杂波协方差矩阵非理想因素的稳健FDA‑STAP优化问题，得到了稳健FDA‑STAP权矢量，获得了更加精确的主瓣指向，从而提升了机载频率分集阵列雷达对快速运动目标的检测性能。CN111999727ACN111999727A权利要求书1/4页1.一种基于主瓣幅度响应控制的机载频率分集阵列雷达快速运动目标检测方法，其特征在于：机载频率分集阵列雷达目标和杂波数据采集；快速运动目标角度多普勒散焦分析；基于主瓣幅度响应约束的稳健FDA空时自适应处理方法；杂波抑制和快速运动目标检测。2.根据权利要求1所述的一种基于主瓣幅度响应控制的机载频率分集阵列雷达快速运动目标检测方法，其特征在于：机载频率分集阵列雷达目标和杂波数据采集：通过机载平台上的频率分集天线阵列接收目标、杂波和噪声的回波数据；正侧视机载频率分集阵列雷达的阵元个数为N，发射脉冲个数为K，阵元间隔为d，脉冲重复频率为fPRF，平台飞行方向为vp；对于目标接收的回波信号，经过下变频和匹配滤波后，进行接收端波束形成，可以得到接收到的慢速运动目标的空时快拍数据；其中，αt表示目标的复幅度，a(fa(ψt),fr(rt))、b(fd(ψt,vt))、aa(fa(ψt))和ar(fr(rt))分别表示目标的空域导向矢量、时域导向矢量、角度导向矢量和距离导向矢量，fa(ψt)＝dcos(ψt)/λ、fr(rt)＝-2Δfrt/c和fd(ψt,vt)＝2(vpcos(ψt)+vt)/(λfPRF)分别表示目标的角度频率、距离频率和归一化多普勒频率，ψt和rt分别表示目标的空间锥角和距离，Δf为频率增量，vt为目标相对于雷达平台的径向速度；FDA-STAP雷达任意距离门的杂波回波可以建模为均匀分布在整个角度域的所有独立杂波散射块的叠加；因此，不考虑距离模糊，FDA-STAP雷达接收到的单个距离门的空时杂波样本数据为其中，Nc表示单个距离门统计独立的杂波块的个数，a(fa(ψi),fr(ri))和b(fd(ψi,0))分别表示第i个杂波块的空域导向矢量和时域导向矢量，αi表示第i个杂波块的复幅度，ψi和ri分别为相应的空间锥角和距离；假设xn表示噪声，则机载平台频率分集阵列天线接收到的单个距离门整个接收到的包含目标、杂波和噪声的回波信号可以表示为x＝xt+xc+xn3。3.根据权利要求1所述的一种基于主瓣幅度响应控制的机载频率分集阵列雷达快速运动目标检测方法，其特征在于：快速运动目标角度多普勒散焦分析：公式1给出的是慢速运动目标的接收回波信号，这里与频率增量相关的额外部分的数值非常小可以忽略不计，但是对于机载频率分集阵列雷达观测的快速运动目标来说，与频率增量相关的部分的数值比较大，考虑不同阵元的载频不同，那么，目标的角度频率和归一化多普勒频率分别表示为2CN111999727A权利要求书2/4页其中，λn表示第n个发射阵元的载频，在这种情况下，第n个阵元和第k个脉冲接收的目标信号可以重新表示为其中，Δfa＝dΔfcos(ψt)/c表示角度调制频率，Δfd＝2(vpcos(ψt)+vt)Δf/(cfPRF)表示角度-多普勒散焦因子；因此，真实快速运动目标的空时导向矢量可以表示为其中，g1(ψt)和g2(ψt,vt)分别表示角度调制导向矢量和角度-多普勒散焦导向矢量，它们的具体表示形式为从公式7、8和9可以看出，不同于慢速运动目标，由于角度-多普勒散焦导向矢量的存在，使得快速运动目标在角度-多普勒域是散焦的。4.根据权利要求1所述的一种基于主瓣幅度响应控制的机载频率分集