[發明專利]基于雜波映射的自適應波束形成方法

有效

• 申請號: 201810736769.8
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108845298B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 糾博;劉宏偉;王春蕾;王鵬輝;張磊
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/36
• 分類號: G01S7/36;G01S7/41
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發明公開了一種基于雜波映射的自適應波束形成方法。解決了雷達自適應波束形成過程中使用小樣本更精準地估計一個距離門的協方差矩陣的問題。實現過程包括：構造克羅內克積投影矩陣D；雷達以MIMO形式發射正交波形并接收回波做匹配濾波；計算各距離門的感知投影；以相控陣形式發射波形并接收回波做匹配濾波；計算各參考距離門相控陣投影；計算目標距離門相控陣投影；估計目標距離門理想協方差矩陣；設計自適應波束形成濾波器并波束形成。本發明先感知雜波場景獲得先驗知識，再更為精準地估計一個距離門的協方差矩陣，據此設計波束形成濾波器并波束形成。本發明計算量小，設計的波束形成濾波器效果好，可應用于地基雷達的波束形成。

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，主要涉及自適應波束形成方法，具體是一種基于雜波映射的自適應波束形成方法，用于針對一個距離門進行空域雜波抑制的自適應波束形成。

背景技術

相控陣雷達是一種新型的有源電掃陣列多功能雷達。具有空域掃描精準而高速，目標更新速率高，多目標追蹤能力強，分辨率高，電子對抗能力強等特點。相控陣雷達往往使用天線主瓣方向導向矢量的匹配濾波器作為接收權，對回波信號進行加權接收，從而增強目標方向的回波而抑制其他方向的回波，這個過程就是波束形成過程。

傳統相控陣的波束形成濾波器是固定的，就是天線主瓣方向的導向矢量的匹配濾波器，則傳統相控陣的波束形成濾波器的響應也是固定的。但是雜波在空域往往是不均勻的，常常有強雜波從其所在方向進入雷達接收機，而波束形成濾波響應在這些方向不能抑制強雜波，導致目標回波淹沒在強雜波之中，這對于后期的目標檢測和目標跟蹤是十分不利的。

由于上述缺點，自適應波束形成濾波器被提出并應用于相控陣雷達的波束形成。自適應波束形成的設計關鍵在于對目標距離門的理想協方差矩陣的估計。若能準確地估計目標距離門的理想協方差矩陣，則可設計出均方誤差意義下的最優波束形成濾波器。使用設計所得的濾波器，可對經過匹配濾波的回波數據進行波束形成，后續的目標檢測和目標跟蹤都是建立在波束形成之上的。若波束形成過程中能大幅提高信雜噪比，則目標檢測和目標跟蹤的效果會有明顯提升。

理想協方差矩陣一直是自適應濾波器設計的關鍵點。人們普遍使用訓練數據計算采樣協方差矩陣，并將采樣協方差矩陣作為理想協方差矩陣的估計，設計自適應濾波器。采樣協方差矩陣雖然可以在數據量無限大的情況下，無限逼近于理想協方差矩陣，但在現實情況下能夠得到的數據量是很有限的。數據量少的訓練數據集稱為小樣本，利用小樣本估計理想協方差矩陣是實際中急需解決的問題，但目前的估計算法或是效果不佳，或是運算量過大，均不適合實際應用。

對于波束形成問題，人們一方面不斷地研究關于小樣本估計理想協方差矩陣的算法，另一方面人們使用目標距離門附近的距離門的數據來擴充訓練數據，獲得更多的訓練數據，進而更為準確地估計目標距離門的理想協方差矩陣，并且開發了很多挑選數據的算法。但是由于不同距離門間的雜波場景往往是非均勻的，故而常常造成較大的理想協方差矩陣的估計誤差，從而導致自適應波束形成濾波器的性能不佳。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出一種運算量小，雜波抑制效果更好的基于雜波映射的自適應波束形成方法。

本發明是一種基于雜波映射的自適應波束形成方法，其特征在于，包括有如下步驟：

1)構建克羅內克積投影矩陣D：陣列天線雷達的陣元個數為M，對陣列天線的方位角劃分網格Θ＝{θ₁,...,θ_L}，其中L是方位角網格數量，要求LM；然后求網格Θ中每個方位角θ_l(l＝1,2,...,L)的導向矢量共軛和導向矢量的克羅內克積，接著對這L個克羅內克積做施密特正交化得到克羅內克積投影矩陣D，D的維度是M²×B，其中B是投影矩陣D的基的個數；