一种基于MIMO体制的共形阵机载雷达杂波抑制方法 |
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申请号 | CN201610414677.9 | 申请日 | 2016-06-13 | 公开(公告)号 | CN107490791A | 公开(公告)日 | 2017-12-19 |
申请人 | 中国人民解放军空军预警学院; | 发明人 | 段克清; 谢文冲; 高飞; 陈辉; 王永良; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种基于MIMO体制的共形阵机载雷达杂波抑制方法。该方法结合MIMO体制雷达天线可形成等效虚拟阵列的特点,将MIMO体制用于机背圆环阵和机翼曲线阵共形阵机载雷达,并基于该阵列特点选择合适的STAP方法进行杂波抑制。本发明首先在机背上垂直放置一均匀线阵并发射全向 正交 信号 ,然后在机背上放置圆环阵或机翼上放置曲线阵用于接收,经匹配滤波后可形成等效虚拟圆柱阵或曲面阵;再选择合适STAP方法完成对杂波的抑制;最后对处理后数据进行CFAR检测。该方法不仅兼具MIMO体制和共形天线的优势,而且可克服传统圆柱阵 载荷 大和影响载机 气动 的缺点,以及传统机翼共形阵在 俯仰 维 角 分辨 力 差的缺点。 | ||||||
权利要求 | 1.一种基于MIMO体制的共形阵机载雷达杂波抑制方法,包括以下技术步骤: |
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说明书全文 | 一种基于MIMO体制的共形阵机载雷达杂波抑制方法技术领域[0001] 本发明涉及一种基于MIMO体制共形阵机载雷达的杂波抑制方法,特别适用于下一代采用共形阵天线的机载脉冲多普勒(PD)的雷达。 背景技术[0002] 现代战争对机载雷达的隐身能力、机动能力和目标探测能力都提出了越来越高的要求,共形阵天线可有效减小载机反射截面积,提升自身抗摧毁能力;通过采用与机身共形方式减少飞行阻力,提高载机的机动性;同时,共形阵单元指向各异,在相控阵波束扫描时增益下降和副瓣恶化并不明显,这些特点恰好满足上述要求。因此,共形阵机载雷达是下一代机载雷达发展的重要方向。 [0003] 目前较为典型的共形阵天线形式包括圆柱阵和机翼阵等。其中,圆柱阵天线放置于机背,圆柱形天线阵元在各方向指向不同,通过工作阵元切换机制完成全方位扫描,因此可保证各方为扫描波束波形一致,克服了平面相控阵大扫描角度时主瓣严重展宽和副瓣抬升的难题,但由于圆柱阵与机身本身并不是完全共形,因此负载重荷较大,且严重影响载机气动性;机翼阵天线分布于载机两翼,天线与机翼表面共形,通常采用端射的方式辐射电磁波,可实现水平向宽角度波束扫描,因此是较为理想的共形形式,但由于机翼垂直向尺寸很小,无法获得垂直向上的角分辨力。 [0004] 多输入多输出(MIMO)雷达是近几年来发展起来的一种新体制雷达,机载MIMO雷达因其具有优良的抗反辐射、抗干扰、反隐身和低慢速目标检测等性能,是未来新体制雷达发展的重要趋势,属于当前雷达技术研究的热点之一。MIMO体制的最显著特点是通过发射多个正交波形,再结合各接收通道的匹配滤波处理,形成孔径数倍大的新的虚拟阵列形式。比如,采用MIMO体制的两个平行线阵分别用于发射和接收,则等效形成一孔径更长的线阵。基于该特点,如果将MIMO体制与共形天线结合起来,能有望克服前述共形阵所存在固有的问题。同时,选择合适的空时自适应处理(STAP)方法对MIMO体制共形阵天线机载雷达杂波进行抑制,可实现该体制雷达的运动目标有效检测。 发明内容[0005] 本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处,将共形阵机载雷达采用MIMO体制,通过在垂直于机背向设置发射天线,在机背上放置圆环阵或机翼上放置共形曲线阵接收天线的方式,形成等效虚拟阵列,并选择合适STAP技术进行杂波抑制,从而实现机载雷达对运动目标的有效检测。本发明方案适用于下一代采用共形阵天线的机载预警雷达,特别是采用脉冲-多普勒体制的机载预警雷达和机载战场侦察监视雷达。 [0006] 为了实现上述的发明目的,本发明提供了一种基于MIMO体制共形阵机载雷达的杂波抑制方法,包括 以下技术步骤: [0008] (2)在载机其他部位放置共形接收天线用于信号接收,并进行匹配滤波处理; [0009] (3)根据线性约束最小输出功率准则,对各阵元所接收空时二维数据进行空时自适应处理,完成机载雷达对杂波的有效抑制; [0010] (4)对杂波抑制后数据进行CFAR处理,完成对运动目标的检测。 [0011] 其中,步骤(1)中发射天线采用M阵元均匀线阵天线,天线垂直放置于机背,各阵元间距为波长且发射全向正交波形。 [0012] 步骤(2)中接收天线采用N阵元共形天线,包括放置于机背上的圆环阵或两侧机翼上的曲线阵;接收天线各阵元间距为波长,各阵元对接收信号进行匹配滤波处理,处理后等效形成N×M维虚拟三维阵接收回波信号。 [0013] 步骤(3)中根据线性约束最小输出功率准则,对接收到的回波数据进行STAP处理,STAP处理在阵元-多普勒域进行,进而实现机载雷达对杂波的有效抑制。 [0015] 本发明的优点在于: [0016] (1)本发明基于MIMO体制,将一垂直线阵和一圆环阵等效形成虚拟圆柱阵列,既保留了圆柱阵和MIMO体制固有的优势,又解决了圆柱阵载重大和影响载机气动性能的问题。 [0017] (2)本发明基于MIMO体制,将一垂直线阵和两个机翼共形曲线阵等效形成两个二维曲面阵,既保留了机翼共形阵和MIMO体制固有的优势,又解决了机翼共形阵垂直向分辨力差的问题。 [0020] 图1是本发明的实施例的结构框图,图2是垂直线阵、圆环阵及其所形成虚拟圆柱阵列示意图,图3是垂直线阵、机翼共形曲线阵及其所形成虚拟曲面阵示意图。参照图1,本发明的实施例由机载雷达空域发射单元1、空域接收单元2、模数转换单元3、STAP处理单元4和CFAR处理单元5组成。上述的空域发射、空域接收、模数转换、STAP处理和CFAR处理均可在通用可编程信号处理板上编程实现。 具体实施方式[0021] 实施本发明的原理如下:机载MIMO雷达首先通过机背上垂直向天线发射正交信号,机身圆环阵(见 图2)或机翼曲线(见图3)共形阵天线经匹配滤波接收空域回波数据;然后进行模数转换,实现回波数据的数字化;再对接收空时二维数据进行STAP处理,完成对杂波的有效抑制;最后对输出结果进行CFAR处理,进而完成对运动目标的检测。 [0022] 假设机载MIMO雷达垂直发射天线阵元数为M,方位接收天线阵元数为N,一个相干脉冲重复间隔内接收到K个脉冲,实例中M=3,N=8,K=128,接收天线阵元间距dR和dT均等于波长λ,下面结合图2和实例说明一下整个发明的详细步骤: [0023] (1)空域发射单元1在垂直向天线发射M×1维正交信号,每个阵元发射K个相干脉冲; [0024] (2)空域接收单元2在水平向天线N路利用匹配滤波器进行滤波处理,等效于形成虚拟圆柱阵列接收回波(见图2),最终得到NMK×1维的回波数据信号X: [0025] Xl=Cl+Nl (1) [0026] 其中,l表示第l个距离门,N表示噪声信号,C表示杂波信号,且有[0027] [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] 其中,Nc表示一个距离环内杂波块个数,L表示距离门个数,βi表示杂波块对于幅度,θi和 分别表示主波束方位角和俯仰角,dT和dR分别为发射天线和接收天线阵元坐标位置指向矢量,Fd为多普勒频率,Tr为脉冲重复周期,Sst和Ssr分别为发射天线和接收天线对应的空域导向矢量,St为时域导向矢量, 为Kronecker积。 [0033] (3)由雷达所接收到的回波信号进行下变频处理,然后在模数转换单元3进行模数变换,并将数字化后的回波数据存储到系统中。 [0034] (4)STAP处理单元4对空时接收数据进行杂波抑制处理,STAP自适应权值可表示为[0035] W=μRz-1Sz (7) [0036] 其中, 表示权值的常系数,Rz=THRT表示进行离散傅里叶变换后的杂波协方差矩阵,Sz=THST表示离散傅里叶变换后的空时二维导向矢量,T为时域变换矩阵,表示虚拟平面阵列对应的空时导向矢量。 [0037] (5)CFAR处理单元5对自适应处理后的数据进行CAFR处理,进而完成相控阵机载雷达对运动目标的检测处理。处理完后的数据就可以输入到终端设备显示。 |