载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法及装置
阅读：61发布：2020-05-13
专利汇可以提供载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种载机俯冲下基于DDD-3DT的低空 风 切变风速估计方法及装置，涉及 机载气象雷达 气象目标检测技术的技术领域，上述方法包括：获取待测距离单元的第一雷达回波 信号 以及先验信息；基于待测距离单元的第一雷达回波信号以及先验信息，对载机速度进行补偿以获取第二雷达回波信号；基于第二雷达回波信号利用直接数据域 算法 抵消风切变信号以获取第三雷达回波信号；基于第二雷达回波信号、第三雷达回波信号、先验信息对白噪声信号以及地杂波信号进行抑制以提取风切变信号；基于风切变信号对待测距离的载机俯冲下的低空风切变风速进行估计。利用本发明提供的方法可以对载机俯冲情况下的风切变速率进行估计，提高了载机飞行的安全性和可靠性。，下面是载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法及装置专利的具体信息内容。
1.一种载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法，其特征在于，包括：
S1：获取待测距离单元的第一雷达回波信号以及先验信息，所述第一雷达回波信号包括风切变信号、白噪声信号以及地杂波信号；
S2：基于待测距离单元的第一雷达回波信号以及所述先验信息，对载机速度进行补偿以获取第二雷达回波信号；
S3：基于所述第二雷达回波信号利用直接数据域算法抵消所述风切变信号以获取第三雷达回波信号；
S4：基于所述第二雷达回波信号、所述第三雷达回波信号、所述先验信息利用DDD-3DT方法对所述白噪声信号以及所述地杂波信号进行抑制以提取所述风切变信号；
S5：基于所述风切变信号对待测距离的载机俯冲下的低空风切变风速进行估计。
2.根据权利要求1所述的载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法，其特征在于，所述S4：基于所述第二雷达回波信号、所述第三雷达回波信号、所述先验信息利用DDD-3DT方法对所述白噪声信号以及所述地杂波信号进行抑制以提取所述风切变信号的步骤包括：
S401：基于所述第三雷达回波信号，利用直接数据域算法滤除待测距离单元内低空风切变信号并进行滑窗来建立多个训练样本；
S402：依据所述训练样本建立空时域滑窗矢量并对所述空时域滑窗矢量利用DDD-3DT方法对进行降维处理；
S403：基于降维后的空时域滑窗矢量获取杂波协方差矩阵；
S404：基于所述杂波协方差矩阵以及所述第二雷达回波信号利用最小方差准则求取所述待测距离单元的普勒检测通道的最优权矢量以完成地杂波的抑制以及提取所述风切变信号。
3.根据权利要求1所述的载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法，其特征在于，所述S402：依据所述训练样本建立空时域滑窗矢量并对所述空时域滑窗矢量利用DDD-3DT方法对进行降维处理的步骤包括：
S4021：获取所有训练样本并进行切比雪夫加权DFT变换以获取所述待测单元的多普勒主通道以及多普勒辅助通道的DFT权；
S4022：基于所述待测单元的多普勒主通道以及多普勒辅助通道的DFT权获取DDD-3DT方法的加权降维变换矩阵以实现对所述空时域滑窗矢量的降维处理。
4.根据权利要求3述的载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法，其特征在于，所述S5：基于所述风切变信号对待测距离的风场速度进行估计的步骤包括：
S501：基于所述最优权矢量以及所述最优权矢量对第二雷达回波信号进行地杂波抑制；
S502：基于所述代价函数的最大值获取第一多普勒频率，基于所述第一多普勒频率以及所述先验信息对待测距离单元的风场速度进行估计。
5.一种载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计装置，其特征在于，包括：
信号获取模块：用于获取待测距离单元的第一雷达回波信号以及先验信息，所述第一雷达回波信号包括风切变信号、白噪声信号以及地杂波信号；
速度补偿模块：用于基于待测距离单元的第一雷达回波信号以及所述先验信息，对载机速度进行补偿以获取第二雷达回波信号；
风切变信号抵消模块：用于基于所述第二雷达回波信号利用直接数据域算法抵消所述风切变信号以获取第三雷达回波信号；
地杂波抑制模块：基于所述第二雷达回波信号、所述第三雷达回波信号、所述先验信息利用DDD-3DT方法对所述白噪声信号以及所述地杂波信号进行抑制以提取所述风切变信号；
风切变风速估计模块：基于所述风切变信号对待测距离的载机俯冲下的低空风切变风速进行估计。
载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及风速测算技术领域，尤其是涉及一种低空风切变风速估计方法。
背景技术
[0002] 低空风切变是一种能够引起空难事故的灾难性天气，它具有危害极大、破坏力强、持续时间短、变化多端等特点。低空风切变多发生在飞机的起飞和进近阶段，由于载机飞行高度比较低，在飞行员无法及时调整姿态时，很有可能导致空难事故的发生，这对民航飞行安全的威胁尤为巨大。当机载气象雷达在检测低空风切变时，由于处于下视工作模式而在测得的信号中含有大量杂波，致使风切变信号淹没在杂波环境中，因此为检测低空风切变，首先就要对地杂波进行抑制。在实际的复杂飞行环境下，当飞机受到空气中强气流、机动飞行(如转弯)等影响时，机载平台运动状态复杂，使得飞机可能会存在速度俯冲运动状态。载机速度俯冲会导致杂波谱将在时域展增宽进而影响地杂波的回波特性，使得杂波谱变得更加复杂。并且随着载机俯冲角度的增大，远程杂波距离依赖性会变得严重，导致能够用来估计待测距离单元杂波协方差矩阵的参考距离单元数减少，增加地杂波抑制难度，使得后续风速估计变得更加困难，严重影响低空风切变的检测。因此，研究载机俯冲下的低空风切变风速估计具有重要意义。
[0003] 当前低空风切变风速估计方法主要有利用模式分析的扩展Prony方法、基于压缩感知的低空风切变风速估计方法、基于空时自适应处理(Space-time Adaptive Processing,STAP)的低空风切变风速估计方法，基于M-CAP的低空风切变风速估计方法。第一种方法通过建立地杂波与低空风切变信号的双谱模型，能够有效地在地杂波背景中识别风切变信号；压缩感知方法在脉冲数较少且信噪比较低时实现风速的精确估计；STAP方法能够自适应抑制地杂波并精确估计风场速度；后两种方法采用了降维结构，不仅降低了运算量，且能够有效对风速进行估计；但是上述方法并没有考虑载机速度俯冲这一误差，在载机俯冲情况下机载气象雷达低空风切变检测研究还未有文献报道。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法及装置，以缓解了现有技术中存在的无法针对于载机俯冲情况下机载气象雷达低空风切变进行检测的技术问题。
[0005] 本发明提供了一种载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法，按照如下步骤进行：
[0006] 一种载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法，包括：
[0007] S1：获取待测距离单元的第一雷达回波信号以及先验信息，所述第一雷达回波信号包括风切变信号、白噪声信号以及地杂波信号；
[0008] S2：基于待测距离单元的第一雷达回波信号以及所述先验信息，对载机速度进行补偿以获取第二雷达回波信号；
[0010] S4：基于所述第二雷达回波信号、所述第三雷达回波信号、所述先验信息利用DDD-3DT方法对所述白噪声信号以及所述地杂波信号进行抑制以提取所述风切变信号；
[0011] S5：基于所述风切变信号对待测距离的载机俯冲下的低空风切变风速进行估计；
[0012] 优选的，所述S4：基于所述第二雷达回波信号、所述第三雷达回波信号、所述先验信息利用DDD-3DT方法对所述白噪声信号以及所述地杂波信号进行抑制以提取所述风切变信号的步骤包括：
[0013] S401：基于所述第三雷达回波信号，利用直接数据域算法滤除待测距离单元内低空风切变信号并进行滑窗来建立多个训练样本；
[0014] S402：依据所述训练样本建立空时域滑窗矢量并对所述空时域滑窗矢量利用DDD-3DT方法对进行降维处理；
[0015] S403：基于降维后的空时域滑窗矢量获取杂波协方差矩阵；
[0016] S404：基于所述杂波协方差矩阵以及所述第二雷达回波信号利用最小方差准则求取所述待测距离单元的普勒检测通道的最优权矢量以完成地杂波的抑制以及提取所述风切变信号。
[0017] 优选的，所述S402：依据所述训练样本建立空时域滑窗矢量并对所述空时域滑窗矢量进行降维处理的步骤包括：
[0018] S4021：获取所有训练样本并进行切比雪夫加权DFT变换以获取所述待测单元的多普勒主通道以及多普勒辅助通道的DFT权；
[0019] S4022：基于所述待测单元的多普勒主通道以及多普勒辅助通道的DFT 权获取DDD-3DT方法的加权降维变换矩阵以实现对所述空时域滑窗矢量的降维处理。
[0020] 优选的，所述S5：基于所述风切变信号对待测距离的风场速度进行估计的步骤包括：
[0021] S501：基于所述最优权矢量以及所述最优权矢量对第二雷达回波信号进行地杂波抑制；
[0022] S502：基于所述代价函数的最大值获取第一多普勒频率，基于所述第一多普勒频率以及所述先验信息对待测距离单元的风场速度进行估计；
[0023] 一种载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计装置，包括：
[0024] 信号获取模块：用于获取待测距离单元的第一雷达回波信号以及先验信息，所述第一雷达回波信号包括风切变信号、白噪声信号以及地杂波信号；
[0025] 速度补偿模块：用于基于待测距离单元的第一雷达回波信号以及所述先验信息，对载机速度进行补偿以获取第二雷达回波信号；
[0026] 风切变信号抵消模块：用于基于所述第二雷达回波信号利用直接数据域算法抵消所述风切变信号以获取第三雷达回波信号；
[0027] 地杂波抑制模块：基于所述第二雷达回波信号、所述第三雷达回波信号、所述先验信息利用DDD-3DT方法对所述白噪声信号以及所述地杂波信号进行抑制以提取所述风切变信号；
[0028] 风切变风速估计模块：基于所述风切变信号对待测距离的载机俯冲下的低空风切变风速进行估计。
[0029] 本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供了一种载机俯冲下基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法及装置，涉及机载气象雷达气象目标检测技术的技术领域，上述方法包括获取待测距离单元的第一雷达回波信号以及先验信息，第一雷达回波信号包括风切变信号、白噪声信号以及地杂波信号；获基于待测距离单元的第一雷达回波信号以及先验信息，对载机速度进行补偿以获取第二雷达回波信号；基于所述第二雷达回波信号利用直接数据域算法抵消所述风切变信号以获取第三雷达回波信号；基于第二雷达回波信号、第三雷达回波信号、先验信息对白噪声信号以及地杂波信号进行抑制以提取风切变信号；基于风切变信号对待测距离的载机俯冲下的低空风切变风速进行估计。利用本发明提供的方法可以对载机俯冲情况下的风切变速率进行估计，提高了载机飞行的安全性和可靠性。
[0030] 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0031] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0032] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033] 图1为本发明实施例提供的基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法流程图；
[0034] 图2为本发明实施例提供的三维数据块模型；
[0035] 图3为本发明实施例提供的二维数据块模型；
[0036] 图4为本发明提供载机俯冲下机载前视阵几何模型图；
[0037] 图5为本发明提供的直接数据域算法原理图；
[0038] 图6为本发明提供的DDD-3DT处理器的结构图；
[0039] 图7(a)为本发明提供的载机俯冲角6°时雷达回波信号空时二维谱；
[0040] 图7(b)为本发明提供的载机俯冲角10°时杂波空时二维谱；
[0041] 图7(c)为本发明提供的载机俯冲角15°时杂波空时二维谱；
[0042] 图8为本发明方法在不同速度俯冲角度下的性能对比图；
[0043] 图9为本发明方法在本发明实施例提供的基于DDD-3DT的低空风切变风速估计装置结构图。
具体实施方式
[0044] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045] 目前尚无一种方法能够对载机俯冲下的低空风切变风速进行估计，基于此，本发明实施例提供的一种基于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法及装置，可以对载机俯冲下的低空风切变风速进行估计。
[0046] 为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种于 DDD-3DT的低空风切变风速估计方法进行详细介绍。
[0047] 如图1所示，本发明提供的于DDD-3DT的低空风切变风速估计方法按照如下步骤：
[0048] S1：获取待测距离单元的第一雷达回波信号以及先验信息，所述第一雷达回波信号包括风切变信号、白噪声信号以及地杂波信号；
[0050] 具体的，图4为载机俯冲情况下机载前视阵模型。其中参考坐标系的原点设在飞机(也称载机平台)的正下方，在飞机机身垂直的方向均匀放置N个阵元(或是由面阵经过微波合成的等效线阵结构)，天线阵元间距均为 d＝0.5λ，其中λ为机载气象雷达工作波长。设飞机的速度为V，其飞行高度为H。设机载气象雷达系统脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency,PRF) 为fr，一个相干处理时间(Coherent Processing Interval,CPI)内有K个脉冲。θl,m为地杂波散射单元的水平方位角， 为地杂波散射单元俯仰角。θ0为风场信号的水平方位角， 为风场信号的俯仰角。当飞机做俯冲运动时，俯冲角的存在使得载机平台不仅具有水平速度分量还会有垂直向下的速度分量，其中γ为在XOZ平面飞机飞行方向与X轴方的夹角，即飞机俯冲角。
[0051] 第l个待测距离单元内的回波信号用Xl来表示，其回波信号模型为
[0052] Xl＝Sl+Cl+Nl (1)
[0053] Xl-第l个待测距离单元的第一雷达回波信号；
[0054] Sl-第l个待测距离单元的风切变信号；
[0055] Cl-第l个待测距离单元的地杂波回波信号；
[0056] Nl-第l个待测距离单元的高斯白噪声信号；
[0057] 结合图2以及图3所示，通常在理想情况下，散射源与机载气象雷达天线系统的斜距决定了雷达回波信号的存储位置。将机载气象雷达的工作范围按照散射源与雷达距离的不同划分成多个环形块区域，这些环形块区域称为距离单元或者距离门。处在同一个距离单元的所有散射点与雷达之间距离是一样的，且同一距离单元内的所有散射点雷达回波信号到达雷达接收天线的时间是一样的，所以在机载气象雷达的一次快拍回波信号中实际上包含某一距离单元内所有散射点的回波信号的矢量叠加。机载气象雷达的回波信号通常由如2图的数据块表示，它包含空间阵元维、快时间距离维、慢时间脉冲维三个维度。其中，空间阵元维表示不同天线阵元接收的相同脉冲对某个距离单元的采样，快时间距离维表示某个天线阵元接收的相同脉冲对不同距离单元的采样，慢时间脉冲维表示某一天线阵元接收的不同脉冲对某个距离的采样，则雷达接收的第l(l＝1,2,…,L)个距离单元的空时二维信号可写为一个N行K列的矩阵：
[0058]
[0059] 其中Xl(n,k)为第n个天线阵元第k个脉冲接收的第l个距离单元数据。
[0060] 在机载气象雷达信号处理中，通常将单个距离单元的空间阵元维和慢时间脉冲维的二维接收数据排成一个NK×1的列向量，则机载气象雷达的三维接收数据可写成二维格式，则第l个待测距离单元内的回波数据用Xl来表示，可写为：
[0061]
[0062] 在上式(2)中，进一步的，上述Sl可表示为：
[0063]
[0064]
[0065]
[0066] 在公式(4)至公式(6)中， 为Kronecker积，⊙为Hadamard积。Γ为第l个待测距离单元的风场回波复幅度，ψ0为风场信号空间锥角，且 fd为该距离单元内风切变信号的归一化多普勒中心频率。 Hl(fd,ψ0)NK×1为待测距离单元内的风切变信号的空时导向矢量，Ht(fd)K×1为时域导向矢量，Hs(ψ0)N×1为空域导向矢量。
为风场信号的频率扩展函数，
为风场信号的角度扩展函数。其中
表示θ0方向上的角度扩展， 表示 方向上
的角度扩展。
为风场信号的频率扩展函数，
为风场信号的角度扩展函数。其中
表示θ0方向上的角度扩展， 表示 方向上
的角度扩展。
[0067] 在本发明提供的实施例中，将第l个待测距离单元内的地杂波沿水平方位角均匀分成Mc个地杂波散射单元，如图4所示，其中的杂波散射单元为第m个地杂波散射单元，且该杂波散射单元的俯仰角和水平方位角分别为 和θl,m，则该杂波散射单元的时间角频率和空间角频率分别为 和 并有
[0068]
[0069]
[0070] 设 为第l个距离门单元所有地杂波散射单元第n个天线阵元的第k 个发射脉冲的杂波回波信号：
[0071]
[0072] 其中，Bi为杂波单元的反射系数；F(θl,m)为天线方向图；Rl为第l个距离门的杂波散射单元相对于载机的距离。
[0073] S2：基于待测距离单元的第一雷达回波信号以及所述先验信息，对飞机速度进行补偿以获取第二雷达回波信号；
[0074] 具体的，为了消除载机速度对测量结果造成的误差，利用先验信息求出载机平台运动带来的多普勒频偏，并对第一雷达回波信号进行载机速度补偿，即：
[0075] Xll＝Xle-jΩ (10)
[0076] 其中Xl表示第l个待测距离单元的雷达回波数据， 为多普勒频偏，Xll表示第l个待测距离单元内经过速度补偿后的第二雷达回波信号。
[0077] S3：基于所述第二雷达回波信号抵消所述风切变信号以获取第三雷达回波信号；
[0078] 具体的，本发明提供的实施例中首先采用直接数据域算法对基于所述第二雷达回波信号、所述第一雷达回波信号、所述先验信息进行处理，直接数据域算法首先是在空域、时域、空时域对待测距离单元的雷达回波数据进行低空风切变目标滤波，然后在空域和时域选取一定的步长在空域和时域进行前后向滑窗来获得足够的训练样本。
[0079] 具体的，第l个待测距离单元内经过速度补偿后的第二雷达回波信号用 Xll表示：
[0080]
[0081] 进一步的，对第l个待测距离单元中的第一雷达回波信号，沿空域，时域和空时域对低空风切变信号矩阵分别作空域、时域、和空时域的两脉冲 (两阵元)相消滤除第二雷达回波信号中的风切变信号，可以得到第三雷达回波信号：
[0082]
[0083] 其中，矩阵Xl1由矩阵Xll的前N-1行矢量构成，矩阵Xl2由矩阵Xll的后 N-1行矢量构成，矩阵Xl3由矩阵Xll的前K-1列构成，矩阵Xl4由矩阵Xll的后K-1列矢量构成，矩阵Xl5由矩阵Xll的前N-1行的前K-1列矢量构成，矩阵Xl6由矩阵Xll的后N-1行的后K-1列矢量构成。ωs(ψ0)和ωt(fd)分别为空间角频率和时间角频率，也为风切变信号沿空域和时域的相位差，其表达式为
[0084]
[0085] 在本发明提供的实施例中，XlS为(N-1)×K维、XlT为N×(K-1)维、XlST为 (N-1)×(K-1)维，XlS、XlT和XlST分别为在空域、时域、空时域相消滤除第二雷达回波信号中的风切变信号后的矩阵。
[0086] S4：基于所述第二雷达回波信号、所述第三雷达回波信号、所述先验信息利用DDD-3DT方法对所述白噪声信号以及所述地杂波信号进行抑制以提取所述风切变信号；
[0087] S401：基于所述第三雷达回波信号，对其进行滑窗来建立多个训练样本；
[0088] 设空域和时域滑窗的步长分别为ND和KD。需要说明的是，天线阵元位置会对杂波信号造成一定的影响，在本发明的实施例中，采取多次采样以消除天线阵元位置对杂波信号的影响；
[0089] 具体的，在本发明提供的实施例中采用直接数据域算法，则按照图5 所示的规则，对XlS、XlT和XlST这些数据矩阵进行前后向空时域滑窗可得到 LD个训练样本，LD的计算公式为：
[0090] LD＝2((N-ND)(K-KD+1)+(N-ND+1)(K-KD)+(N-ND)(K-KD)) (14)
[0091] 基于第三雷达回波信号中XlS进行空时域滑窗可得到位于(nD,kD)的空时域滑窗矢量，可用下式表示
[0092]
[0093] 其中， 表示沿着矩阵列的方向将矩阵的后一列放在前一列，以此类推最后将矩阵拉成一个列矢量，
[0094] nD＝1，…,(N-1)-ND+1，
[0095] kD＝1,…,K-KD+1。
[0096] 对矩阵XlT和XlST也按照图5所示的滑窗方式进行空时域滑窗得到类似式(15)的空时域滑窗矢量。由于沿着空域和时域所得到的数据具有同样的分布特性，因此可以将在空时域滑窗得到的LD个数据样本作为训练样本，并记为 lD＝1,2,...LD。
[0097] S402：依据所述训练样本建立空时域滑窗矢量并对所述空时域滑窗矢量利用DDD-3DT方法对进行降维处理；
[0098] 如图6所示，ND为天线阵元数量，q为检测的多普勒主通道，左边第q-1 个多普通通道和右边第q+1个多普勒通道为辅助通道；
[0099] S4021：获取所有训练样本并进行切比雪夫加权DFT变换以获取所述待测单元的多普勒主通道以及多普勒辅助通道的DFT权；
[0100] 需要说明的是，在本发明提供的实施例中，对空时域滑窗矢量采用 DDD-3DT方法进行降维处理，在本方法中首先对ND个阵元的每个多普勒通输出进行K点加权DFT变换，在检测第q个多普勒通道时，取左边第q-1和右边第q+1的检测多普勒通道作为辅助多普勒通道，对数据进行空时域的联合自适应处理，并构造空时联合降维变换矩阵对待测距离单元内的雷达回波数据进行降维处理，然后求得最优权矢量完成自适应滤波，实现地杂波的抑制以及风速估计；
[0101] 具体的，在这里假设风场方位角已知，设第q(q＝1,2,…,K)个多普勒通道搜索波束的归一化多普勒频率为fq(fq∈[-1,1])，其取值范围为[-1,1]。将直接数据域算法滑窗得到的消除掉风切变信号的所有训练数据 输入到该处理器中进行切比雪夫加权DFT变换，则可以得到第q个主通道、第q-1个和第q+1个辅助多普勒通道的空域接收信号，则：
[0102]
[0103]
[0104]
[0105] 其中，Wtq、Wtq-1和Wtq+1分别表示第q个多普勒主通道、第q-1个和第 q+1个辅助多普勒通道的DFT权， 为ND阶空域单位矩阵，又因为低空风切变为分布式目标，所以在这里的DFT权需要考虑风场信号的多普勒扩展，则：
[0106]
[0107] 其中[bt1 bt2 … btK]T表示DFT变化的切比雪夫加权矢量，这样可以有效削减时域旁瓣杂波，使得杂波仅限于特定多普勒通道内。
[0108] S4022：基于所述待测单元的多普勒主通道以及多普勒辅助通道的DFT 权获取DDD-3DT方法的加权降维变换矩阵以实现对所述空时域滑窗矢量的降维处理。
[0109] 在此 在这里为降维矩阵，则可以求得DDD-3DT方法的加权降维变换矩阵，其表达式为
[0110]
[0111] 所以对数据 进行降维变化可以得到一个新的矢量Zlq，其表达式为
[0112]
[0113] S403：基于降维后的空时域滑窗矢量获取杂波协方差矩阵；
[0114] 在本发明提供的实施例中，根据矢量Zlq可以得到第l个待测距离单元内第q个主通道的杂波协方差矩阵；
[0115]
[0116] S404：基于所述杂波协方差矩阵以及所述第二雷达回波信号利用最小方差准则求取所述待测距离单元的普勒检测通道的最优权矢量以完成地杂波的抑制以及提取所述风切变信号。
[0117] 第l个待测距离单元内第q个多普勒通道的最优权矢量Wlq为:
[0118]
[0119] 该权矢量能够自适应抑制第l个待测距离单元内第q个多普勒通道内的地杂波，同时还能积累阵列天线主瓣方向上的风切变信号。
[0120] 其中βlq为第l个待测距离单元内第q个多普勒通道的风切变信号的空时导向矢量，其表达式为：
[0121]
[0122] 其中ρq-1、ρq+1为常数，表示为辅助通道相对于检测通道的归一化增益，其表达式为：
[0123]
[0124] 其中βs(ψ0)为风切变信号的空间导向矢量，βtq为第q个多普勒通道的时间导向矢量，且有：
[0125]
[0126]
[0127] 根据线性约束最小方差准则对第l个待测距离单元内第q个多普勒通道的最优权矢量Wlq进行求解，可描述为以下数学优化问题
[0128]
[0129] S501：基于所述最优权矢量以及所述第三雷达回波信号建立代价函数并获取所述代价函数的最大值；
[0130] 第l个待测距离单元内风切变信号的多普勒频率可用下式作为代价函数来进行估计
[0131]
[0132] 其中Xll1为对第二雷达回波信号经过空时域滑窗得到的信号。
[0133] 基于所述代价函数的最大值获取第一多普勒频率，基于所述第一多普勒频率以及所述先验信息对待测距离单元的风场速度进行估计。
[0134] S502：基于所述代价函数的最大值获取第一多普勒频率，基于所述第一多普勒频率以及所述先验信息对待测距离单元的风场速度进行估计。
[0135] 具体的，当代价函数达到最大时，所对应的即为参数估计结果。求出该待测距离单元内低空风切变风速的估计值 则 表达式为：
[0136]
[0137] -第一多普勒频率；
[0138] fr-机载雷达脉冲重复频率；
[0139] 实施例二：
[0140] 本发明实施例二提供了一种基于DDD-3DT的低空风切变风速估计装置，包括：
[0141] 信号获取模块：用于获取待测距离单元的第一雷达回波信号以及先验信息，所述第一雷达回波信号包括风切变信号、白噪声信号以及地杂波信号；
[0142] 速度补偿模块：用于基于待测距离单元的第一雷达回波信号以及所述先验信息，对载机速度进行补偿以获取第二雷达回波信号；
[0143] 风切变信号抵消模块：用于基于所述第二雷达回波信号利用直接数据域算法抵消所述风切变信号以获取第三雷达回波信号；
[0144] 地杂波抑制模块：基于所述第二雷达回波信号、所述第三雷达回波信号、所述先验信息利用DDD-3DT方法对所述白噪声信号以及所述地杂波信号进行抑制以提取所述风切变信号；
[0145] 风切变风速估计模块：基于所述风切变信号对待测距离的载机俯冲下的低空风切变风速进行估计。
[0146] 结合图7，本发明提供的实施例对载机俯冲角6°时雷达回波信号空时二维谱、载机俯冲角10°杂波空时二维谱以及载机俯冲角15°杂波空时二维谱进行了展示，具体仿真数据如下：
[0147] 低空风切变风场位于飞机正前方8.5～16.5km处，载机速度87.5m/s，高度600m，天线阵为阵元数8相干处理脉冲数64的均匀线阵，主瓣方向对准90°，雷达工作波长0.05m，脉冲重复频率7KHz，最小可分辨距离150 m，信噪比5dB，杂噪比40dB。
[0148] 结合图7以及图8，本发明提供的方法及装置达到了如下的技术效果：：
[0149] 1)实现了对载机俯冲情况下的风切变风速的估计；
[0150] 2)采用多个训练样本实现了多次采样，减少了由于阵元位置对杂波信号的影响，减小了误差。
[0151] 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围
[0152] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0153] 附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/ 或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0154] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0155] 另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0156] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0157] 最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
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