本發(fā)明屬于雷達地面雜波處理
技術領域：
，特別涉及一種機載三維異構陣的雷達地面雜波回波獲取方法，適用于不限制陣面形狀情況下地面雜波回波的獲取。
背景技術：
：陣列天線是由若干個天線單元按照一定的組合方式排列在一起的，按照排列方式的不同，陣列天線可分很多情況：直線陣、平面陣、圓環(huán)陣、圓柱陣等等。對于前述陣面形狀規(guī)則，陣元排列比較有規(guī)律的陣列天線，現(xiàn)有的研究技術已經相當成熟，但因其形狀固定依然有著許多不足：例如在很多小型高機動平臺上難以安裝，空氣動力學性能不佳，掃描角度有限，天線性能不高等。而三維異構陣的提出為上述問題提供了很好的解決方案。由于三維異構陣屬于最廣義的陣列形式，因此需要建立具有更一般意義的統(tǒng)一雜波模型，以滿足三維異構陣帶來的任意陣型的雜波建模要求；而關于機載三維異構陣的地面雜波回波研究成果將對各類機載雷達雜波特性分析和雜波抑制處理均有普遍參考意義，在新一代預警機雷達、高速戰(zhàn)機火控雷達、智能蒙皮雷達、新一代戰(zhàn)場監(jiān)視和偵察雷達有著廣泛的應用前景。盡管三維異構陣有著諸多優(yōu)點，但由于機載三維異構陣的地面雜波回波仿真存在諸多困難，關于機載三維異構陣的地面雜波回波建模的研究還很少：由于不同天線單元所在的位置不同，其軸線方向也不同，方向圖是有區(qū)別的，這就破壞了方向性乘積原理成立的條件。因此，三維異構陣的方向圖不能表示成一個顯式。而且三維異構陣在掃描時，由于有曲面載體的遮擋作用，必須斷開或者改善對主波束無貢獻的單元激勵，這樣勢必增加饋電網絡的有效性。此外，目前關于地面雜波回波的模型往往沒有考慮不同陣元間的視角相關性；機載三維異構陣中的陣元可能相距較遠，相對于地面同一散射點的視角有所不同，會使得不同陣元接收到的關于同一散射點的回波去相關，所以相對一般陣面更容易產生視角去相關的情況，導致機載三維異構陣接收到的雜波去相關，進而更加難以抑制。技術實現(xiàn)要素：針對以上現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種機載三維異構陣的地面雜波回波獲取方法，該種機載三維異構陣的地面雜波回波獲取方法在地面雜波回波建模時考慮了視角去相關，且不限制陣元排列方式，是一種較為通用的機載三維異構陣地面雜波回波獲取方法為達到上述技術目的，本發(fā)明采用如下技術方案予以實現(xiàn)。一種機載三維異構陣的雷達地面雜波回波獲取方法，包括以下步驟：步驟1，確定包含N個陣元的三維異構機載雷達陣面，并以三維異構機載雷達載機垂直投影到地面上的點為原點建立直角坐標系，所述三維異構機載雷達載機為1×3維，然后分別獲取以包含N個陣元的N×3維全陣元坐標矩陣Ep和N×3維全陣元指向矩陣Ed；N為三維異構機載雷達陣面包含的陣元數(shù)，并且所述全陣元坐標矩陣Ep的第n行表示第n個陣元的位置坐標，所述全陣元指向矩陣Ed的第n行表示第n個陣元的單位法向量，n∈{1,2,…,N}；步驟2，選取距離三維異構機載雷達載機為R處的地面雜波環(huán)，并將所述雜波環(huán)均勻分成M個雜波塊；步驟3，利用M個雜波塊，得到三維異構機載雷達載機指向M個雜波塊的歸一化雜波方向矩陣C，所述歸一化雜波方向矩陣C為M×3維矩陣，其中第m行表示載機指向第m個雜波塊的歸一化雜波方向矢量，m∈{1,2,…,M}；然后根據(jù)所述N×3維全陣元指向矩陣Ed和所述歸一化雜波方向矩陣C，計算得到N×M維中間變量矩陣A；步驟4，建立一個N×M維陣元刪除矩陣，然后根據(jù)所述N×M維中間變量矩陣A，計算得到所述N×M維陣元刪除矩陣中的每一個元素值，進而得到完整的N×M維陣元刪除矩陣B；步驟5，根據(jù)所述完整的N×M維陣元刪除矩陣B、所述N×3維全陣元坐標矩陣Ep、所述歸一化雜波方向矩陣C，計算得到N×M維空間導向矢量Ss；步驟6，將N×M維空間導向矢量Ss按列相加，得到1×M維方向圖E；步驟7，將一個相干處理間隔的脈沖數(shù)記為K，并根據(jù)一個相干處理間隔的脈沖數(shù)K，計算得到一個相干處理間隔的時間向量k，然后利用所述一個相干處理間隔的時間向量k和所述歸一化雜波方向矩陣C，計算得到K×M維時間導向矢量St；步驟8，根據(jù)所述N×M維空間導向矢量Ss和所述K×M維時間導向矢量St，計算得到NK×M維空時導向矢量Sst；步驟9，根據(jù)所述1×M維方向圖E和所述NK×M維空時導向矢量Sst，計算得到NK×1維雜波回波數(shù)據(jù)D。本發(fā)明的有益效果：現(xiàn)有雜波回波模型中往往沒有考慮視角去相關，本發(fā)明方法在建立一個適用于任意形狀陣面的地面雜波回波模型的過程中考慮了相距較遠的陣元的視角去相關，不限制陣面的形狀，是一種較為通用的機載三維異構陣地面雜波回波獲取方法。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明的一種機載三維異構陣的雷達地面雜波回波獲取方法流程圖；圖2是圓柱圓錐相鄰的三維異構陣陣面分布示意圖；圖3是圓柱圓錐相鄰的三維異構陣的前1500個距離門的距離方位域的方向圖；圖4是圓柱圓錐相鄰的三維異構陣的前1500個距離門的無距離模糊的距離多普勒譜示意圖。具體實施方式參照圖1，為本發(fā)明的一種機載三維異構陣的雷達地面雜波回波獲取方法流程圖；所述機載三維異構陣的雷達地面雜波回波仿真方法，包括以下步驟：步驟1，確定包含N個陣元的三維異構機載雷達陣面，所述N個陣元任意極化分布，并以三維異構機載雷達載機垂直投影到地面上的點為原點建立xoyz三維直角坐標系，x軸與三維異構機載雷達載機飛行方向相同，z軸與地面垂直，y軸按右手準則分別與x軸和z軸垂直；所述三維異構機載雷達載機為1×3維，然后分別獲取以包含N個陣元的N×3維全陣元坐標矩陣Ep和N×3維全陣元指向矩陣Ed；N為三維異構機載雷達陣面包含的陣元數(shù)，并且所述全陣元坐標矩陣Ep的第n行表示第n個陣元的位置坐標，所述全陣元指向矩陣Ed的第n行表示第n個陣元的單位法向量，n∈{1,2,…,N}。步驟2，選取距離三維異構機載雷達載機為R處的地面雜波環(huán)，并將所述雜波環(huán)均勻分成M個雜波塊，其中雜波塊個數(shù)M的值按下式確定：M>4πdacosθ/λ滿足上述條件時，M個雜波塊中的相鄰兩個雜波塊的回波相關。其中，da為三維異構機載雷達陣面方位向的基線長度，θ為地面雜波環(huán)的主波束方位角，λ為地面雜波環(huán)的波長，所述地面雜波環(huán)到三維異構機載雷達載機的距離為R。步驟3，利用M個雜波塊，得到三維異構機載雷達載機指向M個雜波塊的歸一化雜波方向矩陣C，所述歸一化雜波方向矩陣C為M×3維矩陣，其中第m行表示載機指向第m個雜波塊的歸一化雜波方向矢量，m∈{1,2,…,M}；然后根據(jù)所述N×3維全陣元指向矩陣Ed和所述歸一化雜波方向矩陣C，計算得到N×M維中間變量矩陣A，其表達式為：A＝EdCT步驟4，建立一個N×M維陣元刪除矩陣，然后根據(jù)所述N×M維中間變量矩陣A，計算得到所述N×M維陣元刪除矩陣中的每一個元素值，進而得到完整的N×M維陣元刪除矩陣B；n∈{1,2,…,N}，N為三維異構機載雷達陣面包含的陣元數(shù)。具體地，由于三維異構陣具有遮擋效應，使得在包含N個陣元的三維異構機載雷達陣面中，只有N個陣元中的部分陣元才能接收到信號(干擾信號或需要信號)，即如果來波信號(干擾信號或需要信號)與接收陣元之間受到三維異構機載雷達陣面其他部位的影響時，所述接收陣元被遮擋，進而無法接收到信號(干擾信號或需要信號)；又因為三維異構陣面的非線性特性，使得不同位置的陣元指向不同；本實施例三維異構機載雷達陣面中的每個陣元的安裝指向為該陣元所處曲面的法線方向。當所述N×M維中間變量矩陣A的第n行、第m列元素anm值大于cosγn時，所述N×M維陣元刪除矩陣的第n行、第m列元素bnm值為1，否則為0；計算所述N×M維陣元刪除矩陣的第n行、第m列元素bnm值的表達式為：bnm=1,anm>cosγn0,else]]>其中，γn為第n個陣元不受遮擋接收雷達回波的角度范圍，并和包含N個陣元的三維異構機載雷達陣面形狀相關；n∈{1,2,…,N}，N為三維異構機載雷達陣面包含的陣元數(shù)，m∈{1,2,…,M}，M為距離三維異構機載雷達載機為R處的地面雜波環(huán)均勻劃分的雜波塊個數(shù)。在所述N×M維陣元刪除矩陣中，當?shù)趎個陣元的安裝指向與三維異構機載雷達輻射方向之間的角度，大于第n個陣元不受遮擋接收雷達回波的角度范圍γn時，該第n個陣元被刪除，進而得到完整的N×M維陣元刪除矩陣B。步驟5，根據(jù)所述完整的N×M維陣元刪除矩陣B、所述N×3維全陣元坐標矩陣Ep、所述歸一化雜波方向矩陣C，計算得到N×M維空間導向矢量Ss，其表達式為：其中，⊙表示Hadamard積，λ為三維異構機載雷達發(fā)射信號的波長，上標T表示轉置，C0表示三維異構機載雷達的M×3維主波束指向矩陣，所述M×3維主波束指向矩陣的每一行均為三維異構機載雷達的主波束指向矢量。步驟6，將N×M維空間導向矢量Ss按列相加，得到1×M維方向圖E，其表達式為：E＝ISs其中，I為1×N維全1向量。步驟7，將一個相干處理間隔的脈沖數(shù)記為K，并根據(jù)一個相干處理間隔的脈沖數(shù)K，計算得到一個相干處理間隔的時間向量k，然后利用所述一個相干處理間隔的時間向量k和所述歸一化雜波方向矩陣C，計算得到K×M維時間導向矢量St，其表達式分別為：k＝[01...K-1]TSt=exp(j2πλfrk(2CvT)T)]]>其中，v為三維異構機載雷達載機的速度，所述三維異構機載雷達載機為1×3維；fr為三維異構機載雷達的脈沖重復頻率，λ為三維異構機載雷達發(fā)射信號的波長，exp為指數(shù)函數(shù)，C為三維異構機載雷達載機指向M個雜波塊的歸一化雜波方向矩陣，上標T為轉置。步驟8，根據(jù)所述N×M維空間導向矢量Ss和所述K×M維時間導向矢量St，計算得到NK×M維空時導向矢量Sst；所述NK×M維空時導向矢量Sst的第m列為Sst(:,m)，其表達式為：Sst(:,m)=St(:,m)⊗Ss(:,m)]]>其中，表示兩個矩陣的直積運算，St(:,m)表示所述K×M維時間導向矢量St的第m列，Ss(:,m)表示所述N×M維空間導向矢量Ss的第m列，n∈{1,2,…,N}，N為三維異構機載雷達陣面包含的陣元數(shù)，m∈{1,2,…,M}，M為距離三維異構機載雷達載機為R處的地面雜波環(huán)均勻劃分的雜波塊個數(shù)。步驟9，根據(jù)所述1×M維方向圖E和所述NK×M維空時導向矢量Sst，計算得到NK×1維雜波回波數(shù)據(jù)D，其表達式為：D＝gSstRET+N其中，g為根據(jù)雷達方程計算得出的增益，g＝PtGtrλ2σ/(4π)3/R4，Pt為三維異構機載雷達發(fā)射峰值功率，Gtr為三維異構機載雷達天線雙程增益，λ為三維異構機載雷達發(fā)射信號的波長，σ為M個雜波塊的散射截面積，R為三維異構機載雷達載機到地面雜波環(huán)的距離；R為M階隨機復對角陣，該M階隨機復對角陣中對角線上的每個元素為隨機復數(shù)，所述隨機復數(shù)的幅度服從標準正態(tài)分布，所述隨機復數(shù)的相位服從0到2π的均勻分布；N為加性噪聲，上標T表示轉置。本發(fā)明效果通過以下仿真實驗進一步驗證說明。(一)仿真參數(shù)在本實驗中，采用圓柱圓錐相鄰的三維異構機載雷達陣面，分布示意圖如圖2所示，圖2為圓柱圓錐相鄰的三維異構陣陣面分布示意圖；其中圓柱陣元數(shù)為352，圓錐陣元數(shù)為179個，三維異構機載雷達波長為0.2m，陣元間距為0.1m，脈沖重復頻率為5000Hz，三維異構機載雷達載機高度為6000m。三維異構機載雷達信號帶寬為2.5MHz，三維異構機載雷達采樣頻率為2.5MHz，相干積累脈沖為64個；三維異構機載雷達載機沿x軸方向飛行，速度大小為200m/s；三維異構機載雷達陣面主波束指向：方位角45°，俯仰角0°；噪聲系數(shù)3dB，雜噪比40dB。(二)仿真數(shù)據(jù)處理結果及分析圖3是圓柱圓錐相鄰的三維異構陣的前1500個距離門的距離方位域的方向圖，圖4是圓柱圓錐相鄰的三維異構陣的前1500個距離門的無距離模糊的距離多普勒譜示意圖；從圖3和圖4可以看出，本發(fā)明方法有效地建立了三維異構機載雷達陣面的方向圖和雜波回波數(shù)據(jù)；三維異構機載雷達的方向圖相對于平面陣等陣面，形狀更不規(guī)則，波瓣不規(guī)律，方向圖在近距離變化比較復雜，而在遠距離變化不明顯。綜上所述，仿真實驗驗證了本發(fā)明的正確性，有效性和可靠性。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍；這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。當前第1頁1 2 3