一种基于极化投影滤波的变极化压制干扰抑制方法

本发明涉及到雷达数字信号处理，具体的说是一种基于极化投影滤波的变极化压制干扰的抑制方法。

背景技术：

1、在电磁对抗领域中，蓄意干扰已成为制约机载运动雷达平台作战效能的关键因素。近年来，随着电子战装备向高功率、宽频带、多模式方向迅猛发展，现代雷达系统面临的电磁环境日趋复杂。尤其当大功率有源干扰通过雷达主瓣进入接收通道时，经脉冲压缩处理后形成的"干扰屏障"会导致目标信号完全湮没，这使得传统相干积累、旁瓣对消、自适应波束形成等抗干扰技术面临严峻挑战。此外，极化捷变干扰机的突破性发展，可能使得现有抗干扰体系在下一代电磁战环境中彻底失能。鉴于电磁环境的复杂性和雷达系统易受干扰的脆弱性，发展新型极化抗干扰技术已成为提升雷达生存能力的迫切需求。

2、目前极化域抗干扰技术大致可归纳为三类，即极化滤波天线设计，发射波形极化优化和接收自适应极化信号处理。滤波天线设计的核心思想是通过天线的极化特性选择性地接收或发射特定极化方向的电磁波，并在接收机前端阻隔其他极化方向的干扰信号，从而提高雷达系统的抗干扰能力。然而，针对于机载运动雷达平台的实际需求，极化滤波天线需要具备大工作带宽、大扫描角、高极化隔离度、片式化等需求，这些指标间的相互制约导致天线设计复杂度与制造成本显著增加。

3、波形优化侧重于在发射端处进行极化波形设计，核心优势在于利用目标与干扰源极化特性的差异，通过挖掘波形设计中的极化分集潜力，提升雷达在强杂波中识别静态/慢速目标的性能。然而，其高维参数联合优化问题使得算法复杂度较高，难以满足机载平台对实时信号处理的严苛要求。

4、极化滤波侧重于在接收端处进行信号处理，主要包括自适应极化对消和空间投影极化滤波。自适应极化对消的本质是利用正交极化通道信号的互相关性自动调整主极化通道的加权系数，使接收极化与干扰极化互为正交极化，从而达到抑制干扰的目的。该技术属于“异步”处理方式，需要预先利用纯净干扰信号计算权值系数，再对混合信号进行对消处理。

5、空间投影极化滤波方法则借助目标或干扰的极化先验信息，按照特定优化准则构建投影算子，通过将目标和干扰极化矢量映射到特定参数空间，实现干扰抑制或目标增强。

6、当干扰极化状态固定时，以上方法能取得良好的结果。但在面对变极化干扰时，由于需要估计先前干扰的极化信息，上述方法不能达到理想的抑制性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于极化投影滤波的变极化压制干扰抑制方法，通过对混合接收信号实施接收极化优化，并在迭代过程中将滤波权矢量约束到特定参数空间，确保获得最优的极化接收性能。

2、本发明为实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种基于极化投影滤波的变极化压制干扰抑制方法，包括如下步骤：

3、1）在变极化干扰场景下，利用现有的双极化系统采集包含目标、变极化干扰和噪声的混合回波数据，数据长度为n，截取数据前端的k个采样点实现距离单元选通，用以估计极化协方差矩阵；

4、2）通过对极化协方差矩阵进行特征值分解预估干扰功率和噪声功率，并设定固定学习率，进而得到迭代因子；

5、3）在目标极化矢量先验已知的条件下，利用目标极化矢量和步骤1）估计的极化协方差矩阵，优化初始滤波权矢量；

6、4）利用自适应极化投影滤波递推公式获得滤波权矢量；

7、自适应极化投影滤波递推公式为；

8、式中，和分别为第n步和第n+1步迭代过程中的滤波权重矢量，为的共轭转置，表示投影矩阵，为包含目标、变极化干扰和噪声的混合回波数据，为步骤2）得到的迭代因子，表示的共轭；

9、利用步骤4）获得的滤波权矢量对混合回波数据执行极化滤波，得到滤波后的输出结果，从而实现对变极化压制干扰的抑制。

10、作为上述基于极化投影滤波的变极化压制干扰抑制方法的一种优化方案，所述步骤1）中估计极化协方差矩阵的具体操作为：

11、设置距离单元选通，截取每个回波数据前端的个采样点获得双极化选通数据，记为，极化协方差矩阵的估计表达式为：

12、；

13、式中，表示共轭转置操作。

14、作为上述基于极化投影滤波的变极化压制干扰抑制方法的另一种优化方案，所述步骤2）中迭代因子的表达式为：

15、。

16、作为上述基于极化投影滤波的变极化压制干扰抑制方法的另一种优化方案，所述步骤2）中迭代因子需要满足以下条件：

17、。

18、作为上述基于极化投影滤波的变极化压制干扰抑制方法的另一种优化方案，所述步骤2）中预估干扰功率和噪声功率的方法为：

19、将步骤1）得到的极化协方差矩阵进行特征值分解，取其中最大特征值作为干扰功率和噪声功率相加的估计值，即：

20、；

21、式中，表示极化协方差矩阵的最大特征值。

22、作为上述基于极化投影滤波的变极化压制干扰抑制方法的另一种优化方案，所述步骤2）中设定固定学习率时，需要满足。

23、作为上述基于极化投影滤波的变极化压制干扰的抑制方法的另一种优化方案，所述步骤3）的具体操作为：

24、3.1）设初始滤波权矢量为，滤波模型设计为：

25、；

26、式中，为输出功率函数，为转置操作，为目标极化响应约束，为极化协方差矩阵，为目标极化矢量；

27、根据约束条件可知，权矢量应在目标极化的共轭空间中，即，其中表示共轭符号；

28、3.2）构造代价函数，其表达式为：

29、；

30、3.3）对代价函数求梯度并令梯度等于零，获得优化系数；

31、；

32、式中，表示矩阵求逆操作；

33、3.4）利用优化系数、先验已知的目标极化矢量和步骤1）估计的极化协方差矩阵，构造优化初始滤波权矢量的表达式：

34、。

35、作为上述基于极化投影滤波的变极化压制干扰抑制方法的另一种优化方案，得到所述步骤4）中投影矩阵的具体操作为：

36、4.1）构造递推公式；

37、递推公式为：

38、式中，为输出功率函数的负梯度方向，其中；为迭代因子，其大小决定收敛条件和收敛速度；是将投影在可行集上的投影操作，其中指代投影的输入矢量；

39、4.2）令，在每一步的迭代中，都将映射到可行集内最接近的点，即：

40、；

41、4.3）引入参数控制的可行方向，即构造如下拉格朗日函数：

42、；

43、式中，表示向量2范数；

44、4.4）分别对和求梯度，并令梯度为零获得参数；

45、；

46、4.5）经投影后，步骤4.1）的递推公式等价为：

47、；

48、式中，表示到目标极化正交空间的投影矩阵，即：；

49、式中，为2阶的单位矩阵。

50、作为上述基于极化投影滤波的变极化压制干扰抑制方法的另一种优化方案，所述步骤4.1）中，对输出功率函数求梯度的表达式为：。

51、作为上述基于极化投影滤波的变极化压制干扰抑制方法的另一种优化方案，所述步骤5）中极化滤波的表达式为：。

52、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

53、1）本发明基于目标极化响应约束，构建了以最优输出sinr为准则的优化模型，采用投影梯度下降的数学工具，系统论证了接收极化的优化途径，形成了自适应极化投影滤波方案；相比较于现有的极化滤波方法，能够自适应跟踪干扰极化状态变化，实现信号的最优sinr接收；

54、2）本发明对接收的双极化回波数据进行预处理，采用距离选通的方式，确定迭代因子并优化初始权矢量，在满足收敛条件的同时确保了稳态性能；相比较于现有方法的“异步”迭代策略，通过同步处理杂波、干扰与目标的混合信号，实现了更高效的极化滤波；

55、3）本发明基于极化矢量构建的自适应递推机制，无需进行复杂的非线性计算，可同时应对固定极化和变极化干扰场景，具有更广的适用范围；在固定极化干扰场景下，本发明与现有极化滤波方法的sinr增益性能相近，尤其在高干信比条件下；在变极化干扰场景下，本发明展现出显著的性能优势，兼具优越的干扰抑制性能与较低的目标极化损失。