星载多通道雷达距离模糊抑制方法及系统

本发明涉及星载多通道脉冲雷达信号处理，具体地，涉及一种星载多通道雷达距离模糊抑制方法及系统。

背景技术：

1、当卫星的轨道存在倾角时，地球自转在地球表面产生的线速度将与星载雷达平台运动的方向不一致，导致所谓的偏航效应。偏航效应使得卫星和地面目标之间产生额外的相对速度，进而导致额外的多普勒频率。除此之外，雷达信号距离模糊将不同距离多普勒频率的杂波叠加在同一个距离门信号上，影响杂波空时二维谱，进而降低杂波抑制性能。

2、基于此，需要对距离模糊信号的杂波进行处理。有一类方法通过交替发射上下啁啾信号，使得模糊能量在距离方向上传播。该方法显著降低了模糊峰值，对点目标具有较好的识别效果。然而，由于模糊能量并没有从本质上减少，因此不适合分布式目标。采用多路仰角接收机和数字波束形成接收技术，可形成指向成像区域的高天线增益等效窄波束，抑制模糊性。在研究了一种不同的方法，称为方位相位编码，可以将距离模糊分离，但存在目标盲区，尤其卫星距离模糊数较多时，存在大量的目标盲区，严重影响目标检测性能。还有一种交替的apc技术，通过不同帧不同的编码，使得不同帧的目标盲区错开，来达到目标检测性能的提高。但是该方法需要多帧才可完成，且当距离模糊数较多时容易受到珊瓣的影响，使得底噪抬高，严重影响目标的输出信杂噪比，进而降低目标检测性能。

3、综上，现有距离模糊抑制技术无法适配倾斜轨道星载雷达偏航效应与多距离模糊耦合的复杂杂波场景，难以在无目标盲区、低运算开销的前提下提升杂抑制与动目标检测性能。

4、因此，亟需一种基于星地几何多普勒差建模的精准方位相位编码抑制方法，从多普勒域聚合多层模糊杂波、消除检测盲区，同时简化运算以适配星载平台。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星载多通道雷达距离模糊抑制方法及系统。旨在解决因星载雷达探测范围较大，距离模糊现象较为严重，且传统的相位编码算法将距离模糊信号打散，加重了珊瓣的影响，使得底噪抬高，严重影响目标的输出信杂噪比，进而降低目标检测性能的问题。

2、根据本发明提供的一种星载多通道雷达距离模糊抑制方法，包括：

3、步骤s1：建立星地几何关系模型，计算第

p个距离模糊信号在第

k个脉冲单元对应的多普勒频移；

4、步骤s2：基于星地几何关系，计算第

p个距离模糊区域对应的波束中心下视角；

5、步骤s3：对下视角变量进行泰勒展开，取泰勒展开常数项，计算第

p个距离模糊区相对无模糊区的多普勒频差，构建第

k个发射脉冲的脉冲相位编码因子；

6、步骤s4：发射端对第

k个发射脉冲施加所述脉冲相位编码因子对应的相位编码；

7、步骤s5：接收端对第

k个脉冲回波执行同步解码，抵消距离模糊引入的多普勒残余相位，在多普勒域聚合展宽杂波、收窄杂波谱；

8、步骤s6：执行距离-多普勒二维谱补偿，对齐各个距离单元的杂波谱中心，消除目标检测盲区；

9、步骤s7：采用空时自适应处理完成杂波深度抑制，输出处理后的雷达信号。

10、优选地，计算第

p个距离模糊信号在第

k个脉冲单元对应的多普勒频移，公式如下：

11、

12、式中，为卫星运动速度，和分别为偏航幅度和偏航角度，为波长，和分别表示第

p个距离模糊信号的波束中心下视角和方位角。

13、优选地，计算第

p个距离模糊区域对应的波束中心下视角，公式如下：

14、

15、其中，为无模糊区域的初始斜距，为卫星高度，为地球半径，为脉冲重复时间，表示光速，表示第

p个距离模糊信号。

16、优选地，所述泰勒展开采用一阶泰勒展开，舍弃二次及以上高阶微小项，基于一阶泰勒展开结果求解第

p个距离模糊区与无模糊区之间的多普勒频差。

17、优选地，第 k 个发射脉冲的调制相位依据多普勒频差确定，生成脉冲相位编码因子。

18、优选地，解码处理后满足下式的残余相位约束关系，使距离模糊信号的残余相位抵消第 p 个距离模糊区与无模糊区之间的多普勒频差，削弱杂波谱展宽效应；公式如下：

19、

20、式中，表示第

p次距离模糊信号的残余相位，表示圆周率，表示第个脉冲的相位编码，表示第

p个距离模糊区与无模糊区之间的多普勒频差，表示施加的所述脉冲相位编码因子对应的相位编码。

21、优选地，所述距离-多普勒二维谱补偿包括：

22、获取各距离单元对应的空间频率、归一化多普勒频率；

23、分别构造空域转换矩阵与时域转换矩阵，将两个矩阵做克罗内克积运算得到转换矩阵；

24、采用转换矩阵的共轭转置矩阵对原始回波数据进行变换，得到谱补偿后的回波数据，将全部距离单元的杂波谱中心对齐至待检测单元的杂波谱中心。

25、优选地，步骤 s7 的空时自适应处理包括：

26、选用排除当前待处理距离单元的其余距离单元回波作为训练样本，估计第

r个距离单元的杂波协方差矩阵；

27、利用杂波协方差矩阵的逆矩阵与目标空时导向矢量，计算杂波抑制权矢量；

28、使用所述杂波抑制权矢量对谱补偿后的回波数据滤波，实现杂波深度抑制。

29、优选地，雷达波束生成模块建立星地几何关系模型，计算第

p个距离模糊信号在第

k个脉冲单元对应的多普勒频移，以及计算第

p个距离模糊区域对应的波束中心下视角；并对下视角变量进行泰勒展开，取泰勒展开常数项，计算第

p个距离模糊区相对无模糊区的多普勒频差，构建第

k个发射脉冲的脉冲相位编码因子；然后，对第

k个发射脉冲施加所述脉冲相位编码因子对应的相位编码；

30、在雷达信号发射模块中，对施加额外相位编码后的雷达基带信号上变频并放大后，通过相控阵天线向空间辐射雷达信号；

31、相控阵天线接收目标反射回来的多脉冲多通道的星载雷达回波信号，并将其下变频后传输至信号处理模块；

32、信号处理模块对第

k个脉冲回波执行同步解码，抵消距离模糊引入的多普勒残余相位，在多普勒域聚合展宽杂波、收窄杂波谱；然后，执行距离-多普勒二维谱补偿，对齐各个距离单元的杂波谱中心，消除目标检测盲区；以及采用空时自适应处理完成杂波深度抑制，输出处理后的雷达信号。

33、根据本发明提供的一种星载多通道雷达距离模糊抑制系统，其特征在于，用于执行所述的星载多通道雷达距离模糊抑制方法；包括：

34、雷达波束生成模块，用于建立星地几何关系模型，读取雷达系统硬件参数，计算第

p个距离模糊信号的多普勒频移、波束中心下视角，对下视角做泰勒展开得到多普勒频差，构建脉冲相位编码因子；

35、雷达信号发射模块，用于对基带发射脉冲施加脉冲相位编码因子，将基带信号上变频、放大后输出至相控阵天线；

36、相控阵天线，用于向外辐射雷达脉冲信号，接收地面目标反射得到的多通道多脉冲回波信号，将回波信号下变频后传输至信号处理模块；

37、信号处理模块，用于对接收到的回波执行同步解码、距离-多普勒二维谱补偿以及空时自适应杂波抑制，输出经过杂波抑制处理后的雷达回波信号。

38、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

39、1、与传统的方位相位编码（apc）技术相比，本发明通过精确计算不同距离模糊区域与无模糊区域之间的多普勒频率差，并以此设计相位编码因子，实现了对发射信号的精准相位编码。能够将因距离模糊和偏航效应而展宽、弥散的杂波信号在多普勒域重新聚合，从根本上收窄了杂波谱。这为后续的空时自适应处理创造了有利条件，显著提升了杂波抑制的深度和效果。

40、2、本发明所提的补偿算法有效解决了因杂波谱展宽导致的目标检测盲区问题。通过将不同模糊区的杂波谱对齐，避免了目标信号被淹没在扩展的杂波背景中，提高了目标检测性能。

41、3、本发明在生成方位相位编码因子时，利用泰勒展开式对多普勒频率差进行近似，仅需计算常数项即可确定调制因子。该过程完全基于确定的系统参数进行非迭代运算，避免了传统优化算法中常见的循环迭代和收敛判断过程，大幅降低了处理器的运算压力，非常适合星载平台资源受限的应用场景。

42、4、本发明仅依靠星载雷达现有硬件系统参数完成非迭代运算，降低星载雷达信号处理硬件的算力开销。