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一種利用波達(dá)角差異性選擇訓(xùn)練樣本的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用波達(dá)角差異性選擇訓(xùn)練樣本的方法，涉及信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，其步驟為：步驟1，對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，得到距離多普勒單元數(shù)據(jù)；步驟2，構(gòu)建距離多普勒子單元數(shù)據(jù)的空域搜索導(dǎo)向矩陣，求解距離多普勒子單元數(shù)據(jù)對應(yīng)的波達(dá)角；步驟3，利用步驟2求出該通道的每一波達(dá)角，并進(jìn)行排序，得到中間值作為檢測門限；步驟4，確定該通道上的奇異樣本；步驟5，執(zhí)行步驟3和步驟4，得到每一通道上的奇異樣本；步驟6，從距離多普勒單元數(shù)據(jù)除去每一通道上的奇異樣本之后的即為訓(xùn)練樣本。本發(fā)明剔除訓(xùn)練本中的干擾目標(biāo)，從而減弱空時自適應(yīng)處理過程中待檢測單元中的目標(biāo)相消，能更好的抑制雜波，有效提高了目標(biāo)檢測的性能。
【專利說明】一種利用波達(dá)角差異性選擇訓(xùn)練樣本的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及非均勻雜波背景下訓(xùn)練樣本選擇策略的問題，尤其涉及一種利用波達(dá)角差異性選擇訓(xùn)練樣本的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在非均勻環(huán)境下，常規(guī)樣本選擇方法得到訓(xùn)練樣本不能準(zhǔn)確反映待處理單元中干擾、雜波的統(tǒng)計特性，這樣會造成空時自適應(yīng)處理雜波抑制性能的下降和目標(biāo)檢測虛警率的升高。機(jī)載雷達(dá)往往工作在非均勻環(huán)境下，導(dǎo)致訓(xùn)練樣本出現(xiàn)各種不理想特性，WangH.教授分析了非均勻雜波對于空時自適應(yīng)處理性能的影響，林肯實(shí)驗室撰寫的J.Ward報告也論述了非均勻雜波給空時自適應(yīng)處理處理帶來的困難。伴隨著空時自適應(yīng)處理信號處理方法的發(fā)展，非均勻環(huán)境中，合理的訓(xùn)練樣本選擇策略將一直是雷達(dá)工作者的研究熱點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種利用波達(dá)角差異性選擇訓(xùn)練樣本的方法，實(shí)現(xiàn)剔除訓(xùn)練本中的干擾目標(biāo)，從而減弱空時自適應(yīng)處理處理過程中待檢測單元中的目標(biāo)相消，能更好的抑制雜波，有效提高了目標(biāo)檢測的性能。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟:
[0005]一種利用波達(dá)角差異性選擇訓(xùn)練樣本的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]步驟1，機(jī)載雷達(dá)接收目標(biāo)的回波數(shù)據(jù)，再對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，將回波數(shù)據(jù)從陣元-脈沖域轉(zhuǎn)換為陣元-多普勒域，得到MXL維距離多普勒單元數(shù)據(jù)X，其中，第m個多普勒通道第I個距離門對應(yīng)的距離多普勒子單元數(shù)據(jù)xml，I彡m彡M，1彡I彡L，M為多普勒通道數(shù)，L為距離門數(shù)；
[0007]步驟2，構(gòu)建距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml和距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml的空域搜索導(dǎo)向矩陣S(Qml);利用距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml和空域搜索導(dǎo)向矩陣S(Qml)求解距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml對應(yīng)的波達(dá)角Θ ml ；
[0008]步驟3，根據(jù)步驟2構(gòu)建第m個多普勒通道上L個距離多普勒單元xml，xffl2,…xml, ---,Xiiil ;求取L個距離多普勒單元xml, xm2,…xml, “.，χΛ分別對應(yīng)的波達(dá)角0ml, Θ m2,…Θ...Θ
u ml> > U mL ,
[0009]對波達(dá)角θπ1，θπ2，…，θπ1，…，θπ?進(jìn)行排序，在有序的波達(dá)角度序列中取出中間值作為檢驗門限θ η ;設(shè)定經(jīng)驗偏差ε，根據(jù)經(jīng)驗偏差ε確定檢測范圍[θ η-ε，
θ η+ ε ];
[0010]步驟4，將第m個多普勒通道上的L個波達(dá)角θπ1，ΘΠ2，…ΘΠ1，…，ΘΛ分別與檢驗門限Θ ^進(jìn)行比較，如果波達(dá)角Θπ1位于檢測范圍[θ η-ε，θ η+ε]外，則該波達(dá)角Θπ1對應(yīng)的距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml為第m個多普勒通道的一個奇異樣本；
[0011 ] 步驟5，根據(jù)步驟3和步驟4，得到M個通道上的所有奇異樣本yu Y2,…，yffl,…，yM ；
[0012]步驟6，從距離多普勒單元數(shù)據(jù)X中除去M個通道上的所有奇異樣本yu J2,…,ym,…，yM之后的樣本即為訓(xùn)練樣本。
[0013]上述技術(shù)方案的特點(diǎn)和進(jìn)一步改進(jìn)在于:
[0014](I)步驟2包括以下子步驟:
[0015]2a)設(shè)定雷達(dá)天線為均勻線陣，則距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml表達(dá)式為:
[0016]xml = c+n
[0017]其中，η為高斯白噪聲矢量，c為空域雜波矢量，空域雜波矢量c的表達(dá)式為:

]2π—]2π—?ηθη,?{Ν-\)
[0018]C= l,e Λ' ,...,￡ 1
[0019]其中，d為相鄰陣元間距，N為天線陣元個數(shù)，λ為波長，Θπ1代表距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml所對應(yīng)的波達(dá)角；
[0020]2b)構(gòu)造距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml的空域搜索導(dǎo)向矩陣S( Θ ml):
[0021]S ( Θ ml) =
[0022]空域搜索導(dǎo)向矩陣s(0k)是第k個空域搜索導(dǎo)向矢量:
—~i 丁.,?Ιπ—----?,./2?r—sme,.(N-1)
[0023]s(^ )= l,e a ,..,￡> A
[0024]其中0k為第k個空域搜索導(dǎo)向矢量的掃描角，第一個空域搜索導(dǎo)向矢量的掃描角O1至第K個空域搜索導(dǎo)向矢量的掃描角Ok的掃描范圍為[-90°，90° ]，K是在掃描角范圍[-90°，90° ]內(nèi)等間隔選取的掃描角的數(shù)目；
[0025]2c)用空域搜索導(dǎo)向矩陣S(Qml)對距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml通過下式進(jìn)行匹配濾波，得到距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml所對應(yīng)的波達(dá)角Θ ml ；
[0026]6ml = arg Max -J-~\ 「
t Uls^tllx-Uj
[0027]上式中，I I I |2為2范數(shù)運(yùn)算，&找(1^(.))表示求解最大值時的最優(yōu)化，H為求矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。
[0028](2)所述經(jīng)驗偏差ε的取值范圍為[3°，5° ]。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0030]第一，本發(fā)明提出的訓(xùn)練樣本選擇方法是基于目標(biāo)干擾雜波的相位差異進(jìn)行樣本挑選，與現(xiàn)有技術(shù)的基于功率強(qiáng)弱樣本挑選方法相比，該方法可以更好的估計雜波的協(xié)方差矩陣，從而更好的抑制雜波。
[0031]第二，本發(fā)明提出的訓(xùn)練樣本選擇方法能夠有效剔除訓(xùn)練樣本中的干擾目標(biāo)，從而減弱空時自適應(yīng)處理過程中待檢測單元中的目標(biāo)相消，提高輸出的信雜噪比，有效提高了目標(biāo)檢測的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0033]圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0034]圖2為添加目標(biāo)后利用現(xiàn)有技術(shù)對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單多普勒濾波預(yù)處理后的距離多普勒圖，橫坐標(biāo)為多普勒通道數(shù)，縱坐標(biāo)為距離門數(shù)；
[0035]圖3為利用本發(fā)明的步驟2對圖2中各個距離多普勒子單元數(shù)據(jù)求波達(dá)角后得出的波達(dá)角度圖，橫坐標(biāo)為多普勒通道數(shù)，縱坐標(biāo)為距離門數(shù)；
[0036]圖4是利用本發(fā)明的步驟3對第29個多普勒通道的所有距離門單元求波達(dá)角后的波達(dá)角度值曲線圖，橫坐標(biāo)為多距離門數(shù)，縱坐標(biāo)為波達(dá)方向角，單位為度；
[0037]圖5為提出本發(fā)明的基于波達(dá)角差異性選擇訓(xùn)練樣本后進(jìn)行EFA(extend factorapproach)處理后的距離多普勒圖，橫坐標(biāo)為多普勒通道數(shù)，縱坐標(biāo)為距離門數(shù)；
[0038]圖6為現(xiàn)有技術(shù)EFA處理后的距離多普勒圖，橫坐標(biāo)為多普勒通道數(shù)，縱坐標(biāo)為距離門數(shù)；
[0039]圖7為圖5和圖6中第29個多普勒通道剩余功率切片比較圖，橫坐標(biāo)為距離門數(shù)，縱坐標(biāo)為多普勒通道剩余功率，單位為分貝dB。

【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖1，說明本發(fā)明的一種利用波達(dá)角差異性選擇訓(xùn)練樣本的方法，該方法包括以下步驟。
[0041]步驟1，機(jī)載雷達(dá)接收目標(biāo)的回波數(shù)據(jù)，再對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，將回波數(shù)據(jù)從陣元-脈沖域轉(zhuǎn)換為陣元-多普勒域，得到MXL維距離多普勒單元數(shù)據(jù)X，其中，第m個多普勒通道第I個距離門對應(yīng)的距離多普勒子單元數(shù)據(jù)xml，I彡m彡M，1彡I彡L，M為多普勒通道數(shù)，L為距離門數(shù)。
[0042]步驟2，構(gòu)建距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml和距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml的空域搜索導(dǎo)向矩陣S(Qml);利用距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml和空域搜索導(dǎo)向矩陣S(Qml)求解距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml對應(yīng)的波達(dá)角θπ1。
[0043]2a)設(shè)定雷達(dá)天線為均勻線陣，則距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml表達(dá)式為:
[0044]xml = c+n
[0045]其中，η為高斯白噪聲矢量，c為空域雜波矢量，空域雜波矢量c的表達(dá)式為:
ΓπΓ.-?.?Ιπ?&?ηθ,,,^Ν-λ)
L0046」C= I, e Λ ,…，e ^
[0047]其中，d為相鄰陣元間距，N為天線陣元個數(shù)，λ為波長，Θπ1代表距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml所對應(yīng)的波達(dá)角。
[0048]本發(fā)明在子步驟2a)建立距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml的數(shù)據(jù)模型時近似認(rèn)為雷達(dá)天線的各個陣元的接收信號的功率相同，各個陣元的接收信號的功率設(shè)定為I。
[0049]2b)構(gòu)造距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml的空域搜索導(dǎo)向矩陣S( Θ ml):
[0050]S ( Θ ml) = [s ( Θ D，s ( θ 2)，…，s ( Θ k)，…，s ( θ κ)]
[0051]空域搜索導(dǎo)向矩陣s(0k)是第k個空域搜索導(dǎo)向矢量:
「 n/ ^ \.j^^sinet?Ιπ--τ?θ^Ν-Ι)
[0052]S(巧)=U Λ ，…,e Λ
[0053]其中0k為第k個空域搜索導(dǎo)向矢量的掃描角，第一個空域搜索導(dǎo)向矢量的掃描角O1至第K個空域搜索導(dǎo)向矢量的掃描角Ok的掃描范圍為[-90°，90° ]，K是在掃描角范圍[-90°，90° ]內(nèi)等間隔選取的掃描角的數(shù)目。
[0054]2c)用空域搜索導(dǎo)向矩陣S(Qml)對距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml通過下式進(jìn)行匹配濾波，得到距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml所對應(yīng)的波達(dá)角Θ ml。

【權(quán)利要求】
1.一種利用波達(dá)角差異性選擇訓(xùn)練樣本的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，機(jī)載雷達(dá)接收目標(biāo)的回波數(shù)據(jù)，再對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，將回波數(shù)據(jù)從陣元-脈沖域轉(zhuǎn)換為陣元-多普勒域，得到MXL維距離多普勒單元數(shù)據(jù)X，其中，第m個多普勒通道第I個距離門對應(yīng)的距離多普勒子單元數(shù)據(jù)xml，I≤m≤M，I≤I≤L，M為多普勒通道數(shù)，L為距離門數(shù)； 步驟2，構(gòu)建距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml和距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml的空域搜索導(dǎo)向矩陣S(Qml);利用距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml和空域搜索導(dǎo)向矩陣S(Qml)求解距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml對應(yīng)的波達(dá)角Θ ml ； 步驟3，根據(jù)步驟2構(gòu)建第m個多普勒通道上L個距離多普勒單元xml，Xffl2,…xml，…，xfflL ；求取L個距離多普勒單元xml, Xm2,…xml,…，χΛ分別對應(yīng)的波達(dá)角Θ ml, Θ m2,…Θ ml,…，Θ mL ；對波達(dá)角θπ1，θπ2，…，Θπ1，…，0 1進(jìn)行排序，在有序的波達(dá)角度序列中取出中間值作為檢驗門限θ η ;設(shè)定經(jīng)驗偏差ε，根據(jù)經(jīng)驗偏差ε確定檢測范圍[θ η- ε，θ η+ε ]；步驟4，將第m個多普勒通道上的L個波達(dá)角θπ1，θπ2，…Θπ1，…，Θ ^分別與檢驗門限θ η進(jìn)行比較，如果波達(dá)角θ ml位于檢測范圍[θ η- ε，θ η+ε]外，則該波達(dá)角θ ml對應(yīng)的距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml為第m個多普勒通道的一個奇異樣本； 步驟5，根據(jù)步驟3和步驟4，得到M個通道上的所有奇異樣本yu J2,…，yffl,…，yM ；步驟6，從距離多普勒單元數(shù)據(jù)X中除去M個通道上的所有奇異樣本yi，y2，…，ym，…，yM之后的樣本即為訓(xùn)練樣本。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用波達(dá)角差異性選擇訓(xùn)練樣本的方法，其特征在于，步驟2包括以下子步驟: 2a)設(shè)定雷達(dá)天線為均勻線陣，則距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml表達(dá)式為: xIiii = c+n 其中，η為高斯白噪聲矢量，c為空域雜波矢量，空域雜波矢量c的表達(dá)式為:
其中，d為相鄰陣元間距，N為天線陣元個數(shù)，λ為波長，Θ ml代表距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xnil所對應(yīng)的波達(dá)角； 2b)構(gòu)造距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml的空域搜索導(dǎo)向矩陣S( Θ ml):
S ( Θ ml) = [s ( Θ D，S ( Θ 2)，…，S ( Θ k)，…，S ( θ κ)] 空域搜索導(dǎo)向矩陣s(0k)是第k個空域搜索導(dǎo)向矢量:
其中9k為第k個空域搜索導(dǎo)向矢量的掃描角，第一個空域搜索導(dǎo)向矢量的掃描角Q1至第K個空域搜索導(dǎo)向矢量的掃描角0k的掃描范圍為[-90°，90° ]，K是在掃描角范圍[-90° ,90° ]內(nèi)等間隔選取的掃描角的數(shù)目； 2c)用空域搜索導(dǎo)向矩陣S(Qml)對距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml通過下式進(jìn)行匹配濾波，得到距離多普勒子單元數(shù)據(jù)Xml所對應(yīng)的波達(dá)角Θ ml ；
上式中，I I I |2為2范數(shù)運(yùn)算，&找洫1(.))表示求解最大值時的最優(yōu)化，H為求矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用波達(dá)角差異性選擇訓(xùn)練樣本的方法，其特征在于， 所述經(jīng)驗偏差ε的取值范圍為[3° ,5° ] O
【文檔編號】G01S7/41GK104181518SQ201410369883
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】吳建新, 傅翱, 王彤, 崔偉芳 申請人:西安電子科技大學(xué)