申请/专利权人：中国电子科技集团公司第二十研究所

申请日：2022-04-21

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN114879148B

主分类号：G01S7/28

分类号：G01S7/28;G01S7/41;G01S13/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2022.08.26#实质审查的生效;2022.08.09#公开

摘要：本发明提供了一种适应于星地双基雷达系统的空时二维杂波抑制方法，建立了星地双基雷达探测系统杂波几何模型并推导出了该场景下的地杂波分布特征的数学表达式，借助经典的空时二维杂波抑制处理原理STAP算法，利用上述杂波模型，通过代入starlink低轨卫星位置参数产生了星地双基模型下的杂波数据，系统性的分析了该模型下杂波的特征谱、功率谱，通过功率谱定性的分析了卫星发射信号高速移动时地面雷达接收到的杂波谱的弯曲、展宽等分布特性，并通过仿真形成了星地双基雷达杂波抑制空时二维滤波器，定量的给出了滤波器的抑制效果。

主权项：1.一种适应于星地双基雷达系统的空时二维杂波抑制方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：星地双基探测系统地杂波建模；在双基地雷达中，只有收发距离之和相同的目标或杂波才能位于一个距离单元，该距离和等值线为一个椭圆，因此发射机和接收机同步工作时，同一次距离采样下的等距离环为一条椭球面与地面表面的交线，星地载双基系统中椭圆的两个焦点是发射机与接收机在地面的投影；先假定地面水平，以发射载星PTTx,Ty,HT和接收机PR0,0,HR之间的连线在地面上的投影点连线为X轴，建立XOY-Z坐标系；接收机PR静止，在地面投影点为O坐标原点；发射天线在地面投影点为Q，P为地面杂波散射点，C为等距离椭球到PT与PR距离之和相等的点构成的椭球与地面交线——地面杂波等距离椭圆环的中心；Rb、Ra分别表示距离环的中心点与O点、与Q的距离；RT和RR分别表示杂波散射点P与发射载星PT和接收机PR之间的斜距；发射机飞行速度为VT，与X轴夹角为δT；θFR和θFT分别表示接收机和发射机相对于基线方向的方位角；θs为距离环上散射点与距离环中心C点连线与基线的夹角；θAT为发射阵面的轴向与发射载机飞行方向的夹角，和分别表示杂波散射点相对于接收机和发射机的俯仰角；ψR和ψT分别表示杂波散射点相对于接收机和发射机的实时空间锥角；收发距离和Rs＝RR+RT,经过数学计算，得到由PT与PR构成的椭球方程，其中横轴变量为x，纵轴变量为y，那么该椭球与XOY平面的椭圆方程为：b2xcosβ-ε2+a2y2+a2xsinβ+ε2＝a2b21其中，β＝arctanHT-HRTX，其中，L为收发两站的直线距离，通过计算椭圆的中心点C的坐标,由于C点和杂波散射点P的连线和X轴的夹角θs的范围为0—2π,用θs来建立方程求解RR和RT；由椭圆方程解出椭圆中心点C的坐标为： 由杂波的几何模型得出一个几何关系及余弦定理： 化简可得：A·R2+B·R+D＝04其中，R为椭圆中心点C到杂波散射点的距离，A＝4cos2θsRa+Rb2-4Rs2，B＝4kcosθsRa+Rb-8Rs2Rbcosθs，D＝k2-4R2sRb2+HR2，k＝Rs2+Rb2+HR2-Ra2-HT2；由方程4解出椭圆中心点C到杂波散射点的距离R的表达式： 那么，方位角和俯仰角用R表示： Ra＝Tx-Cx，Rb＝Cx9将8式代入7式，可得杂波散射点P到接收机与发射机的俯仰角；将9式代入6式可得杂波散射点P到接收机与发射机的方位，结合6、7、9式可得P到接收机与发射机的空间锥角： 由10、11可以得到杂波的空域角频率ωS和时域角频率分别为ωt： 步骤2：空时二维杂波抑制方法；用NK×1维向量W表示处理器的权矢量，则：W＝[w11，w12，..w1k，...w21，w22...w23，...wN1...WNK]T14该处理器描述为如下的数学优化问题： 其中，Rcc＝E[XXH]为由阵面接收数据X形成的协方差矩阵，S为空间二维导向矢量： 其中，WS,Wt分别表示空间与时间归一化频率，可由12、13式得到，为Kronecker乘运算符号，空时二维最有处理器的权矢量Wopt写为：Wopt＝uRcc-1S19其中，u为一个常数，权矢量的表达式由协方差矩阵的逆矩阵和目标矢量两部分组成，第一部分相当于对杂波进行白化，后一部分相当于对目标信号进行匹配滤波；结合空时二维滤波器原理，以建模下产生的杂波数据为基础，得到该模型下空时二维最优杂波抑制滤波器的频响图；步骤3：杂波特征分析；通过系统性的仿真计算对该模型下产生的仿真杂波数据的功率谱、特征谱及空时二维滤波频率响应效果进行验证；在得到杂波的空域角频率和时域角频率的基础上，按照等距离环构造地面杂波的回波数据，假设cln,k为第l个距离环上第n个空域通道的第k个脉冲所接收的杂波数据，得到下式生成该距离环上一圈散射点的回波和数据： 利用式20得到该双基模型下的地面杂波数据，利用该数据得到杂波协方差矩阵，进而获取星地双基构型下的杂波特征谱及杂波功率谱；对杂波协方差矩阵进行特征分解，以此观察杂波协方差矩阵的大特征值个数，也就是杂波子空间的自由度；根据杂波功率谱公式21，仿真得到星地双基模型下的杂波功率谱，得到杂波的空时二维分布规律： 步骤4：杂波抑制滤波器的使用；式16～式19定量的给出了星地双基雷达场景下的地杂波空时二维抑最优权矢量的构成形式，通过建模得到的星地双基雷达系统空时二维杂波抑制滤波器与星地双基场景下杂波的空时二维能量分布完全吻合，仅需对接收回波数据按对应数据格式与式16～式19的杂波抑制滤波器权矢量相乘，即可实现星地双基雷达系统下的地杂波抑制。

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