CN111965612A - 一种基于子空间投影的杂波抑制方法 - Google Patents

一种基于子空间投影的杂波抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于子空间投影的杂波抑制方法，包括：获取多通道原始回波信号；对所述回波信号进行方位向FFT处理，获得多普勒域的回波信号；获得一个多普勒单元的杂波子空间投影矩阵；将当前多普勒单元的回波信号投射到杂波子空间上，获得投影结果；遍历所有的多普勒单元，得到所有多普勒单元的完整投影结果；将所述多普勒域的回波信号与所述完整投影结果作差，获得差值；对所述差值进行方位向IFFT处理，得到杂波抑制后的信号。该方法可以直接应用于高分辨宽测绘带多通道SAR系统接收的方位欠采样数据，避免了繁琐的处理过程，且具有更好的杂波抑制性能。

Description

一种基于子空间投影的杂波抑制方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于子空间投影的杂波抑制方法。
背景技术
杂波抑制是多通道SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)系统中运动目标检测的首要环节，传统的杂波抑制方法，如DPCA(Displaced Phase Center Antenna，相位中心偏置天线)方法、ATI(Along Track Interferometry，沿航迹干涉)方法、STAP(Space-Time Adaptive Processing，空时自适应处理)方法，主是在PRF(pulserepetition frequency，脉冲重复频率)不小于奈奎斯特频率的情况下进行研究。然而，高分辨率宽测绘带SAR系统(简称HRWS-SAR系统)中，采用低于PRF的方位通道采样突破最小的天线面积约束。通常，接收信号的多普勒带宽是PRF的几倍，这给传统的方法带来了新的挑战。
为了在HRWS-SAR系统中实现杂波的抑制，传统的方法需要调整。当阵列天线的排列满足DPCA条件时，DPCA方法可方便地应用于HRWS-SAR系统。然而，在实际应用中，DPCA的条件很难满足，因此需要对DPCA方法作一系列的预处理。在S.-X.Zhang,M.-D.Xing发表的“A novel moving target imaging algorithm for HRWS SAR based on local maximum-likelihood minimum entropy,”(IEEE Transactions on Geoscience and RemoteSensing,2014,52(9):5333-5348.)中，接收到的数据根据通道误差估计和补偿后的通道数分成两组，然后分别对两组数据进行重构，在进行DPCA处理之前满足奈奎斯特采样定律并进行插值。
由于沿航迹干涉方法是在图像域内进行的，低PRF数据的成像结果中会出现重影现象，因此其应用也需要进行预处理，当数据量很大时，这两组流程可能非常耗时。STAP方法可以直接应用于HRWS-SAR系统，具有良好的性能，但当运动目标信号涉及杂波协方差矩阵的计算时，其性能会下降。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于子空间投影的杂波抑制方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种基于子空间投影的杂波抑制方法，包括：
S1：获取多通道原始回波信号；
S2：对所述原始回波信号进行方位向FFT处理，获得多普勒域的回波信号；
S3：获得一个多普勒单元的杂波子空间投影矩阵；
S4：将当前多普勒单元的回波信号投射到杂波子空间上，获得投影结果；
S5：遍历所有的多普勒单元，得到所有多普勒单元的完整投影结果；
S6：将所述多普勒域的回波信号与所述完整投影结果作差，获得差值；
S7：对所述差值进行方位向IFFT处理，得到杂波抑制后的信号。
在本发明的一个实施例中，所述S1包括：
获取M个通道的原始回波信号，将所述M个通道的回波信号X表示为：
X＝Sc+St+N
其中，Sc表示杂波信号，Sc＝[Sc,1(tr,ta)Sc,2(tr,ta)…Sc,m(tr,ta)…Sc,M(tr,ta)]T，(·)T表示对矩阵进行转置操作，Sc,m(tr,ta)为第m个通道在ta时刻接收到的杂波信号，m＝1，2，3，…，M-1，M，St表示运动目标信号，St＝[St,1(tr,ta)St,2(tr,ta)…St,m(tr,ta)…St,M(tr,ta)]T，St,m(tr,ta)为第m个通道在ta时刻接收到的运动目标信号，N表示噪声。
在本发明的一个实施例中，所述S2包括：
对接收的原始回波信号在方位向进行快速傅里叶变换，将所述原始回波信号从方位时域变换到方位多普勒域。
在本发明的一个实施例中，所述杂波子空间投影矩阵为：
p(fa)＝Ac(fa)(Ac(fa)HAc(fa))-1Ac(fa)H，
其中，fa为多普勒单元，Ac(fa)为多普勒单元fa的所有多普勒模糊方向的导向矢量构成的导向矢量矩阵，(·)H表示对矩阵进行复共轭转置操作，(·)-1表示对矩阵进行取逆操作。
在本发明的一个实施例中，所述S4包括：
将多普勒单元fa的回波信号投射到杂波子空间上，得到投影的结果XP(fa)，XP(fa)为：
XP(fa)＝p(fa)·X(fa)
＝p(fa)·Sc(fa)+p(fa)·St(fa)+p(fa)·N(fa)
＝Sc(fa)+p(fa)·St(fa)
其中，p(fa)为由杂波导向矢量矩阵Ac(fa)张成的子空间的投影矩阵，X(fa)为经过方位FFT处理的混合回波信号，X(fa)＝Sc(fa)+St(fa)+N(fa)，Sc(fa)为多普勒域的杂波信号，St(fa)为多普勒域的运动目标信号，N(fa)为多普勒域的噪声信号。
在本发明的一个实施例中，所述S7包括：
计算所有多普勒单元的杂波子空间投影矩阵；
将所有多普勒单元的回波信号投射到对应的杂波子空间上；
遍历所有的多普勒单元执行步骤S3和S4，得到包含所有多普勒单元的完整投影结果。
在本发明的一个实施例中，所述S6包括：
从所述多普勒域的回波信号中减去所述完整投影结果，获得差值作为多普勒域杂波抑制信号。
在本发明的一个实施例中，所述S7包括：
对所述差值在方位向进行快速傅里叶逆变换，将所述多普勒域杂波抑制信号从方位多普勒域变换到方位时域，从而获得所述原始回波信号经过杂波抑制处理后的时域信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明基于子空间投影的杂波抑制方法可以直接应用于高分辨宽测绘带多通道SAR系统接收的方位欠采样数据，避免了繁琐的处理过程。
2、与STAP方法相比，当接收到的回波信号中包含大量的运动目标或存在高信杂比(SCR)的运动目标时，本发明基于子空间投影的杂波抑制方法具有更好的杂波抑制性能。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于子空间投影的杂波抑制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于子空间投影的杂波抑制方法的详细流程图；
图3是本发明实施例提供的一种基于子空间投影的杂波抑制方法与现有的STAP方法在信杂噪比为0dB时的杂波抑制结果对比图；
图4是本发明实施例提供的一种基于子空间投影的杂波抑制方法与现有的STAP方法在信杂噪比为5dB时的杂波抑制结果对比图；
图5是本发明实施例提供的一种基于子空间投影的杂波抑制方法与现有的STAP方法在信杂噪比为10dB时的杂波抑制结果对比图；
图6是本发明实施例提供的一种基于子空间投影的杂波抑制方法与现有的STAP方法在信杂噪比为15dB时的杂波抑制结果对比图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种基于子空间投影的杂波抑制方法进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于子空间投影的杂波抑制方法的流程示意图。该包括：
S1：获取多通道原始回波信号；
S2：对所述回波信号进行方位向FFT(Fast Foourier Transform，快速傅立叶变换)处理，获得多普勒域的回波信号；
S3：获得一个多普勒单元的杂波子空间投影矩阵；
S4：将当前多普勒单元的回波信号投射到杂波子空间上，获得投影结果；
S5：遍历所有的多普勒单元，得到所有多普勒单元的完整投影结果；
S6：将所述多普勒域的回波信号与所述完整投影结果作差，获得差值；
S7：对所述差值进行方位向IFFT(快速傅立叶逆变换)处理，得到杂波抑制后的信号。
具体地，在获取原始回波信号后，对原始回波信号在方位向进行FFT处理，将原始回波信号从方位时域变换到方位多普勒域，得到多普勒域的回波信号X；获得一个多普勒单元的杂波信号在所有多普勒模糊方向的导向矢量，把所有多普勒模糊方向的导向矢量合在一起构成导向矢量矩阵Ac(fa)，其中，fa表示多普勒单元，再利用导向矢量矩阵Ac(fa)计算出子空间的投影矩阵p(fa)；将当前多普勒单元的回波信号投射到杂波子空间上，得到投射后的结果XP(fa)，XP(fa)＝p(fa)·X(fa)，其中，X(fa)为经过方位FFT处理的混合回波信号；遍历所有的多普勒单元执行相同的操作，得到完整的投影结果矩阵XP；从所述多普勒域的回波信号X中减去完整的投影结果矩阵XP，所得到的差值ΔX可作为多普勒域杂波抑制的结果，ΔX＝X-XP；对差值ΔX在方位向进行IFFT处理，将信号从方位多普勒域变换到方位时域，所得信号即为原始回波信号经过杂波抑制处理后的时域信号。
本发明将信号子空间理论应用到HRWS-SAR系统的杂波抑制中，当阵列天线的排列不满足相位中心偏置天线(DPCA)条件时，需要对DPCA方法作一系列预处理，应用沿航迹干涉(ATI)方法也需要进行预处理，当数据量较大时，处理过程十分耗时，而本发明可以直接应用于HRWS-SAR接收的方位欠采样数据，避免了繁琐的处理过程；空时自适应处理(STAP)方法可以直接应用于HRWS-SAR系统，具有良好的性能，但当运动目标信号涉及杂波协方差矩阵的计算时，其性能会下降。与STAP方法相比，当接收到的回波信号中包含大量的运动目标或存在高信杂比(SCR)的运动目标时，本发明实施例的方法具有更好的杂波抑制性能。
具体地，所述方位向FFT处理包括：
对接收的原始回波信号在方位向进行FFT处理，将所述原始回波信号从方位时域变换到方位多普勒域。
所述杂波子空间投影矩阵表达式为：
p(fa)＝Ac(fa)(Ac(fa)HAc(fa))-1Ac(fa)H，
其中，fa为多普勒单元，Ac(fa)为多普勒单元fa的所有多普勒模糊方向的导向矢量构成的导向矢量矩阵，(·)H表示对矩阵进行复共轭转置操作，(·)-1表示对矩阵进行取逆操作。
进一步地，将当前多普勒单元的多普勒域的回波信号投射到杂波子空间上，包括：
将当前多普勒单元的杂波子空间投影矩阵p(fa)与当前多普勒单元的回波信号X(fa)相乘，得到当前多普勒单元的回波信号的投射结果XP(fa)，表达式为：
XP(fa)＝p(fa)·X(fa)。
进一步地，遍历所有多普勒单元，得到所有多普勒单元的完整投影结果，包括：
获得所有多普勒单元的杂波子空间投影矩阵；
将所有多普勒单元的多普勒域的回波信号投射到对应多普勒单元的杂波子空间上；
遍历所有多普勒单元执行上述相同的操作，可得到包含所有多普勒单元的完整投影结果。
进一步地，将方位向FFT处理后的回波信号与所述完整投影结果作差，获得差值，包括：
从经过方位向FFT处理后的回波信号中减去所述完整投影结果，所得到的差值可作为多普勒域杂波抑制的结果。
进一步地，对所述差值进行方位向IFFT处理，得到杂波抑制后的信号，包括：
对所述差值在方位向进行快速傅里叶逆变换，将多普勒域杂波抑制的信号从方位多普勒域变换到方位时域，所得信号即为原始回波信号经过杂波抑制处理后的时域信号。
本实施例基于子空间投影的杂波抑制方法可以直接应用于高分辨宽测绘带多通道SAR系统接收的方位欠采样数据，避免了繁琐的处理过程
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例对基于子空间投影的杂波抑制方法进行详细说明。请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种基于子空间投影的杂波抑制方法的详细流程图。
本实施例的方法包括：
步骤1：获取多通道回波信号；
具体地，获取M个通道的回波信号，将这M个通道的回波信号X表示为：
X＝Sc+St+N
其中，Sc表示杂波信号，Sc＝[Sc,1(tr,ta)Sc,2(tr,ta)…Sc,m(tr,ta)…Sc,M(tr,ta)]T，M为通道数，(·)T表示对矩阵进行转置操作，Sc,m(tr,ta)为第m个通道在ta时刻接收到的杂波信号，m＝1，2，3，…，M-1，M，Sc,m(tr,ta)可表示为：
Figure BDA0002575515150000091
其中，tr为距离时间，ta为方位时间，x,y分别表示点目标(x,y)在运动场景中的横纵坐标值，σ(x,y)是点目标(x,y)处的后向散射系数，c为光速，wr(·)为距离向窗函数，wa(·)方位向窗函数，λ为信号波长，
Figure BDA0002575515150000092
表示方位时间为ta时，第m个通道到点目标(x,y)的距离，v为雷达平台移动的速度，xm＝(m-1)·d/2为从第m个通道到第1个通道的方位向偏移量，m＝1，2，3，…，M-1，M,M为通道数，d/2为相邻通道等效相位中心的距离，d为相邻通道沿方位向的距离，H为卫星轨道的高度。
St表示运动目标信号，St＝[St,1(tr,ta)St,2(tr,ta)…St,m(tr,ta)…St,M(tr,ta)]T，St,m(tr,ta)为第m个通道在ta时刻接收到的运动目标信号，St,m(tr,ta)可表示为：
Figure BDA0002575515150000101
其中，tr为距离时间，ta为方位时间，c为光速，x',y'分别表示运动目标(x',y')在运动场景中的横纵坐标值，wr(·)为距离向窗函数，wa(·)方位向窗函数，λ为信号波长，
Figure BDA0002575515150000102
表示方位时间为ta时，第m个通道到运动目标(x',y')的距离，H为卫星轨道的高度，ve＝v-va，v为雷达平台移动的速度，va表示沿航迹速度，vr表示垂直航迹速度，xm＝(m-1)·d/2，为从第m个通道到第1个通道的方位向偏移量，m＝1，2，3，…，M-1，M,M为通道数，d/2为相邻通道等效相位中心的距离，d为相邻通道沿方位向的距离，N表示噪声。
步骤2：对所述回波信号X进行方位向FFT处理；
具体地，对接收的多通道回波信号在方位向进行快速傅里叶变换，将该回波信号从方位时域变换到方位多普勒域。在HRWS-SAR系统中，每个通道的多普勒谱都是混叠的，用多普勒模糊数来表示混叠的数目，以多普勒模糊数L是奇数为例，L＝2I+1，其中忽略包络和不重要的常数项。
具体地，对于第m个通道在ta时刻接收到的杂波信号Sc,m(tr,ta)，将Sc,m(tr,ta)变换到多普勒域为：
Figure BDA0002575515150000103
其中，tr为距离时间，fa为多普勒单元，
Figure BDA0002575515150000104
PRF为脉冲重复频率，以多普勒模糊数L是奇数为例，L＝2I+1，i＝[-I,-I+1,…，0，…,I-1,I],I为正整数，v为雷达平台移动的速度，xm＝(m-1)·d/2为从第m个通道到第1个通道的方位向偏移量，m＝1，2，3，…，M-1，M,M为通道数，d/2为相邻通道等效相位中心的距离，d为相邻通道沿方位向的距离。
Sc,i(tr,x,y,fa+i·PRF)表示杂波信号混叠频谱的第i个分量：
Figure BDA0002575515150000111
其中，以多普勒模糊数L是奇数为例，L＝2I+1，i＝[-I,-I+1,…，0，…,I-1,I]，I为正整数，x,y分别表示点目标(x,y)在运动场景中的横纵坐标值，tr为距离时间，fa为多普勒单元，
Figure BDA0002575515150000112
PRF为脉冲重复频率，λ为信号波长，v为雷达平台移动的速度，H为卫星轨道的高度。
对于第m个通道在ta时刻接收到的运动目标信号St,m(tr,ta)，将St，m(tr，ta)变换到多普勒域为：
Figure BDA0002575515150000113
其中，tr为距离时间，fa为多普勒单元，
Figure BDA0002575515150000114
PRF为脉冲重复频率，以多普勒模糊数L是奇数为例，i＝[-I,-I+1,…，0，…,I-1,I]，I为正整数，L＝2I+1，xm＝(m-1)·d/2为从第m个通道到第1个通道的方位向偏移量，,M为通道数，d/2为相邻通道等效相位中心的距离，d为相邻通道沿方位向的距离，ve＝v-va，v为雷达平台移动的速度，va表示沿航迹速度，vr表示垂直航迹速度，fvr为径向速度对运动目标信号产生多普勒偏移，fvr＝2vr/λ。
St,i(tr,x',y',fa+i·PRF)表示运动目标信号混叠频谱的第i个分量，
Figure BDA0002575515150000121
其中，以多普勒模糊数L是奇数为例，i＝[-I,-I+1,…，0，…,I-1,I],I为正整数，L＝2I+1，x',y'分别表示运动目标(x',y')在运动场景中的横纵坐标值，tr为距离时间，fa为多普勒单元，
Figure BDA0002575515150000122
PRF为脉冲重复频率，λ为信号波长，H为卫星轨道的高度，ve＝v-va，v为雷达平台移动的速度，va表示沿航迹速度，vr表示垂直航迹速度，fvr为径向速度对运动目标信号产生多普勒偏移，fvr＝2vr/λ。
步骤3：获得一个多普勒单元对应的杂波子空间投影矩阵；
具体地，对于杂波信号的一个多普勒单元fa，其对应的第i个多普勒模糊方向的导向矢量ac,i(fa)为：
Figure BDA0002575515150000123
其中，以多普勒模糊数L是奇数为例，i＝[-I,-I+1,…，0，…,I-1,I]，I为正整数，L＝2I+1，fa为多普勒单元，
Figure BDA0002575515150000124
PRF为脉冲重复频率，v为雷达平台移动的速度，xm＝(m-1)·d/2为从第m个通道到第1个通道的方位向偏移量，m＝1，2，3，…，M-1，M,M为通道数，d/2为相邻通道等效相位中心的距离，d为相邻通道沿方位向的距离。
同一个多普勒单元fa的所有多普勒模糊方向的导向矢量构成一个导向矢量矩阵Ac(fa)，Ac(fa)为：Ac(fa)＝[ac,-I(fa)…ac,0(fa)…ac,I(fa)]，对于多普勒单元fa，由杂波导向矢量矩阵Ac(fa)张成的杂波子空间投影矩阵p(fa)为:
p(fa)＝Ac(fa)(Ac(fa)HAc(fa))-1Ac(fa)H
其中，p(fa)具有与Ac(fa)相同的特征向量，其2I+1个向量对应于特征值1，用1向量表示，其余M-(2I+1)个特征向量对应于特征值0，用0向量表示，M为通道数，将接收到的回波信号乘以子空间的投影矩阵p(fa)可视为滤波处理，保留与1向量相一致的信号。
步骤4：将当前多普勒单元的回波信号投射到杂波子空间上；
对于每个多普勒单元，不同径向速度的运动目标采样信号对应不同的运动目标导向矢量矩阵，接收到的杂波信号与杂波导向矢量矩阵以及p(fa)的1向量跨越相同的子空间，因此p(fa)·Sc(fa)＝Sc(fa)，噪声信号跨越了与p(fa)的0向量相同的子空间，所以p(fa)·N(fa)＝0，将接收到的回波信号乘以p(fa)可视为滤波处理，因此将一个多普勒单元的混合回波信号投射到杂波子空间上，可以得到投影的结果XP(fa)，XP(fa)为：
XP(fa)＝p(fa)·X(fa)
＝p(fa)·Sc(fa)+p(fa)·St(fa)+p(fa)·N(fa)
＝Sc(fa)+p(fa)·St(fa)
其中，p(fa)为由杂波导向矢量矩阵Ac(fa)张成的子空间的投影矩阵，X(fa)为经过方位FFT处理的混合回波信号，X(fa)＝Sc(fa)+St(fa)+N(fa)。
Sc(fa)为多普勒域的杂波信号，
Sc(fa)＝[Sc,1(tr,fa)Sc,2(tr,fa)…Sc,m(tr,fa)…Sc,M(tr,fa)]T，M为通道数，(·)T表示对矩阵进行转置操作。
St(fa)为多普勒域的运动目标信号，
St＝[St,1(tr,fa)St,2(tr,fa)…St,m(tr,fa)…St,M(tr,fa)]T，M为通道数，(·)T表示对矩阵进行转置操作。
N(fa)为多普勒域的噪声信号。
步骤5：遍历所有的多普勒单元得到完整的投影结果；
遍历所有的多普勒单元，执行步骤3和步骤4中的操作，可得到包含所有多普勒单元的完整投影结果XP。
步骤6：将方位向FFT处理后的信号与所述完整投影结果XP作差，获得差值。
具体地，在方位多普勒域，从方位向FFT处理后的混合回波信号X(fa)中减去完整的投影结果XP(fa)，得到的差值即为杂波抑制的结果ΔX(fa)，ΔX(fa)为：
ΔX(fa)＝X(fa)-XP(fa)
＝(Ι-p(fa))·St(fa)+N(fa)
其中，X(fa)＝Sc(fa)+St(fa)+N(fa)，XP(fa)＝Sc(fa)+p(fa)·St(fa)，Sc(fa)为多普勒域的杂波信号，St(fa)为多普勒域的运动目标信号，N(fa)为多普勒域的噪声信号，p(fa)为由杂波导向矢量矩阵Ac(fa)张成的子空间的投影矩阵，Ac(fa)为同一个多普勒单元fa的所有多普勒模糊方向的导向矢量构成一个导向矢量矩阵，Ι为单位矩阵，杂波抑制的结果只包括调制后的运动目标信号和噪声信号。
步骤7：对所述差值进行方位向IFFT处理，得到杂波抑制后的信号。
对差值ΔX(fa)在方位向进行快速傅里叶逆变换，将方位多普勒域杂波抑制的信号从方位多普勒域变换到方位时域，所得信号为原始回波信号经过杂波抑制处理后的时域信号。
接着，本发明实施例的基于子空间投影的杂波抑制方法的效果可以通过下述仿真实验加以说明：
通过一组仿真星载数据，并对比STAP方法，验证了本发明方法的有效性，仿真星载数据的参数如表1所示。
表1本发明实施例的仿真实验的仿真参数表
参数 参数值 参数 参数值
波长λ 0.056m 速度v 7000m/s
通道间距Da 1.2m 脉冲重复频率PRF 1300Hz
轨道高度H 700km 多普勒模糊数 5
采样率Fs 90MHz 通道数 7
脉宽Tp 35μs 带宽B 60MHz
在无通道误差的仿真多通道杂波数据中设置了100个运动点目标，分别在0dB、5dB、10dB和15dB四种信杂噪比SCNR的情况下，采用STAP方法和本发明实施例的方法，具体地分析了A、B、C三个目标，三个目标的径向速度分别为5.2m/s、10.5m/s和36.4m/s(盲速)，分别得到图3、图4、图5、图6的仿真结果，其中，横轴表示距离单元，纵轴表示功率，STAP方法中杂波协方差矩阵的计算采用全数据。对比图3至图6的仿真结果可知，随着SCNR的增加，运动目标在数据中所占权重增加，对STAP方法的影响越来越大，STAP方法杂波抑制结果中残余杂波功率上升，而本申请所提方法不受影响，仿真实验中，在SCNR大于10dB时，本申请所提方法性能明显优于STAP方法。由于运动目标A和B的径向速度不同，其残余功率是不同的，而具有盲速的目标C可被作为杂波去除。
综上，当阵列天线的排列不满足相位中心偏置天线(DPCA)条件时，需要对DPCA方法作一系列预处理，应用沿航迹干涉(ATI)方法也需要进行预处理，当数据量较大时，处理过程十分耗时，而本发明基于子空间投影的杂波抑制方法可以直接应用于高分辨宽测绘带多通道SAR系统接收的方位欠采样数据，避免了繁琐的处理过程。此外，空时自适应处理(STAP)方法可以直接应用于HRWS系统，具有良好的性能，但当运动目标信号涉及杂波协方差矩阵的计算时，其性能会下降。与STAP方法相比，当接收到的回波信号中包含大量的运动目标或存在高信杂比(SCR)的运动目标时，本方法具有更好的杂波抑制性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于子空间投影的杂波抑制方法，其特征在于，包括：
S1：获取多通道原始回波信号；
S2：对所述原始回波信号进行方位向FFT处理，获得多普勒域的回波信号；
S3：获得一个多普勒单元的杂波子空间投影矩阵；
S4：将当前多普勒单元的回波信号投射到杂波子空间上，获得投影结果；
S5：遍历所有的多普勒单元，得到所有多普勒单元的完整投影结果；
S6：将所述多普勒域的回波信号与所述完整投影结果作差，获得差值；
S7：对所述差值进行方位向IFFT处理，得到杂波抑制后的信号。
2.根据权利要求1所述的基于子空间投影的杂波抑制方法，其特征在于，所述S1包括：
获取M个通道的原始回波信号，将所述M个通道的回波信号X表示为：
X＝Sc+St+N
其中，Sc表示杂波信号，Sc＝[Sc,1(tr,ta)Sc,2(tr,ta)…Sc,m(tr,ta)…Sc,M(tr,ta)]T，(·)T表示对矩阵进行转置操作，Sc,m(tr,ta)为第m个通道在ta时刻接收到的杂波信号，m＝1，2，3，…，M-1，M，St表示运动目标信号，St＝[St,1(tr,ta) St,2(tr,ta)…St,m(tr,ta)…St,M(tr,ta)]T，St,m(tr,ta)为第m个通道在ta时刻接收到的运动目标信号，N表示噪声。
3.根据权利要求1所述的基于子空间投影的杂波抑制方法，其特征在于，所述S2包括：
对接收的原始回波信号在方位向进行快速傅里叶变换，将所述原始回波信号从方位时域变换到方位多普勒域。
4.根据权利要求1所述的基于子空间投影的杂波抑制方法，其特征在于，所述杂波子空间投影矩阵为：
p(fa)＝Ac(fa)(Ac(fa)HAc(fa))-1Ac(fa)H，
其中，fa为多普勒单元，Ac(fa)为多普勒单元fa的所有多普勒模糊方向的导向矢量构成的导向矢量矩阵，(·)H表示对矩阵进行复共轭转置操作，(·)-1表示对矩阵进行取逆操作。
5.根据权利要求4所述的基于子空间投影的杂波抑制方法，其特征在于，所述S4包括：
将多普勒单元fa的回波信号投射到杂波子空间上，得到投影的结果XP(fa)，XP(fa)为：
XP(fa)＝p(fa)·X(fa)
＝p(fa)·Sc(fa)+p(fa)·St(fa)+p(fa)·N(fa)
＝Sc(fa)+p(fa)·St(fa)
其中，p(fa)为由杂波导向矢量矩阵Ac(fa)张成的子空间的投影矩阵，X(fa)为经过方位FFT处理的混合回波信号，X(fa)＝Sc(fa)+St(fa)+N(fa)，Sc(fa)为多普勒域的杂波信号，St(fa)为多普勒域的运动目标信号，N(fa)为多普勒域的噪声信号。
6.根据权利要求3所述的基于子空间投影的杂波抑制方法，其特征在于，所述S7包括：
计算所有多普勒单元的杂波子空间投影矩阵；
将所有多普勒单元的回波信号投射到对应的杂波子空间上；
遍历所有的多普勒单元执行步骤S3和S4，得到包含所有多普勒单元的完整投影结果。
7.根据权利要求6所述的基于子空间投影的杂波抑制方法，其特征在于，所述S6包括：
从所述多普勒域的回波信号中减去所述完整投影结果，获得差值作为多普勒域杂波抑制信号。
8.根据权利要求7所述的基于子空间投影的杂波抑制方法，其特征在于，所述S7包括：
对所述差值在方位向进行快速傅里叶逆变换，将所述多普勒域杂波抑制信号从方位多普勒域变换到方位时域，从而获得所述原始回波信号经过杂波抑制处理后的时域信号。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115412413A (zh) * 2022-07-14 2022-11-29 南京信息工程大学 一种基于5g ofdm信号的外辐射源雷达杂波抑制方法
CN115656963A (zh) * 2022-12-26 2023-01-31 南京天朗防务科技有限公司 一种非参数化信号空间中的杂波抑制方法
CN116299205A (zh) * 2023-05-17 2023-06-23 西安电子科技大学 一种时域滑窗子空间投影sar宽带干扰抑制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012154887A (ja) * 2011-01-28 2012-08-16 Furuno Electric Co Ltd クラッタ除去器、レーダ装置、クラッタ除去方法およびクラッタ除去用プログラム
CN104076343A (zh) * 2014-06-25 2014-10-01 西安电子科技大学 星载三通道sar-gmti自适应杂波抑制方法
CN104502895A (zh) * 2014-12-08 2015-04-08 广西大学 一种稳健的基于多通道sar特征投影的杂波抑制方法及装置
CN106093870A (zh) * 2016-05-30 2016-11-09 西安电子科技大学 高超声速飞行器下降段的sar‑gmti杂波抑制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012154887A (ja) * 2011-01-28 2012-08-16 Furuno Electric Co Ltd クラッタ除去器、レーダ装置、クラッタ除去方法およびクラッタ除去用プログラム
CN104076343A (zh) * 2014-06-25 2014-10-01 西安电子科技大学 星载三通道sar-gmti自适应杂波抑制方法
CN104502895A (zh) * 2014-12-08 2015-04-08 广西大学 一种稳健的基于多通道sar特征投影的杂波抑制方法及装置
CN106093870A (zh) * 2016-05-30 2016-11-09 西安电子科技大学 高超声速飞行器下降段的sar‑gmti杂波抑制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王宇;曹运合;齐晨;韩玖胜;刘玉涛;: "基于高超声速平台前斜视多通道SAR-GMTI杂波抑制方法", 电子与信息学报, no. 02 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115412413A (zh) * 2022-07-14 2022-11-29 南京信息工程大学 一种基于5g ofdm信号的外辐射源雷达杂波抑制方法
CN115656963A (zh) * 2022-12-26 2023-01-31 南京天朗防务科技有限公司 一种非参数化信号空间中的杂波抑制方法
CN116299205A (zh) * 2023-05-17 2023-06-23 西安电子科技大学 一种时域滑窗子空间投影sar宽带干扰抑制方法
CN116299205B (zh) * 2023-05-17 2023-09-01 西安电子科技大学 一种时域滑窗子空间投影sar宽带干扰抑制方法

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