基于时频分析的多通道雷达海杂波抑制方法及系统

1.一种基于时频分析的多通道雷达海杂波抑制方法，其特征在于，包括：步骤S1：利用海况级数计算海杂波的相干时间；步骤S2：利用海杂波的相干时间加窗，将海杂波数据变换到时频域；步骤S3：在时频域中采用基于时域滑窗的子空间投影法对海杂波进行抑制；步骤S4：将抑制后的杂波数据还原到多普勒域，再进行第二阶段抑制；在所述步骤S2中：依据海杂波的相干时间，在时间间隔为 的海杂波回波的脉冲序列间具有相关性，提取出回波中间隔在 内的海杂波信号，雷达发射线性调频信号，发射信号表示为：其中， T p 表示脉冲持续时间， f c 为雷达发射信号的载频， t 为快时间变量， 表示矩形窗函数， µ 为线性调频信号的调频率； 为虚数单位；则第 n 个阵元接收到的信号在进行距离脉压后，表示为：其中， 为慢时间变量， 为脉冲重复时间， N c 为斜距为 r 的距离环所包含的海面散射点个数， 为第 i 个散射点的杂波幅度， 为全发阵元收的方向图增益， B 为雷达发射信号的带宽， c 为光速， R 0,i 表示初始的斜距， 为海杂波引入的瞬时斜距随机项， 和 分别表示偏航幅度和偏航角， 为平台运动速度， 和 为第 i 个散射点相对于雷达的下视角和方位角， d n 和 d T 分别表示第 n 个阵元和等效发射中心距参考阵元的距离； 为雷达工作波长；为得到接收通道级的信号模型，进行方位维通道的合成，方位向均匀划分为 N 0 个接收通道，每个接收通道包含 个阵元，第 n 0 个方位接收通道的信号表示为：其中， 为第 n 个通道的权值，并假设阵元中方向图加权函数是缓变的，由于海杂波随机运动项在不同通道间变化缓慢，将第 n 0 个方位接收通道的信号形式进一步化简为：其中， 表示相邻方位通道之间的物理距离，满足 ， d 表示相邻阵元之间的距离；得到相干时间内提取的信号形式为：其中， 是以 为中点，奇数长度的归一化窗口函数， 表示所选取相干时间段的中间脉冲时刻；将加窗后的海杂波数据变换到时频域，将窗函数取为矩形窗：其中， 表示卷积， 表示信号在时频域内的幅度， f a 为多普勒频率， 为对 t k 进行傅里叶变换的操作；在执行时频域海杂波抑制时，不将所有通道用于第一阶段抑制，而是分别对原始数据前 通道和后 通道执行时频域杂波抑制，之后将其还原到距离多普勒域后，再次采用基于时域滑窗的子空间投影法执行两通道的残余杂波抑制处理，得到抑制结果。 2.根据权利要求1所述的基于时频分析的多通道雷达海杂波抑制方法，其特征在于，在所述步骤S1中：海杂波的相干时间表示为：其中， 为雷达工作波长， 为当前海况下的风速， 为误差函数，满足 ， 为雷达地面最小分辨单元的面积， 为积分变量。 3.根据权利要求1所述的基于时频分析的多通道雷达海杂波抑制方法，其特征在于，在所述步骤S3中：对每一个相干块都采取 K m 次时域滑窗，对于 且处于斜距为 r 的距离环内的相干数据块， 表示所选取相干时间段的中间脉冲时刻；其滑窗得到的 K m 组数据表示为：其中：其中， 表示 的相干数据块中，对第 N 0 个方位接收通道接收到的数据进行第 k m 次滑窗得到的多普勒频率为 f a 且处于斜距为 r 的距离环内的多普勒域离散数据；此时的杂波子空间投影矩阵为：其中， 为在时域滑窗后等效的空域导向矢量，H为共轭转置；杂波抑制权矢量表示为：其中， 为等效的目标导向矢量， 为维数为 的单位矩阵，即：其中 表示克罗内克积， 为脉冲重复时间， 为目标导向矢量；得对于第 个时刻对应的海杂波相干块杂波抑制结果为： 。 4.一种基于时频分析的多通道雷达海杂波抑制系统，其特征在于，包括：模块M1：利用海况级数计算海杂波的相干时间；模块M2：利用海杂波的相干时间加窗，将海杂波数据变换到时频域；模块M3：在时频域中采用基于时域滑窗的子空间投影法对海杂波进行抑制；模块M4：将抑制后的杂波数据还原到多普勒域，再进行第二阶段抑制；在所述模块M2中：依据海杂波的相干时间，在时间间隔为 的海杂波回波的脉冲序列间具有相关性，提取出回波中间隔在 内的海杂波信号，雷达发射线性调频信号，发射信号表示为：其中， T p 表示脉冲持续时间， f c 为雷达发射信号的载频， t 为快时间变量， 表示矩形窗函数， µ 为线性调频信号的调频率； 为虚数单位；则第 n 个阵元接收到的信号在进行距离脉压后，表示为：其中， 为慢时间变量， 为脉冲重复时间， N c 为斜距为 r 的距离环所包含的海面散射点个数， 为第 i 个散射点的杂波幅度， 为全发阵元收的方向图增益， B 为雷达发射信号的带宽， c 为光速， R 0,i 表示初始的斜距， 为海杂波引入的瞬时斜距随机项， 和 分别表示偏航幅度和偏航角， 为平台运动速度， 和 为第 i 个散射点相对于雷达的下视角和方位角， d n 和 d T 分别表示第 n 个阵元和等效发射中心距参考阵元的距离； 为雷达工作波长；为得到接收通道级的信号模型，进行方位维通道的合成，方位向均匀划分为 N 0 个接收通道，每个接收通道包含 个阵元，第 n 0 个方位接收通道的信号表示为：其中， 为第 n 个通道的权值，并假设阵元中方向图加权函数是缓变的，由于海杂波随机运动项在不同通道间变化缓慢，将第 n 0 个方位接收通道的信号形式进一步化简为：其中， 表示相邻方位通道之间的物理距离，满足 ， d 表示相邻阵元之间的距离；得到相干时间内提取的信号形式为：其中， 是以 为中点，奇数长度的归一化窗口函数， 表示所选取相干时间段的中间脉冲时刻；将加窗后的海杂波数据变换到时频域，将窗函数取为矩形窗：其中， 表示卷积， 表示信号在时频域内的幅度， f a 为多普勒频率， 为对 t k 进行傅里叶变换的操作；在执行时频域海杂波抑制时，不将所有通道用于第一阶段抑制，而是分别对原始数据前 通道和后 通道执行时频域杂波抑制，之后将其还原到距离多普勒域后，再次采用基于时域滑窗的子空间投影法执行两通道的残余杂波抑制处理，得到抑制结果。 5.根据权利要求4所述的基于时频分析的多通道雷达海杂波抑制系统，其特征在于，在所述模块M1中：海杂波的相干时间表示为：其中， 为雷达工作波长， 为当前海况下的风速， 为误差函数，满足 ， 为雷达地面最小分辨单元的面积， 为积分变量。 6.根据权利要求4所述的基于时频分析的多通道雷达海杂波抑制系统，其特征在于，在所述模块M3中：对每一个相干块都采取 K m 次时域滑窗，对于 且处于斜距为 r 的距离环内的相干数据块， 表示所选取相干时间段的中间脉冲时刻；其滑窗得到的 K m 组数据表示为：其中：其中， 表示 的相干数据块中，对第 N 0 个方位接收通道接收到的数据进行第 k m 次滑窗得到的多普勒频率为 f a 且处于斜距为 r 的距离环内的多普勒域离散数据；此时的杂波子空间投影矩阵为：其中， 为在时域滑窗后等效的空域导向矢量，H为共轭转置；杂波抑制权矢量表示为：其中， 为等效的目标导向矢量， 为维数为 的单位矩阵，即：其中 表示克罗内克积， 为脉冲重复时间， 为目标导向矢量；得对于第 个时刻对应的海杂波相干块杂波抑制结果为： 。