本发明涉及信号处理，尤其涉及复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制方法与装置。
背景技术：
1、距离模糊导致远距离的微弱运动目标信号与近程的强杂波信号在距离上重叠在一起，原本有可能检测到的目标信号由于距离模糊的影响而无法被检测到，因此，近程杂波抑制一直是机载雷达空时自适应处理（space time adaptive processing，stap）技术的研究重点。近程非平稳杂波抑制方法主要包括补偿类方法、俯仰维预滤波类方法和3d-stap方法。3d-stap方法中的3d指得是方位维-俯仰维-多普勒维，该类方法在克服非平稳杂波和距离模糊影响方面具有独特的优势。机载雷达工作环境复杂多变，尤其是在山区、高原、城市群、滨海等复杂地理环境下接收到的杂波信号还存在严重的非均匀性。非均匀杂波抑制的典型方法是ka-stap（knowledge-aided stap）方法，该类方法利用地理先验信息选择均匀训练样本从而实现对非均匀杂波的有效抑制。
2、在实际工程中，非正侧视机载雷达下视工作时，除了不可避免的近程非平稳杂波外，还可能面临复杂多变的非均匀杂波环境，此时杂波非平稳性和非均匀性叠加，二者相互影响。同时，机载雷达感兴趣的远程微弱目标由于距离模糊效应通常会与近程强杂波叠加在一起。在上述复杂环境下现有的非均匀或非平稳杂波抑制方法不再适用。因此，非均匀和非平稳杂波背景下的远程微弱运动目标检测已成为当前机载雷达急需解决的核心关键技术难题之一。
3、复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制方法通过组合ka-stap方法和3d-stap方法，一方面通过先验知识和功率补偿分别确保了训练样本和待检测样本杂波频谱和功率的均匀性，另一方面利用3d-stap技术完成对非平稳杂波的有效抑制，提高机载预警雷达在非均匀杂波环境下的目标探测性能具有十分重要的意义。
4、因此，急需发明复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制方法，以提高非均匀非平稳近程杂波环境下机载雷达的目标探测性能。
技术实现思路
1、为此，本发明提供复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制方法，用以克服现有技术中存在的问题。
2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制方法，包括如下步骤，
3、步骤1：针对机载雷达回波数据，计算待检测距离单元目标多普勒频率处栅格网点的平均杂波散射系数，然后筛选出所有距离单元和待检测距离单元目标多普勒频率处栅格网点的平均杂波散射系数相接近的训练样本，形成训练样本集；
4、步骤2：通过待检测距离多普勒单元回波功率对训练样本集的距离多普勒单元进行归一化处理；
5、步骤3：对归一化处理完的训练样本集在多普勒域进行降维处理，利用降维处理后的训练样本估计空时三维协方差矩阵，利用协方差矩阵进行空时三维自适应处理。
6、设定所述机载雷达接收俯仰向子阵数目为 m，方位向子阵数目为 n，相干处理脉冲数为 k。
7、本发明的一个实施例中，所述步骤1具体包括：
8、初始化训练样本集，，，其中降维后的参与自适应处理的多普勒通道数为，训练样本数为 l，待检测距离单元的回波数据为 xl，预设的目标多普勒频率为 fdt， ξ和 ζ分别表示预设的多普勒单元门限和杂波均匀性判决门限。
9、计算待检测距离单元对应的所有栅格网点的多普勒频率，记录的栅格网点，并求 j0个栅格网点的平均杂波散射系数
10、（1）
11、循环遍历 l个训练样本，分别求得每个训练距离单元目标多普勒频率处栅格网点的平均杂波散射系数，例如计算第 m个训练距离单元对应的所有栅格网点的多普勒频率，记录的栅格网点，并求 jm个栅格网点的平均杂波散射系数
12、（2）
13、若，则记录 xm。合并记录结果，如果，根据按照从小到大对进行排序，选出前个样本作为最终的训练样本集，否则，即为最终的训练样本集。
14、本发明的一个实施例中，所述步骤2具体包括：
15、设经过空时滤波后的待检测多普勒单元对应的第 l个待检测距离单元的回波功率为 pl，即
16、(3)
17、其中为该距离多普勒单元的空时导向矢量，为待检测多普勒单元的归一化多普勒频率， ψ为空域锥角。同样可得到待检测多普勒单元对应的第 m个训练距离单元的功率 pm。通过待检测距离多普勒单元回波功率对第 m个训练距离多普勒单元进行归一化处理，即
18、(4)
19、则功率补偿处理后的第 m个训练样本距离多普勒单元的回波信号为
20、(5)
21、本发明的一个实施例中，所述步骤3具体包括：
22、降维处理后的机载雷达待检测距离多普勒单元数据和训练距离多普勒单元数据分别为
23、(6)
24、(7)
25、其中， tk表示多普勒域降维矩阵, ls为步骤1中训练样本集的样本数。降维后估计得到的第 k个待检测距离多普勒单元对应的空时三维协方差矩阵为
26、(8)
27、待检测距离多普勒单元的空时三维权矢量为
28、(9)
29、其中，为第个多普勒通道的降维空时导向矢量，为三维导向矢量，，分别为时域、方位维和俯仰维导向矢量，和分别为方位和俯仰空间频率， θ0和 φ0分别为机载雷达主波束的方位角和俯仰角， k表示相参积累脉冲数。
30、经过处理后的输出信号为
31、(10)。
32、按照本发明的另一方面，还提供了一种复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制装置，包括知识辅助样本筛选模块、距离多普勒单元功率补偿模块和空时三维自适应处理模块，其中：
33、所述知识辅助样本筛选模块，用于针对机载雷达回波数据，计算待检测距离单元目标多普勒频率处栅格网点的平均杂波散射系数，然后筛选出所有距离单元和待检测距离单元目标多普勒频率处栅格网点的平均杂波散射系数相接近的训练样本，形成训练样本集；
34、所述距离多普勒单元功率补偿模块，用于通过待检测距离多普勒单元回波功率对训练样本集的距离多普勒单元进行归一化处理；
35、所述空时三维自适应处理模块，用于对归一化处理完的训练样本集在多普勒域进行降维处理，利用降维处理后的训练样本估计空时三维协方差矩阵，利用协方差矩阵进行空时三维自适应处理；
36、其中，设定所述机载雷达接收俯仰向子阵数目为 m，方位向子阵数目为 n，相干处理脉冲数为 k。
37、本发明的一个实施例中，所述知识辅助样本筛选模块具体用于：
38、设初始化训练样本集，，，其中降维后的参与自适应处理的多普勒通道数为，训练样本数为 l，待检测距离单元的回波数据为 xl，预设的目标多普勒频率为 fdt， ξ和 ζ分别表示预设的多普勒单元门限和杂波均匀性判决门限；
39、计算待检测距离单元对应的所有栅格网点的多普勒频率， i0为栅格网点数，记录的栅格网点，并求 j0个栅格网点的平均杂波散射系数
40、（1）
41、循环遍历 l个训练样本，分别求得每个训练距离单元目标多普勒频率处栅格网点的平均杂波散射系数，计算第 m个训练距离单元对应的所有栅格网点的多普勒频率，记录的栅格网点，并求 jm个栅格网点的平均杂波散射系数
42、（2）
43、若，则记录 xm；合并记录结果，如果，根据按照从小到大对进行排序，选出前个样本作为最终的训练样本集，否则，即为最终的训练样本集。
44、本发明的一个实施例中，所述距离多普勒单元功率补偿模块具体用于：
45、设经过空时滤波后的待检测多普勒单元对应的第 l个待检测距离单元的回波功率为 pl，即
46、(3)
47、其中为该距离多普勒单元的空时导向矢量，为待检测多普勒单元的归一化多普勒频率， ψ为空域锥角；同样可得到待检测多普勒单元对应的第 m个训练距离单元的功率 pm；通过待检测距离多普勒单元回波功率对第 m个训练距离多普勒单元进行归一化处理，即
48、(4)
49、则功率补偿处理后的第 m个训练样本距离多普勒单元的回波信号为
50、(5)。
51、本发明的一个实施例中，所述空时三维自适应处理模块具体用于：
52、降维处理后的机载雷达待检测距离多普勒单元数据和训练距离多普勒单元数据分别为
53、(6)
54、(7)
55、其中， tk表示多普勒域降维矩阵， ls为步骤1中训练样本集的样本数；降维后估计得到的第 k个待检测距离多普勒单元对应的空时三维协方差矩阵为
56、(8)
57、待检测距离多普勒单元的空时三维权矢量为
58、(9)
59、其中，为第个多普勒通道的降维空时导向矢量，为三维导向矢量，，，分别为时域、方位维和俯仰维导向矢量，和分别为方位和俯仰空间频率， θ0和 φ0分别为机载雷达主波束的方位角和俯仰角， k表示相参积累脉冲数；经过处理后的输出信号为
60、(10)。
61、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过提供复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制方法，首先对机载雷达回波数据与数字地形数据库栅格网点进行精确配准，其次基于先验知识沿着等多普勒线进行辅助样本筛选，再次对选取的训练样本进行功率补偿，最后通过3d-stap技术抑制近程非平稳杂波；
62、进一步地，本发明通过先验知识和功率补偿分别确保了训练样本和待检测样本杂波频谱和功率的均匀性；
63、进一步地，本发明通过利用3d-stap技术完成对非平稳杂波的有效抑制。
1.一种复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
3.根据权利要求1所述的复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
4.根据权利要求1所述的复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
5.一种复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制装置，其特征在于，包括知识辅助样本筛选模块、距离多普勒单元功率补偿模块和空时三维自适应处理模块，其中：
6.根据权利要求5所述的复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制装置，其特征在于，所述知识辅助样本筛选模块具体用于：
7.根据权利要求5所述的复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制装置，其特征在于，所述距离多普勒单元功率补偿模块具体用于：
8.根据权利要求5所述的复杂地形环境机载雷达ka-stap近程杂波抑制装置，其特征在于，所述空时三维自适应处理模块具体用于：
