第 38 卷第 12 期 电 子 与 信 息 学 报 Vol.38No.12
2016 年 12 月 Journal of Electronics & Information Technology . Dec. 2016
基于随机矩阵理论和最小描述长度的机载前视阵雷达杂波自由度估计
李 海
*
刘新龙 蒋 婷 吴仁彪
(中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室 天津 300300)
摘 要:有限训练样本时,总体协方差矩阵特征谱的严重扩展使得机载前视阵雷达杂波自由度估计困难。该文提出
一种前视阵杂波自由度估计方法,该方法利用随机矩阵理论(Random Matrix Theory, RMT)中特征值统计分布特
性建立参数化的概率模型,结合最小描述长度(Minimum Description Length, MDL)准则关于信源检测的思想估计
杂波自由度。该方法能够在有限训练样下实现杂波自由度的有效估计,仿真结果验证了方法的有效性。
关键词:前视阵雷达;杂波自由度;随机矩阵理论;最小描述长度;协方差矩阵
中图分类号:TN958 文献标识码:A 文章编号:1009-5896(2016)12-3224-06
DOI: 10.11999/JEIT160132
Estimation of Clutter Degrees of Freedom in Airborne
Forward-looking Radar via Random Matrix Theory
and Minimum Description Length Criteria
LI Hai LIU Xinlong JIANG Ting WU Renbiao
(Tianjin Key Lab oratory for Advanced Signal Processing, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China)
Abstract: Owing to the heavy spread of eigenspectrum of the population covariance matrix under finite training
samples condition, it is a challenge to estimate the clutter Degrees of Freedom (DoF) in airborne forward-looking
radar. In this work, a method for estimation the clutter’s DoF is proposed. In order to estimate the clutter’s DoF,
an idea from sources detection by Minimum Description Length (MDL) criterion is borrowed, and the parametric
probability model is formed based on the eigenvalue’s statistical distribution properties from Random Matrix
Theory (RMT). The proposed method is effective to estimate the clutter’s DoF under finite training samples
condition, and the simulation results verify the efficiency of the proposed method.
Key words: Forward-looking radar; Clutter Degrees of Freedom (CoF); Random Matrix Theory (RMT); Minimum
Description Length (MDL); Covariance matrix
1 引言
空时自适应信号处理(Space-Time Adaptive
Processing, STAP)
[1,2]
是现代预警雷达的核心技术,
其联合空时域进行杂波抑制,是进行有效动目标检
测的前提。杂波自由度(即杂波协方差矩阵大特征值
个数)是反映杂波特征的重要参数,是设计 STAP 降
维算法以及确定训练样本数的理论依据
[3]
。国内外学
者针对杂波自由度进行了广泛的研究,其中
收稿日期:2016-01-29;改回日期:2016-06-23;网络出版:2016-09-08
*通信作者:李海 haili@cauc.edu.cn
基金项目:国家自然科学基金(61471365, 61571442, 61231017); 中
央高校基本科研业务费项目(3122015B002),中国民航大学蓝天青年
学者培养经费
Foundation Items: The National Natural Science Foundation of
China (61471365, 61571442, 61231017), The National University’s
Basic Research Foundation of China (3122015B002), The
Foundation for Sky Young Scholars of Civil Aviation University of
China
Brennan 准则
[1,4]
是杂波自由度估计的主要依据,但
该准则仅适用于理想的机载正侧视阵雷达系统;对
于机载前视阵雷达系统尚没有确切的理论估计准
则。
实际应用中,可通过估计杂波协方差矩阵的特
征谱进行杂波自由度估计;其中,基于主分量分析
(PCA)的低秩逼近方法
[5]
是典型的估计方法。但机载
雷达所面临的实际环境比较复杂,杂波往往具有非
均匀特性
[3]
。尤其在机载前视阵雷达中,杂波具有距
离依赖性
[6]
,因此,很难获得足够多独立同分布
(Independent and Identically Distributed, IID)的训
练样本。当训练样本数不足时,特征谱存在严重扩
展,即特征谱中无明显的拐点,使得该类方法估计
杂波自由度变得困难。
近年来,随机矩阵理论
[7,8]
(Random Matrix
Theory, RMT)得到了国内外学者的广泛关注,该理
论研究随机矩阵的经验谱分布特性,现已被广泛用