FIR滤波器对雷达杂波的抑制方法设计

FIR是有限冲激响应的简称。FIR滤波器是数字信号处理系统中最基本的元件，它可在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别、雷达信号处理等领域都有着广泛的应用。复杂环境中，地物、云雨、海浪等反射而形成的强杂波严重影响雷达对目标的检测，特别是对慢速微弱目标的检测。

为了尽可能地抑制强地物杂波，同时对目标回波信号进行相参积累，最大限度提高改善因子，雷达信号处理需要设计一个性能高度优化、在不同的雷达系统参数和不同的杂波背景下能灵活适用的FIR滤波器。然而，在一定的相参处理脉冲个数下，设计滤波器的自由度是有限的，常常不能兼顾抑制杂波和相参积累目标信号两方面的性能。这就对滤波器设计提出了越来越苛刻的应用需求。在目前雷达系统的信号处理中，通常采用对消器级联FFT的滤波器组结构抑制零频附近杂波并检测动目标。但这样的滤波器具有固定的形状，不能满足某些特定环境下的杂波抑制条件。特别是当CPI(CoherentProcessingInterval)中脉冲数目较大时，采用合适的FIR滤波器设计技术，可以产生更令人满意的滤波结果。

一种雷达杂波抑制的FIR滤波器设计方法，其特征在于包括如下步骤：在产生FIR滤波器系数过程中，将雷达系统参数和杂波参数都设为其值可调的变量，首先，根据雷达系统参数和应用环境的需求构造归一化的理想FIR滤波器组的频率特性，该频率特性覆盖整个雷达脉冲重复频率fr范围，具体地，将整个频率范围0到fr划分为一个通带和L个阻带，通带包含FIR滤波器组的M个通道，其幅度为0dB，L个阻带对应L种不同的杂波抑制需求，设第l个阻带对杂波的抑制为CNRldB，则该阻带的幅度为-CNRldB；再构造杂波的协方差矩阵，

具体地，在第l个阻带的频率范围内平均取Nl个频率点，计算每个频率点对应的杂波幅度为从而可以计算出该阻带的杂波协方差矩阵RCl，并将所有阻带的杂波协方差矩阵以及噪声协方差矩阵相加得到总的杂波协方差矩阵RC；然后，计算每个通道的FIR滤波器系数，设第m个通道的系数和目标信号方向驱动矢量分别为wm和stm，根据在噪声和杂波背景下检测目标的最佳滤波理论，最佳FIR滤波器系数为wm＝RC-1·stm；最后，迭代优化所有通道的FIR滤波器系数，具体地，计算第m个通道的滤波器系数wm的频率特性并与理想FIR滤波器的频率特性对比，利用两者差值构造新的协方差矩阵并叠加到RC中，以更新后的RC再次计算该通道的FIR滤波器系数wm，不断重复迭代优化wm，直到wm的频率特性满足雷达应用需求为止，此时的wm即为给定条件下的最佳雷达杂波抑制滤波器系数。

按四个步骤设计一个兼顾多种雷达杂波抑制的FIR滤波器组系数，第一、构造归一化的理想FIR滤波器组的频率特性；第二、构造杂波的协方差矩阵；第三、计算所有通道的FIR滤波器系数；第四、优化所有通道的FIR滤波器系数。其中，第二步骤和第四步骤是关键，也比较复杂。