MIMO雷達(dá)雜波抑制與信號(hào)積累補(bǔ)償研究.pdf

1、雜波抑制和長(zhǎng)時(shí)間積累的相關(guān)技術(shù)和算法一直是雷達(dá)研究的熱點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)和從業(yè)人員的高度重視，MIMO(multiple input multiple output)雷達(dá)作為一種新體制雷達(dá)，在目標(biāo)檢測(cè)等諸多方面都比傳統(tǒng)雷達(dá)更具有優(yōu)勢(shì)。本文在MIMO雷達(dá)的體制下，討論了機(jī)載 MIMO雷達(dá)中的空時(shí)自適應(yīng)處理(space-time adaptive processing, STAP)和長(zhǎng)時(shí)間積累兩個(gè)方面的理論與算法，本文的主要工作和貢

2、獻(xiàn)如下：
　　(1)提出了一種新的降維STAP處理方法。
　　陸基雷達(dá)可以通過一維多普勒濾波將回波信號(hào)中的目標(biāo)與地雜波分離開，但對(duì)于機(jī)載雷達(dá)，由于其地雜波回波呈現(xiàn)出空時(shí)二維特性，必須使用STAP處理技術(shù)才能在抑制雜波的同時(shí)又很好地保留住目標(biāo)信號(hào)。本文通過分析和仿真發(fā)現(xiàn)，一些經(jīng)典的降維STAP方法在檢測(cè)速度較高時(shí)，其處理的輸出信雜噪比(signal clutter noise ratio, SCNR)曲線容易出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，說

3、明此時(shí)的處理性能有所惡化。為了提高這種情況下的處理性能，本文提出一種新的降維STAP處理方法，該方法根據(jù)各個(gè)數(shù)據(jù)通道與當(dāng)前檢測(cè)通道的幅度和相位的關(guān)系來選擇輔助數(shù)據(jù)通道，仿真結(jié)果表明這種新的方法可以在高速區(qū)有效提高處理輸出的SCNR曲線。
　　(2)研究了三類方法在干擾環(huán)境中的雜波和干擾信號(hào)抑制性能。
　　在實(shí)際的工程應(yīng)用方面，環(huán)境中往往不僅僅存在雜波和噪聲，還存在某些干擾信號(hào)。本文首先介紹了兩種常見的壓制性干擾信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行

4、了仿真，然后引入了自適應(yīng)旁瓣對(duì)消(adaptive sidelobe cancellation, ASLC)技術(shù)和兩級(jí)降維STAP處理方法，并對(duì)比了這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩級(jí)降維STAP處理方法在抑制干擾時(shí)避免了影響 ASLC技術(shù)抑制干擾性能的諸多因素，其計(jì)算量也小于ASLC技術(shù)，最后的仿真結(jié)果說明當(dāng) ASLC對(duì)消處于非理想情況下時(shí)，兩級(jí)降維STAP處理方法的性能要優(yōu)于ASLC技術(shù)。
　　(3)理論分析了MIMO雷達(dá)陣

5、列幅相誤差對(duì)STAP處理性能的影響。
　　在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于制作工藝和熱噪聲等因素的影響，不可能實(shí)現(xiàn)陣列的完全校正，雷達(dá)陣列的陣元位置誤差、幅相誤差、頻率誤差及陣元耦合等非理想因素往往難以避免，而這些非理想的因素又將嚴(yán)重影響MIMO雷達(dá)的STAP處理性能。本文首先給出了存在幅相誤差時(shí)的回波信號(hào)協(xié)方差矩陣，并繪制了不同幅相誤差條件下回波協(xié)方差矩陣的特征值譜，該譜給出了不同幅相誤差條件下回波協(xié)方差矩陣特征值的變化規(guī)律；然后結(jié)合基本

6、的廣義旁瓣對(duì)消(generalized sidelobe canceling, GSC)原理，推導(dǎo)了MIMO雷達(dá)陣列存在幅相誤差時(shí)的STAP處理輸出曲線的表達(dá)式，并通過仿真證明了該式的正確性；同時(shí)，通過對(duì)比 MIMO雷達(dá)和相控陣(phased array, PA)雷達(dá)在相同幅相誤差下的SCNR輸出比較了兩種體制雷達(dá)對(duì)幅相誤差的敏感性，仿真結(jié)果表明，PA雷達(dá)受幅相誤差的影響比MIMO雷達(dá)更嚴(yán)重，對(duì)幅相誤差更加敏感。
　　(4)提出了

7、一種基于發(fā)射信號(hào)預(yù)處理的包絡(luò)移動(dòng)補(bǔ)償方法。
　　由于傳統(tǒng)雷達(dá)的發(fā)射波束較窄，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)高速目標(biāo)跨波束走動(dòng)的跟蹤和補(bǔ)償，因此現(xiàn)有的積累補(bǔ)償算法都是針對(duì)跨距離單元和跨多普勒單元這“兩跨”的。本文首先建立了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的“兩跨”模型；然后介紹了現(xiàn)有的一些補(bǔ)償算法并分析了這些算法的優(yōu)缺點(diǎn)；最后提出一種基于發(fā)射信號(hào)預(yù)處理的包絡(luò)移動(dòng)補(bǔ)償方法。該方法可用于高空高速平臺(tái)所搭載的雷達(dá)對(duì)低空低速目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，其基本處理思路為：在雷達(dá)發(fā)射端對(duì)信號(hào)進(jìn)行尺度變

8、換，可以有效校正運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跨距離單元走動(dòng)，通過分析發(fā)現(xiàn)，這種補(bǔ)償方法具有較好的速度容忍性。
　　(5)研究了對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)“三跨”走動(dòng)的補(bǔ)償。
　　在長(zhǎng)時(shí)間積累的研究中，主要考慮對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跨距離單元走動(dòng)、跨多普勒單元走動(dòng)和跨波束走動(dòng)的“三跨”進(jìn)行補(bǔ)償，但是由于傳統(tǒng)雷達(dá)受工作體制所限，不能對(duì)高速目標(biāo)的跨波束走動(dòng)進(jìn)行跟蹤和補(bǔ)償，而MIMO雷達(dá)發(fā)射的寬波束可以覆蓋整個(gè)感興趣的空域，這就為實(shí)現(xiàn)對(duì)高速目標(biāo)的有效跟蹤并補(bǔ)償其跨波束走動(dòng)提供了