空時(shí)二維自適應(yīng)信號處理與動(dòng)目標(biāo)檢測.pdf

1、空時(shí)二維自適應(yīng)信號處理技術(shù)（Space-Time Adaptive Processing）能有效地改善機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)對地雜波抑制的性能。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到機(jī)載雷達(dá)對空中和地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測中，尤其是在機(jī)載預(yù)警雷達(dá)上的應(yīng)用。 在復(fù)雜環(huán)境下要檢測運(yùn)動(dòng)目標(biāo)我們必須對地雜波進(jìn)行有效地抑制。由于載機(jī)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)的地雜波譜在多普勒上表現(xiàn)出主雜波展寬和旁瓣雜波擴(kuò)散，并且是空間和時(shí)間二維耦合的。傳統(tǒng)的一維時(shí)域或空域?yàn)V波器均不能形

2、成與地雜波相匹配的凹口，達(dá)到有效抑制雜波的目的?？諘r(shí)二維自適應(yīng)信號處理是在空間和時(shí)間上的二維聯(lián)合濾波，其濾波權(quán)系數(shù)是根據(jù)最大信雜噪比準(zhǔn)則計(jì)算得到的。由于同時(shí)具有空間和時(shí)間自由度，它可以在二維譜平面上形成凹口有效地抑制地雜波，同時(shí)保證目標(biāo)信號獲得足夠的增益。因此空時(shí)二維自適應(yīng)濾波就成為了機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)抑制雜波的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。 考慮到實(shí)際環(huán)境和系統(tǒng)的復(fù)雜性，空時(shí)二維自適應(yīng)處理要實(shí)際應(yīng)用還有一系列的問題需要解決。本論文針對空時(shí)二維自適

3、應(yīng)處理技術(shù)在機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)中應(yīng)用所遇到的工程實(shí)際問題以及機(jī)載雷達(dá)對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測的相關(guān)問題展開研究，提出和改進(jìn)了一些信號處理算法，并針對一些具體問題給出了解決方案。本論文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面： 1．第二章系統(tǒng)地研究和分析了機(jī)載預(yù)警雷達(dá)非正側(cè)面陣雜波的分布與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系，分析了雜波距離非平穩(wěn)性產(chǎn)生的主要原因。近程雜波的距離非平穩(wěn)性是影響雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測的主要因素。在準(zhǔn)確掌握機(jī)載非正側(cè)面陣?yán)走_(dá)雜波譜分布規(guī)律的情況下提出

4、了兩種消除近程雜波影響的方案，用以解決雜波距離非平穩(wěn)性的問題。一種方法是利用陣列天線俯仰向的陣元（或子陣）做俯仰向空域?yàn)V波抑制近程雜波以削弱雜波的距離非平穩(wěn)性，其濾波權(quán)系數(shù)是由載機(jī)平臺(tái)位置參數(shù)和雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)開環(huán)計(jì)算得到的。另一種方法是根據(jù)已知的雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算出近程雜波的距離多普勒二維分布，在STAP處理時(shí)將包含近程雜波的距離單元剔除使之不參與協(xié)方差矩陣的統(tǒng)計(jì)，這樣就減少了樣本污染對STAP的影響。這兩種方法都是非自適應(yīng)的，在系統(tǒng)誤差較

5、小的情況下可以達(dá)到很好的效果。 2．第三章考慮實(shí)際系統(tǒng)中誤差較大的情況，對俯仰向空域?yàn)V波的方法進(jìn)行改進(jìn)，提出了自適應(yīng)俯仰濾波抑制地雜波的方法。對俯仰向自適應(yīng)濾波權(quán)系數(shù)的計(jì)算給出了兩種選樣本的方式，一是在多普勒濾波后的雜波支撐區(qū)內(nèi)，取多普勒通道的數(shù)據(jù)作訓(xùn)練樣本，二是直接在脈沖域選樣本。本章將先俯仰向自適應(yīng)濾波后STAP處理的方法與現(xiàn)有的三維STAP處理的方法做了對比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明先俯仰向?yàn)V波后STAP的方法性能較好而且運(yùn)算量小。

6、 3．第四章研究了重疊子陣合成的降維STAP方法，對滑窗重疊子陣合成的降維方式進(jìn)行了改進(jìn)，提出了陣列子陣的合成方式和保留輔助列子陣的合成方式。利用了保留輔助列子陣的合成方式提出了干擾與雜波級聯(lián)抑制的空時(shí)二維自適應(yīng)處理方法。即先利用大子陣和輔助列子陣做空域自適應(yīng)處理抑制干擾，然后再做空時(shí)二維自適應(yīng)處理抑制雜波。這樣既降低了空時(shí)自適應(yīng)處理的維數(shù)又同時(shí)抑制了干擾。通過仿真實(shí)驗(yàn)證明了這種算法的性能與相同空域自由度情況下干擾和雜波同時(shí)抑制的

7、STAP性能接近，而運(yùn)算量卻大大減少。 4．第五章研究了在機(jī)載雙基雷達(dá)上應(yīng)用STAP技術(shù)抑制雜波的方法。對機(jī)載雙基雷達(dá)雜波二維分布與雙基幾何構(gòu)型的關(guān)系進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出了一個(gè)計(jì)算機(jī)載雙基雷達(dá)雜波二維分布的公式，歸納出了機(jī)載雙基雷達(dá)雜波譜的一些變化規(guī)律。通過研究發(fā)現(xiàn)，要利用STAP技術(shù)有效抑制機(jī)載雙基雷達(dá)的地雜波，必須解決雙基雷達(dá)雜波的距離非平穩(wěn)性問題，因此提出了一種先利用陣列天線的空域自由度解距離模糊，后進(jìn)行角度多普勒頻移補(bǔ)償?shù)?/p>

8、方法。這種方法有效地解決了在距離模糊的情況下消除雜波距離非平穩(wěn)性的問題，為STAP技術(shù)在機(jī)載雙基雷達(dá)上應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。 5．第六章對影響SAR動(dòng)目標(biāo)檢測的圖像對的相干性做了研究。SAR圖像對的相干性直接影響了雷達(dá)對地面動(dòng)目標(biāo)檢測的性能。影響SAR圖像相干性的因素有很多，本論文著重研究了基線和地形坡度對SAR圖像相干系數(shù)的影響，利用SAR成像的基本原理，從數(shù)值上分析了基線、地形坡度等因素對相干系數(shù)的影響。針對兩種不同的發(fā)射信號，分