天基雷達環(huán)境仿真與動目標檢測技術研究.pdf

1、天基雷達（SBR）是正在研制的新一代雷達系統(tǒng)，它可為軍事和民用服務。軍事領域的應用包括廣域監(jiān)視、威脅防御和裁軍使用。民用領域包括遙感、空中交通管制、空間探索和司法行動。SBR的核心優(yōu)勢是廣闊的視野和全球性的覆蓋。這種覆蓋之廣，超越了政治、戰(zhàn)略或地理等因素的限制，相對于陸基和機載雷達有很大的優(yōu)越性。文中圍繞天基監(jiān)視雷達的動目標檢測課題，主要討論環(huán)境信號仿真和空-時自適應處理的有關問題。
　　 文中首先討論天基雷達的環(huán)境因素，包括需

2、要檢測目標的RCS指標、噪聲影響、衰減因素、電離層對雷達波造成的畸變、陸地和氣象雜波、干擾信號，并在此基礎上，討論天基雷達的一些系統(tǒng)問題，包括雷達的觀測區(qū)域、功率孔徑積、波形設計、衛(wèi)星軌道設計和成本因素，進而著重討論了地球自轉因素和距離重疊效應對目標多普勒頻移的影響，以及相控陣天線熱變形對天線模式的影響。
　　 為了評估空-時自適應處理算法應用于天基雷達系統(tǒng)的效果，需要對地雜波圖景進行高逼真度的仿真。文中首先根據(jù)特定地區(qū)的地表覆

3、蓋物數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)和雷達工作參數(shù)構建該地區(qū)的地表反射特性瞬態(tài)圖景。然后根據(jù)距離重疊、地球自轉效應和天基雷達的陣列模式，實現(xiàn)反射特性圖景與雷達信號處理算法的交互。最后根據(jù)Billingsley提出的譜模型，仿真雜波內(nèi)部運動效應。為了模擬脈內(nèi)線性調(diào)頻、脈間頻率捷變體制下的地海雜波，在利用距離多普勒網(wǎng)格法計算常規(guī)PD（Pulse-Doppler）雷達地海雜波功率譜的基礎上，從脈內(nèi)子脈沖疊加的觀點分析線性調(diào)頻信號對常規(guī)雷達雜波功率譜和幅度分布特

4、性的影響，進而分析頻率捷變所引起的脈間相關性減弱和時間隨機序列方差的減小。得出的結論有：線性調(diào)頻-頻率捷變體制雷達雜波的功率譜與對應常規(guī)雷達的形狀基本吻合，而幅值的變化與脈壓比成正比；該體制雷達的雜波隨機序列漸進的服從瑞利分布，雜波隨機序列的方差變化由主瓣中心雜波功率譜密度的比值確定。
　　 為了實現(xiàn)天基雷達雜波消除、高分辨率的角度估計和廣域監(jiān)視功能，文中采用三通道相位中心偏置天線（DPCA）/monopulse（單脈沖）信號處

5、理系統(tǒng)。天基雷達的運動和地球自轉，使得地球上每一點的雜波都產(chǎn)生了附加的多普勒成分——距離游走效應。文中從天基雷達-地球幾何關系的角度分析距離游走效應。距離游走與距離重疊效應相結合，顯著的降低DPCA處理算法的雜波抑制性能。文中針對距離游走效應在相干處理階段進行反向補償、在非相干積累階段采用線性內(nèi)插的方法進行校正，針對距離重疊效應采用波形分集技術進行校正。
　　 文中探討了知識輔助的信號處理架構，該架構著重考慮了系統(tǒng)的實時性、兼容

6、性和可擴展性，要實現(xiàn)的功能包括儲存知識、訪問知識、將知識整合入信號處理鏈和雷達系統(tǒng)體制。文中從雜波的空-時描述的角度出發(fā)，得到雜波協(xié)方差矩陣模型，該模型可以表示成兩部分之和，一部分體現(xiàn)了回波區(qū)域的異質性，另一部分則體現(xiàn)出雜波內(nèi)部運動和天線單元失配等微小誤差的影響。
　　 根據(jù)雜波協(xié)方差矩陣模型，文中討論了兩種知識輔助的天基雷達信號處理方法。第一種基于期望值最大化方法，首先根據(jù)先前CPI多維數(shù)據(jù)和先驗知識，采用最小平方誤差準則，得

7、到雜波反射特性地圖。然后結合該地圖和先驗知識，計算當前CPI的雜波協(xié)方差矩陣。為了增強算法健壯性，針對雜波內(nèi)部運動等微小或未知誤差，用EM（Expectation-Maximization）算法估計修正矩陣。第二種基于有色載入方法，它同樣首先根據(jù)先前CPI立體數(shù)據(jù)和先驗知識，對雜波區(qū)域分塊定位。并根據(jù)最大似然估計準則，估計各雜波塊回波強度。對雜波回波強度進行歸一化，并在多個CPI上取平均，得到雜波反射特性地圖。結合該地圖和先驗知識，計算