基于Nystr_m方法的集中式MIMO雷達(dá)STAP算法研究.pdf

1、MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）雷達(dá)以其空間分集和波形分集等優(yōu)勢(shì)成為雷達(dá)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。MIMO雷達(dá)使用多個(gè)發(fā)射天線發(fā)射分集波形，匹配濾波器在每個(gè)接收陣元處分離出不同的波形。集中式MIMO雷達(dá)的陣列天線之間的間距很小，使目標(biāo)相對(duì)于所有天線具有相同的角度和雷達(dá)截面積，從而形成很長(zhǎng)的虛擬陣列?？臻g和波形分集增加了集中式MIMO雷達(dá)的系統(tǒng)自由度，從而提高雷達(dá)對(duì)于干擾和目標(biāo)的空間分辨率?？諘r(shí)自適應(yīng)處理（

2、Space Time Adaptive Processing，STAP）算法能在保持期望信號(hào)的情況下抑制有源干擾和雜波信號(hào)，將輸出SINR最大化從而提高雷達(dá)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)性能。STAP濾波器是一個(gè)二維FIR濾波器，是陣列空間波束形成算法和時(shí)域多普勒濾波的結(jié)合，在角度-多普勒域上將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信號(hào)從雜波中分離出來，但是一般的STAP算法計(jì)算量大，收斂速度慢，在實(shí)際應(yīng)用中受到很大的限制。
　　Nystr(o)m方法使用低秩Nystrom

3、估計(jì)矩陣來快速近似高維對(duì)稱正定矩陣。因此，本文提出了一種全新的用于集中式MIMO雷達(dá)的Nystr(o)m-STAP，Adaptive-Nystr(o)m-STAP以及對(duì)應(yīng)的降秩STAP算法。本文所提算法以雜波協(xié)方差矩陣的低秩特性為依據(jù)，利用少量均勻雜波訓(xùn)練數(shù)據(jù)所形成的Nystr(o)m協(xié)方差估計(jì)（NCE）矩陣來精確估計(jì)雜波協(xié)方差矩陣，從而估計(jì)出雜波子空間的特征向量來形成STAP濾波器。在Nystr(o)m-STAP中，從訓(xùn)練數(shù)據(jù)矩陣中選

4、取合適的不同行向量來構(gòu)造一個(gè)新的數(shù)據(jù)子矩陣，然后將訓(xùn)練數(shù)據(jù)矩陣正交投影到這些行向量所張成的空間中得到NCE矩陣。
　　而對(duì)于Adaptive-Nystr(o)m-STAP算法，利用自適應(yīng)列采樣技術(shù)從雜波噪聲協(xié)方差矩陣中選取含有雜波信息的列向量，對(duì)這些列向量進(jìn)行比例縮放并構(gòu)造交叉矩陣，從而得到NCE矩陣，克服了Nystr(o)m-STAP算法在參數(shù)選擇上的限制。
　　在這兩種算法中，當(dāng)構(gòu)造出NCE矩陣后，使用Nystr(o)m

5、方法得到雜波噪聲協(xié)方差估計(jì)矩陣對(duì)應(yīng)的協(xié)方差估計(jì)子矩陣。然后對(duì)該矩陣進(jìn)行特征分解，從而精確估計(jì)雜波子空間來提高算法輸出SINR和檢測(cè)性能。當(dāng)檢測(cè)單元中的干擾信號(hào)僅含有雜波和噪聲時(shí)，可通過特征相消算法求解出STAP權(quán)矢量。而當(dāng)檢測(cè)單元中還含有有源干擾時(shí)，充分利用NCE矩陣的酉分解和有源干擾協(xié)方差矩陣的矩陣塊對(duì)角結(jié)構(gòu)，根據(jù)矩陣求逆公式通過低維矩陣求逆來得到STAP濾波器系數(shù)，從而減少算法的計(jì)算復(fù)雜度。
　　當(dāng)一個(gè)相干處理間隔中的脈沖數(shù)量

6、很多時(shí)，為了進(jìn)一步提高STAP算法的收斂性能，本文將Nystr(o)m方法和自適應(yīng)偏移相位中心天線技術(shù)相結(jié)合，又提出了RR-Nystr(o)m-STAP和RR-Adaptive-Nystr(o)m-STAP算法。這兩種算法在訓(xùn)練數(shù)據(jù)中多次選擇若干個(gè)連續(xù)脈沖數(shù)據(jù)，通過對(duì)應(yīng)Nystr(o)m方法得到這些低維干擾協(xié)方差估計(jì)子矩陣的逆矩陣，再通過多普勒濾波器處理后形成STAP濾波器。仿真實(shí)驗(yàn)表明結(jié)果本文所提算法能提高STAP的性能并有效減少算法