非均勻環(huán)境下機載相控陣雷達STAP方法研究.pdf

1、機載相控陣雷達對空、對地探測時容易受到地雜波的顯著影響，要實現(xiàn)對運動目標(biāo)的可靠檢測，雜波抑制是必須解決的首要問題。由于載機平臺運動，不同方向的地面散射體相對于雷達具有不同的徑向速度，使得機載雷達接收到的雜波信號的功率譜在多普勒域嚴重擴散，且呈現(xiàn)出很強的空時耦合特性。
　　由于雜波在空域和時域的擴散分布，傳統(tǒng)的空域或時域一維濾波均不能形成與地雜波相匹配的零陷凹口，從而無法對其進行很好抑制?？諘r自適應(yīng)信號處理（STAP）技術(shù)充分利用了

2、雷達空域和時域兩維系統(tǒng)自由度，可以在保證目標(biāo)信號獲得一定相干積累增益的同時對空時耦合的地雜波進行有效抑制，從而在很大程度上改善機載相控陣雷達的動目標(biāo)檢測性能，特別是對低速目標(biāo)以及被旁瓣雜波所湮沒的弱小目標(biāo)的檢測更為有利。為獲得較為理想的處理性能，STAP權(quán)矢量的訓(xùn)練需要不少于兩倍系統(tǒng)自由度的獨立同分布訓(xùn)練樣本。而在實際情況中，機載雷達接收到的回波數(shù)據(jù)往往是非均勻的，這就導(dǎo)致STAP的雜波抑制性能嚴重下降。本文主要對非均勻環(huán)境下STAP的

3、雜波抑制性能提升算法進行了研究，主要內(nèi)容概括如下：
　　一、研究了訓(xùn)練樣本不足時STAP算法的性能改善問題。當(dāng)機載雷達工作在非均勻環(huán)境中時，STAP能夠獲得的獨立同分布（i.i.d.）訓(xùn)練樣本非常有限，造成雜波協(xié)方差矩陣估計不準(zhǔn)確，嚴重影響STAP算法的雜波抑制性能。對此，提出了一種基于協(xié)方差矩陣廣對稱特性的擴展因子化算法（EFA）。通過在協(xié)方差矩陣估計中引入空域、時域以及空時域的廣對稱特性，分別推導(dǎo)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)變換矩陣，可以增加

4、三倍的訓(xùn)練樣本，實現(xiàn)對有限i.i.d.樣本數(shù)據(jù)的高效利用，在計算復(fù)雜度及結(jié)構(gòu)復(fù)雜度增加不多的前提下，大幅提高STAP在訓(xùn)練樣本不足時的雜波抑制和目標(biāo)檢測性能。
　　二、研究了機載雷達的非均勻雜波抑制問題。機載雷達非正側(cè)視陣天線構(gòu)型會造成近程雜波空時譜結(jié)構(gòu)具有很強的距離依賴性，非均勻的雷達場景會造成雜波功率在不同距離采樣間有很大的起伏變化，這些都會導(dǎo)致雷達回波數(shù)據(jù)非均勻，破壞STAP的訓(xùn)練樣本i.i.d.假設(shè)條件，降低自適應(yīng)算法的雜

5、波抑制性能。但只要雷達參數(shù)一定，地面靜止散射體的回波信號在角度多普勒平面就具有某種確定結(jié)構(gòu)，一般稱作雜波脊，實際情況中由于各種非理想因素的存在，該雜波脊會有一定程度的偏離和展寬?；诖耍岢鲆环N穩(wěn)健的機載雷達非均勻雜波抑制方法，利用雷達系統(tǒng)參數(shù)及平臺運動狀態(tài)等先驗信息構(gòu)造雜波基，在考慮陣元誤差這一典型非理性因素下，對待檢測單元數(shù)據(jù)進行迭代的最小二乘擬合，最后對擬合后的剩余數(shù)據(jù)進行脈沖多普勒（PD）處理以及單元平均恒虛警（CA-CFAR）

6、檢測，從而實現(xiàn)對非均勻雜波的充分抑制以及對運動目標(biāo)的可靠檢測。
　　三、研究了機載雷達的雜波和欺騙式干擾抑制問題。最近提出的稀疏恢復(fù)類STAP算法（SR-STAP）利用目標(biāo)信號或雜波信號在角度多普勒域的稀疏性，在過采樣的離散傅里葉變換（DFT）基上對其進行稀疏恢復(fù)，從而實現(xiàn)目標(biāo)檢測或雜波協(xié)方差重構(gòu)。然而，實際的雷達回波信號不可能在一組先驗基上嚴格稀疏，SR-STAP算法性能會因不可避免存在的基失配現(xiàn)象受到損害。為尋找一組更合適的雜

7、波表示基，提出一種基于數(shù)據(jù)擬合的動目標(biāo)檢測算法，通過選取臨近的距離樣本數(shù)據(jù)作為表示基，然后在擬合系數(shù)的范數(shù)約束下對待檢測單元數(shù)據(jù)進行最小二乘擬合表示，并對擬合誤差進行CA-CFAR檢測。該方法不僅能夠有效抑制雜波信號，而且對傳統(tǒng)STAP算法難以處理的密集欺騙式干擾也有很好的抑制效果。
　　四、研究了旋轉(zhuǎn)天線系統(tǒng)的機載雷達回波信號模型及其雜波抑制問題。首先對機載旋轉(zhuǎn)陣列天線的回波信號進行建模分析，指出由于天線旋轉(zhuǎn)運動的存在，散射體回

8、波信號流形在空域和時域上都存在一個與其陣面角度相關(guān)的線性擾動相位，這樣一方面會由于空時信號流形失配帶來目標(biāo)的相干積累增益損失，另一方面雜波也會因此產(chǎn)生嚴重的譜擴散現(xiàn)象，損害傳統(tǒng)STAP算法的雜波抑制性能。為此，提出一種修正的聯(lián)合局域化（JDL）算法，在對空時回波數(shù)據(jù)進行波束域降維處理時，分別針對不同距離、不同波束的回波數(shù)據(jù)構(gòu)造并進行相應(yīng)的相位補償，從而去除天線旋轉(zhuǎn)運動帶來的雜波譜擴散和樣本非均勻，同時對約束目標(biāo)流形的修正也保證了其積累增