非均勻環(huán)境下的STAP與MIMO雷達參數(shù)估計研究.pdf

1、機載雷達下視工作時容易受到強地雜波的影響。傳統(tǒng)的一維時域濾波和空域濾波難以有效濾除這些在多普勒域和空域上都擴散的雜波?？諘r自適應處理（Space-Time Adaptive Processing，STAP）技術聯(lián)合了多個空間通道和相干脈沖進行二維自適應濾波，能夠在抑制雜波的同時保證目標獲得一定的相干處理增益，是機載雷達雜波抑制的一項關鍵技術。為了獲得更優(yōu)的 STAP處理性能，理論上用于估計雜波統(tǒng)計特性的獨立同分布樣本數(shù)不應少于系統(tǒng)自由度

2、的兩倍。但實際雜波環(huán)境的非均勻性會導致 STAP處理器無法獲取如此之多的獨立同分布樣本，從而導致STAP的雜波抑制性能嚴重下降。如何提高STAP在非均勻環(huán)境下的雜波抑制性能是十分重要的問題。
　　多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）雷達是近年來出現(xiàn)的一種新體制雷達，它的每個天線陣元具有發(fā)射任意波形的能力。與常規(guī)相控陣雷達相比，MIMO技術能夠顯著增加系統(tǒng)的自由度，擴展陣列虛擬孔徑，

3、提高目標參數(shù)估計精度。隨著系統(tǒng)自由度的增加，常規(guī)參數(shù)估計方法的運算復雜度會相應地增加，同時低信噪比、低快拍數(shù)等非理因素會使參數(shù)估計精度嚴重下降。如何在低信噪比、低快拍數(shù)的非理想環(huán)境下提高MIMO雷達參數(shù)估計精度，同時降低運算量是值得研究的問題。
　　本論文圍繞這上述問題開展研究，具體包括以下幾個方面。
　　一、研究了機載非正側面陣雷達距離非平穩(wěn)雜波抑制的問題。當機載雷達的天線非正側視安裝時，其雜波譜會隨著距離的變化而變化，從

4、而導致雜波出現(xiàn)距離非平穩(wěn)的現(xiàn)象。雜波的距離非平穩(wěn)性會導致傳統(tǒng)STAP無法獲取獨立同分布的訓練樣本。在高重頻工作模式下情況將變得更加復雜，近程雜波和遠程雜波由于距離模糊耦合在一起，雜波抑制變得更加困難。提出了一種基于正交波形的俯仰自適應波束形成算法用來抑制距離非平穩(wěn)的近程雜波，而剩余的距離平穩(wěn)的遠程雜波由方位-多普勒STAP來抑制。所提俯仰波束形成算法能夠有效地抑制近程雜波，同時可以保護遠程目標。在濾除了距離非平穩(wěn)的近程雜波后，雜波樣本的

5、距離平穩(wěn)性得到明顯的增強，能夠為后續(xù)方位-多普勒STAP處理器提供獨立同分布的訓練樣本，使其雜波抑制性能得到明顯的改善。
　　二、研究了非均勻環(huán)境下采用直接數(shù)據(jù)域STAP方法進行雜波抑制的問題。雜波功率上的非均勻會導致雜波抑制不夠充分或者凹口過深，而離散雜波則容易導致虛警，密集動目標環(huán)境則容易引起 STAP自適應方向圖畸變和目標自相消。理論上直接數(shù)據(jù)域方法能夠解決上述雜波非均勻的問題。但傳統(tǒng)的直接數(shù)據(jù)域方法存在空時孔徑損失和受陣列

6、結構限制等問題，提出了一種基于迭代自適應譜估計算法的直接數(shù)據(jù)域STAP方法。該方法能有效避開傳統(tǒng)統(tǒng)計類STAP算法在非均勻環(huán)境下所面臨的樣本數(shù)不足和樣本污染的難題，且無空時孔徑損失，適用于任意形狀的陣列。
　　三、研究了機載雷達在密集欺騙式干擾環(huán)境下的雜波抑制問題（密集欺騙式干擾環(huán)境可看作是非均勻環(huán)境的一種特殊情況）。機載雷達欺騙式旁瓣干擾容易引起大量虛警，使雷達跟蹤數(shù)據(jù)處理器飽和。而欺騙式主瓣干擾不僅會引起大量虛警，還會污染空時

7、自適應處理器的訓練樣本，引起自適應方向圖畸變，導致期望信號相消和雜波抑制性能下降。利用目標信號與欺騙式干擾信號極化特性或者空間達到角的差異，提出了一種極化-空域聯(lián)合自適應波束形成算法來抑制欺騙式主瓣或旁瓣干擾。在增加了極化輔助通道的基礎上，首先采用重疊滑窗的子陣合成方式進行極化-空域聯(lián)合自適應波束形成，然后通過STAP抑制剩余的雜波。該方法可以有效地濾除密集欺騙式干擾，減少由其引起的虛警，減輕后續(xù)雷達數(shù)據(jù)處理器的負擔，改善機載STAP雷

8、達的雜波抑制性能。
　　四、研究了機載前視陣雷達檢測近距離地面運動目標時的雜波抑制問題。機載前視陣雷達的近程雜波具有很強的距離非平穩(wěn)性，易使 STAP的雜波抑制性能下降。在采用中脈沖重復頻率探測近距離運動目標時，模糊的遠程雜波會帶來額外的盲速?；谧V補償?shù)?STAP算法可以用來對付距離非平穩(wěn)的近程雜波，但它們忽略了模糊的遠程雜波的影響。提出了一種高效的基于波束空間的俯仰預濾波算法來濾除遠程雜波，從而消除遠程雜波對目標檢測的影響。所

9、提俯仰波束形成算法不僅具有很好的遠程雜波抑制性能，還具有保護近程目標信號不受損失的優(yōu)點。該算法不僅能夠有效消除由遠程雜波帶來的額外盲速，還能夠改善后續(xù)STAP的雜波抑制性能。另外，所提基于波束空間的降維自適應波束形成算法不僅能夠加快收斂速度，還能夠降低運算量，有利于工程實時實現(xiàn)。
　　五、研究了單基地MIMO雷達目標波達方向（Direction of Arrival，DOA）估計的問題。在低信噪比、低快拍數(shù)的情況下，常規(guī)DOA估計