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

1、機(jī)載雷達(dá)下視工作時(shí)容易受到強(qiáng)地雜波的影響。傳統(tǒng)的一維時(shí)域?yàn)V波和空域?yàn)V波難以有效濾除這些在多普勒域和空域上都擴(kuò)散的雜波?？諘r(shí)自適應(yīng)處理（Space-Time Adaptive Processing，STAP）技術(shù)聯(lián)合了多個(gè)空間通道和相干脈沖進(jìn)行二維自適應(yīng)濾波，能夠在抑制雜波的同時(shí)保證目標(biāo)獲得一定的相干處理增益，是機(jī)載雷達(dá)雜波抑制的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。為了獲得更優(yōu)的 STAP處理性能，理論上用于估計(jì)雜波統(tǒng)計(jì)特性的獨(dú)立同分布樣本數(shù)不應(yīng)少于系統(tǒng)自由度

2、的兩倍。但實(shí)際雜波環(huán)境的非均勻性會(huì)導(dǎo)致 STAP處理器無(wú)法獲取如此之多的獨(dú)立同分布樣本，從而導(dǎo)致STAP的雜波抑制性能?chē)?yán)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(wèn)題。
　　多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）雷達(dá)是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新體制雷達(dá)，它的每個(gè)天線陣元具有發(fā)射任意波形的能力。與常規(guī)相控陣?yán)走_(dá)相比，MIMO技術(shù)能夠顯著增加系統(tǒng)的自由度，擴(kuò)展陣列虛擬孔徑，

3、提高目標(biāo)參數(shù)估計(jì)精度。隨著系統(tǒng)自由度的增加，常規(guī)參數(shù)估計(jì)方法的運(yùn)算復(fù)雜度會(huì)相應(yīng)地增加，同時(shí)低信噪比、低快拍數(shù)等非理因素會(huì)使參數(shù)估計(jì)精度嚴(yán)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M(jìn)IMO雷達(dá)參數(shù)估計(jì)精度，同時(shí)降低運(yùn)算量是值得研究的問(wèn)題。
　　本論文圍繞這上述問(wèn)題開(kāi)展研究，具體包括以下幾個(gè)方面。
　　一、研究了機(jī)載非正側(cè)面陣?yán)走_(dá)距離非平穩(wěn)雜波抑制的問(wèn)題。當(dāng)機(jī)載雷達(dá)的天線非正側(cè)視安裝時(shí)，其雜波譜會(huì)隨著距離的變化而變化，從

4、而導(dǎo)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(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)STAP無(wú)法獲取獨(dú)立同分布的訓(xùn)練樣本。在高重頻工作模式下情況將變得更加復(fù)雜，近程雜波和遠(yuǎn)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(yīng)波束形成算法用來(lái)抑制距離非平穩(wěn)的近程雜波，而剩余的距離平穩(wěn)的遠(yuǎn)程雜波由方位-多普勒STAP來(lái)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(shí)可以保護(hù)遠(yuǎn)程目標(biāo)。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(qiáng)，能夠?yàn)楹罄m(xù)方位-多普勒STAP處理器提供獨(dú)立同分布的訓(xùn)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(jìn)行雜波抑制的問(wèn)題。雜波功率上的非均勻會(huì)導(dǎo)致雜波抑制不夠充分或者凹口過(guò)深，而離散雜波則容易導(dǎo)致虛警，密集動(dòng)目標(biāo)環(huán)境則容易引起 STAP自適應(yīng)方向圖畸變和目標(biāo)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(wèn)題。但傳統(tǒng)的直接數(shù)據(jù)域方法存在空時(shí)孔徑損失和受陣列

6、結(jié)構(gòu)限制等問(wèn)題，提出了一種基于迭代自適應(yīng)譜估計(jì)算法的直接數(shù)據(jù)域STAP方法。該方法能有效避開(kāi)傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)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(wú)空時(shí)孔徑損失，適用于任意形狀的陣列。
　　三、研究了機(jī)載雷達(dá)在密集欺騙式干擾環(huán)境下的雜波抑制問(wèn)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(jī)載雷達(dá)欺騙式旁瓣干擾容易引起大量虛警，使雷達(dá)跟蹤數(shù)據(jù)處理器飽和。而欺騙式主瓣干擾不僅會(huì)引起大量虛警，還會(huì)污染空時(shí)

7、自適應(yīng)處理器的訓(xùn)練樣本，引起自適應(yīng)方向圖畸變，導(dǎo)致期望信號(hào)相消和雜波抑制性能下降。利用目標(biāo)信號(hào)與欺騙式干擾信號(hào)極化特性或者空間達(dá)到角的差異，提出了一種極化-空域聯(lián)合自適應(yīng)波束形成算法來(lái)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(chǔ)上，首先采用重疊滑窗的子陣合成方式進(jìn)行極化-空域聯(lián)合自適應(yīng)波束形成，然后通過(guò)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(dá)數(shù)據(jù)處理器的負(fù)擔(dān)，改善機(jī)載STAP雷

8、達(dá)的雜波抑制性能。
　　四、研究了機(jī)載前視陣?yán)走_(dá)檢測(cè)近距離地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)的雜波抑制問(wèn)題。機(jī)載前視陣?yán)走_(dá)的近程雜波具有很強(qiáng)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(fù)頻率探測(cè)近距離運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，模糊的遠(yuǎn)程雜波會(huì)帶來(lái)額外的盲速?；谧V補(bǔ)償?shù)?STAP算法可以用來(lái)對(duì)付距離非平穩(wěn)的近程雜波，但它們忽略了模糊的遠(yuǎn)程雜波的影響。提出了一種高效的基于波束空間的俯仰預(yù)濾波算法來(lái)濾除遠(yuǎn)程雜波，從而消除遠(yuǎn)程雜波對(duì)目標(biāo)檢測(cè)的影響。所

9、提俯仰波束形成算法不僅具有很好的遠(yuǎn)程雜波抑制性能，還具有保護(hù)近程目標(biāo)信號(hào)不受損失的優(yōu)點(diǎn)。該算法不僅能夠有效消除由遠(yuǎn)程雜波帶來(lái)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(yīng)波束形成算法不僅能夠加快收斂速度，還能夠降低運(yùn)算量，有利于工程實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。
　　五、研究了單基地MIMO雷達(dá)目標(biāo)波達(dá)方向（Direction of Arrival，DOA）估計(jì)的問(wèn)題。在低信噪比、低快拍數(shù)的情況下，常規(guī)DOA估計(jì)