非均勻環(huán)境下機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)STAP方法研究.pdf

1、機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)對(duì)空、對(duì)地探測(cè)時(shí)容易受到地雜波的顯著影響，要實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的可靠檢測(cè)，雜波抑制是必須解決的首要問題。由于載機(jī)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，不同方向的地面散射體相對(duì)于雷達(dá)具有不同的徑向速度，使得機(jī)載雷達(dá)接收到的雜波信號(hào)的功率譜在多普勒域嚴(yán)重?cái)U(kuò)散，且呈現(xiàn)出很強(qiáng)的空時(shí)耦合特性。
　　由于雜波在空域和時(shí)域的擴(kuò)散分布，傳統(tǒng)的空域或時(shí)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(duì)其進(jìn)行很好抑制?？諘r(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理（STAP）技術(shù)充分利用了

2、雷達(dá)空域和時(shí)域兩維系統(tǒng)自由度，可以在保證目標(biāo)信號(hào)獲得一定相干積累增益的同時(shí)對(duì)空時(shí)耦合的地雜波進(jìn)行有效抑制，從而在很大程度上改善機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)性能，特別是對(duì)低速目標(biāo)以及被旁瓣雜波所湮沒的弱小目標(biāo)的檢測(cè)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(dú)立同分布訓(xùn)練樣本。而在實(shí)際情況中，機(jī)載雷達(dá)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(yán)重下降。本文主要對(duì)非均勻環(huán)境下STAP的

3、雜波抑制性能提升算法進(jìn)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(shí)STAP算法的性能改善問題。當(dāng)機(jī)載雷達(dá)工作在非均勻環(huán)境中時(shí)，STAP能夠獲得的獨(dú)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(jì)不準(zhǔn)確，嚴(yán)重影響STAP算法的雜波抑制性能。對(duì)此，提出了一種基于協(xié)方差矩陣廣對(duì)稱特性的擴(kuò)展因子化算法（EFA）。通過在協(xié)方差矩陣估計(jì)中引入空域、時(shí)域以及空時(shí)域的廣對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)有限i.i.d.樣本數(shù)據(jù)的高效利用，在計(jì)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(shí)的雜波抑制和目標(biāo)檢測(cè)性能。
　　二、研究了機(jī)載雷達(dá)的非均勻雜波抑制問題。機(jī)載雷達(dá)非正側(cè)視陣天線構(gòu)型會(huì)造成近程雜波空時(shí)譜結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的距離依賴性，非均勻的雷達(dá)場(chǎng)景會(huì)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(huì)導(dǎo)致雷達(dá)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(dá)參數(shù)一定，地面靜止散射體的回波信號(hào)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(shí)際情況中由于各種非理想因素的存在，該雜波脊會(huì)有一定程度的偏離和展寬?；诖耍岢鲆环N穩(wěn)健的機(jī)載雷達(dá)非均勻雜波抑制方法，利用雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)及平臺(tái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等先驗(yàn)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(duì)待檢測(cè)單元數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代的最小二乘擬合，最后對(duì)擬合后的剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖多普勒（PD）處理以及單元平均恒虛警（CA-CFAR）

6、檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)非均勻雜波的充分抑制以及對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的可靠檢測(cè)。
　　三、研究了機(jī)載雷達(dá)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(hào)或雜波信號(hào)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(duì)其進(jìn)行稀疏恢復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)或雜波協(xié)方差重構(gòu)。然而，實(shí)際的雷達(dá)回波信號(hào)不可能在一組先驗(yàn)基上嚴(yán)格稀疏，SR-STAP算法性能會(huì)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(dòng)目標(biāo)檢測(cè)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(duì)待檢測(cè)單元數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘擬合表示，并對(duì)擬合誤差進(jìn)行CA-CFAR檢測(cè)。該方法不僅能夠有效抑制雜波信號(hào)，而且對(duì)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(jī)載雷達(dá)回波信號(hào)模型及其雜波抑制問題。首先對(duì)機(jī)載旋轉(zhuǎn)陣列天線的回波信號(hào)進(jìn)行建模分析，指出由于天線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的存在，散射體回

8、波信號(hào)流形在空域和時(shí)域上都存在一個(gè)與其陣面角度相關(guān)的線性擾動(dòng)相位，這樣一方面會(huì)由于空時(shí)信號(hào)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(huì)因此產(chǎn)生嚴(yán)重的譜擴(kuò)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(duì)空時(shí)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行波束域降維處理時(shí)，分別針對(duì)不同距離、不同波束的回波數(shù)據(jù)構(gòu)造并進(jìn)行相應(yīng)的相位補(bǔ)償，從而去除天線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶來的雜波譜擴(kuò)散和樣本非均勻，同時(shí)對(duì)約束目標(biāo)流形的修正也保證了其積累增