MIMO雷達雜波抑制與信號積累補償研究.pdf

1、雜波抑制和長時間積累的相關技術和算法一直是雷達研究的熱點，受到國內外眾多研究機構和從業(yè)人員的高度重視，MIMO(multiple input multiple output)雷達作為一種新體制雷達，在目標檢測等諸多方面都比傳統(tǒng)雷達更具有優(yōu)勢。本文在MIMO雷達的體制下，討論了機載 MIMO雷達中的空時自適應處理(space-time adaptive processing, STAP)和長時間積累兩個方面的理論與算法，本文的主要工作和貢

2、獻如下：
　　(1)提出了一種新的降維STAP處理方法。
　　陸基雷達可以通過一維多普勒濾波將回波信號中的目標與地雜波分離開，但對于機載雷達，由于其地雜波回波呈現(xiàn)出空時二維特性，必須使用STAP處理技術才能在抑制雜波的同時又很好地保留住目標信號。本文通過分析和仿真發(fā)現(xiàn)，一些經典的降維STAP方法在檢測速度較高時，其處理的輸出信雜噪比(signal clutter noise ratio, SCNR)曲線容易出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，說

3、明此時的處理性能有所惡化。為了提高這種情況下的處理性能，本文提出一種新的降維STAP處理方法，該方法根據各個數據通道與當前檢測通道的幅度和相位的關系來選擇輔助數據通道，仿真結果表明這種新的方法可以在高速區(qū)有效提高處理輸出的SCNR曲線。
　　(2)研究了三類方法在干擾環(huán)境中的雜波和干擾信號抑制性能。
　　在實際的工程應用方面，環(huán)境中往往不僅僅存在雜波和噪聲，還存在某些干擾信號。本文首先介紹了兩種常見的壓制性干擾信號并對其進行

4、了仿真，然后引入了自適應旁瓣對消(adaptive sidelobe cancellation, ASLC)技術和兩級降維STAP處理方法，并對比了這兩種方法的優(yōu)缺點。通過對比發(fā)現(xiàn)，兩級降維STAP處理方法在抑制干擾時避免了影響 ASLC技術抑制干擾性能的諸多因素，其計算量也小于ASLC技術，最后的仿真結果說明當 ASLC對消處于非理想情況下時，兩級降維STAP處理方法的性能要優(yōu)于ASLC技術。
　　(3)理論分析了MIMO雷達陣

5、列幅相誤差對STAP處理性能的影響。
　　在實際工程應用中，由于制作工藝和熱噪聲等因素的影響，不可能實現(xiàn)陣列的完全校正，雷達陣列的陣元位置誤差、幅相誤差、頻率誤差及陣元耦合等非理想因素往往難以避免，而這些非理想的因素又將嚴重影響MIMO雷達的STAP處理性能。本文首先給出了存在幅相誤差時的回波信號協(xié)方差矩陣，并繪制了不同幅相誤差條件下回波協(xié)方差矩陣的特征值譜，該譜給出了不同幅相誤差條件下回波協(xié)方差矩陣特征值的變化規(guī)律；然后結合基本

6、的廣義旁瓣對消(generalized sidelobe canceling, GSC)原理，推導了MIMO雷達陣列存在幅相誤差時的STAP處理輸出曲線的表達式，并通過仿真證明了該式的正確性；同時，通過對比 MIMO雷達和相控陣(phased array, PA)雷達在相同幅相誤差下的SCNR輸出比較了兩種體制雷達對幅相誤差的敏感性，仿真結果表明，PA雷達受幅相誤差的影響比MIMO雷達更嚴重，對幅相誤差更加敏感。
　　(4)提出了

7、一種基于發(fā)射信號預處理的包絡移動補償方法。
　　由于傳統(tǒng)雷達的發(fā)射波束較窄，難以實現(xiàn)對高速目標跨波束走動的跟蹤和補償，因此現(xiàn)有的積累補償算法都是針對跨距離單元和跨多普勒單元這“兩跨”的。本文首先建立了運動目標的“兩跨”模型；然后介紹了現(xiàn)有的一些補償算法并分析了這些算法的優(yōu)缺點；最后提出一種基于發(fā)射信號預處理的包絡移動補償方法。該方法可用于高空高速平臺所搭載的雷達對低空低速目標進行檢測，其基本處理思路為：在雷達發(fā)射端對信號進行尺度變

8、換，可以有效校正運動目標的跨距離單元走動，通過分析發(fā)現(xiàn)，這種補償方法具有較好的速度容忍性。
　　(5)研究了對運動目標“三跨”走動的補償。
　　在長時間積累的研究中，主要考慮對運動目標跨距離單元走動、跨多普勒單元走動和跨波束走動的“三跨”進行補償，但是由于傳統(tǒng)雷達受工作體制所限，不能對高速目標的跨波束走動進行跟蹤和補償，而MIMO雷達發(fā)射的寬波束可以覆蓋整個感興趣的空域，這就為實現(xiàn)對高速目標的有效跟蹤并補償其跨波束走動提供了