機載雷達雜波抑制與目標檢測算法研究.docx

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1、機載雷達雜波抑制與目標檢測算法研究機載雷達對地、海探測時面臨著復雜的雜波環(huán)境,空時自適應處理(STAP)技術通過聯(lián)合空時二維自由度可以有效地抑制雜波,提高動目標檢測性能?？紤]到實際中機載雷達接收的回波數(shù)據(jù)通常是非均勻的,本文圍繞非均勻環(huán)境下的STAP技術和自適應檢測方法展開研究,并進一步討論了STAP在MIMO雷達和稀疏陣列中的相關應用,主要工作和貢獻為:(1)分析了機載雷達的海雜波建模方案機載平臺由于運動導致雜波能量在空域和時域中擴散,加之海雜波的物理機理復雜,非高斯、非平穩(wěn)性顯著,對機載雷達下的海雜波建模是信號處理算法研究的基礎。本

2、文采用積分法對機載運動平臺雜波回波進行建模,分析了雜波單元上的散射機理。從統(tǒng)計角度入手研究了海雜波的幅度分布特性,討論了幾種適用于不同雷達分辨率和海況的幅度分布模型,對比研究了不同參數(shù)下各自的幅度統(tǒng)計圖。結合實測海雜波數(shù)據(jù),介紹了幾種海雜波分布參數(shù)的估計方法,比較了不同分布模型的擬合性能。(2)研究了機載雷達非均勻雜波中的STAP算法當機載雷達面臨的雜波環(huán)境非均勻時,STAP所需的獨立同分布樣本數(shù)有限,雜波協(xié)方差矩陣(CCM)難以準確估計。對此,給出了三種小樣本下的雜波協(xié)方差矩陣估計方法,在樣本數(shù)較少的情況下具有較準確的估計精度。在介紹

3、STAP基本原理的基礎上,討論了幾種常用的降維STAP方法選擇輔助通道的方式,但往往這種固定的通道選擇法不是最優(yōu)方案。為了自適應地選擇降維通道,本文通過對變換域的輸出信雜噪比(SCNR)進行數(shù)學分解,提出一種根據(jù)角度-多普勒相關系數(shù)大小選擇輔助通道的降維STAP方法,并將其拓展到保留全空域自由度的情況,通過理論仿真和實測數(shù)據(jù)處理驗證了所提算法的有效性。(3)研究了海雜波中知識輔助的自適應檢測算法STAP的最終目的是檢測目標,空時自適應檢測實現(xiàn)了雜波抑制與目標檢測的結合,針對采用復合高斯模型的海雜波背景,研究了紋理分量服從雙參數(shù)逆高斯分布

4、時點目標和距離拓展目標的廣義似然比檢測器(GLRT),提出根據(jù)紋理分量和散斑分量的先驗模型,基于知識的協(xié)方差矩陣估計方法,比較了采用不同自適應檢測器的檢測性能。當機載平臺運動時,利用雜波協(xié)方差矩陣的低秩特性估計出雜波基的幅度參數(shù)和噪聲功率,提出了僅采用待檢測單元回波數(shù)據(jù)的動目標GLRT檢測器,在樣本數(shù)較少時相比于傳統(tǒng)需要訓練樣本的GLRT檢測器具有更好的檢測性能。(4)研究了機載MIMO雷達的STAP處理問題針對MIMO雷達在機載平臺中的應用,研究了發(fā)射頻分線性調頻(FDLFM)信號時距離像旁瓣的抑制技術,提出一種對陣列的綜合接收信號進

5、行譜修正并在頻域加窗的旁瓣抑制方法。當FD-MIMO雷達各發(fā)射信號間的頻率間隔增大時,信號處理需要考慮寬帶效應的影響,本文給出了頻率分集信號的模型以及機載平臺下的雜波秩估計公式,研究了雜波抑制中由頻率間隔增大引起的多普勒頻率偏移補償方法,有效地改善了高速目標的檢測性能。根據(jù)MIMO雷達的三維級聯(lián)結構特性,提出一種自由聯(lián)合各級信號數(shù)據(jù),并在每一級處理時靈活搭配不同濾波器的信號處理框架,比較了幾類典型方法的計算量和雜波抑制性能。(5)研究了非均勻陣列和脈沖的稀疏STAP算法除了MIMO雷達之外,特殊結構的稀疏陣列同樣能夠實現(xiàn)空域自由度的擴展

6、。本文首先介紹了嵌套陣列的信號模型,對比了幾種常見稀疏陣列的布陣方式,隨后將嵌套陣的概念引入到機載雷達天線脈沖的布置問題中,通過一定準則布置天線位置和脈沖發(fā)射時間,使得空時聯(lián)合采樣位置的子集滿足嵌套陣的采樣形式,再利用雜波協(xié)方差矩陣的結構特性對其進行重構,實現(xiàn)了空時分辨率的顯著提高。此外,針對采用均勻線陣和發(fā)射連續(xù)脈沖的機載雷達,提出一種從回波數(shù)據(jù)中選擇滿足嵌套陣采樣位置的天線脈沖對,估計出壓縮的雜波協(xié)方差矩陣,在此基礎上增加雜波抑制能力較強的天線脈沖對的方法,相比于已有算法具有更小的計算量和更好的天線脈沖選擇策略。