基于stap機(jī)載雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)的的研究

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1、基于STAP的雙基雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)研究一、空時(shí)自適應(yīng)處理在機(jī)載雷達(dá)中，由于載機(jī)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，處于不同波束角度的反射體的回波包含不同的多普勒頻移，雜波回波的多普勒頻譜寬度決定于雷達(dá)平臺(tái)速度、天線波束方向及寬度。傳統(tǒng)的雜波消除手段將多普勒頻率作為區(qū)分目標(biāo)和雜波的唯一標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)直接濾除多普勒頻譜中雜波回波占據(jù)的頻帶而實(shí)現(xiàn)雜波消除。而雷達(dá)運(yùn)動(dòng)引起的雜波頻譜展寬，使得雜波可能與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的頻譜重疊，在濾除雜波的同時(shí)會(huì)將目標(biāo)也濾除了?？諘r(shí)自適應(yīng)處理(STAP)是非常有效的雜波消除和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)手段。STAP將雜波回波看做在方位角度(空間)和多普勒頻率(時(shí)間)平面上的二維分

2、布的信號(hào)，它能根據(jù)雜波回波在空時(shí)平面的分布，自適應(yīng)地調(diào)整二維空時(shí)濾波器響應(yīng)，補(bǔ)償平臺(tái)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻譜展寬，最大限度地自適應(yīng)雜波，并在空時(shí)平面內(nèi)留下充足的自由空間用于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)。1、空時(shí)信號(hào)模型空間維：圖1為機(jī)載陣列雷達(dá)的空間幾何關(guān)系圖。不失一般性，可假設(shè)雷達(dá)平臺(tái)向沿x軸方向運(yùn)動(dòng)，并假設(shè)z軸方向?yàn)?。方位方向。圖中口為高度角，Rs為斜距，Rg為地距，φ為方位角，vp為平臺(tái)速度。圖1機(jī)載陣列天線的幾何關(guān)系先忽略平臺(tái)運(yùn)動(dòng)造成的影響，來(lái)考察相對(duì)于陣列中心O的坐標(biāo)為xi、yi和zi的某一傳感器。該傳感器接收到來(lái)自地面某一散射體的信號(hào)，它相對(duì)于陣列中心的相位移動(dòng)為（1

3、）其中N為陣列元素的個(gè)數(shù)。接收信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)和匹配濾波后應(yīng)為（2）其中θ=arcsin(H/Rs)，且Ar=squar(2Pr),Pr為接收功率，它與發(fā)射機(jī)功率、雙程傳播特性和散射體反射特性等雷達(dá)距離方程因子有關(guān)。為了方便仿真，可以用下式來(lái)表示傳感器方向圖（3）（4）其中，角度φ0和θ0表示傳感器方向圖的峰值方向。對(duì)于前視陣列水平視角φ0=0。，對(duì)于側(cè)視陣列φ0=90。。而對(duì)于垂直方向的視角，可始終使φ0=0。。時(shí)間維：在脈沖多普勒雷達(dá)系統(tǒng)中，多普勒頻率是通過(guò)觀測(cè)發(fā)射機(jī)發(fā)射的相干脈沖串回波信號(hào)問(wèn)相位差異而獲得的。若發(fā)射信號(hào)為（5）其中T是脈沖重復(fù)間隔，M是發(fā)射脈沖

4、串的個(gè)數(shù)，ωc是載波角頻率，E(t)是發(fā)射波形的包絡(luò)，R[·]表示求取包絡(luò)。T的倒數(shù)是脈沖重復(fù)頻率fRF=1/T。因此，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波的接收信號(hào)(經(jīng)過(guò)解調(diào)和匹配濾波)為（6）vr為目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的徑向速度。如果E(t)表示的脈沖長(zhǎng)度相對(duì)于T很短，則接收信號(hào)可以簡(jiǎn)化為（7）1．1雜波塊回波信號(hào)在圖1的幾何配置中，地面某一靜止散射體在天線相位中心的接收信號(hào)為（8）對(duì)于位于xi、yi、zi處的陣列單元，由于已經(jīng)假定雷達(dá)平臺(tái)沿x軸方向運(yùn)動(dòng)，則（9）對(duì)于等間距陣列有（10）其中dx，dy，dz分別是陣列在x，y，z軸方向上的間距。1．2運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波信號(hào)對(duì)于徑向速度vrod

5、的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，回波信號(hào)為（11）其中，目標(biāo)徑向速度vrod與目標(biāo)-雷達(dá)間幾何關(guān)系有關(guān)，還與目標(biāo)速度和所處角度φi有關(guān)。一般而言，該式還應(yīng)包含目標(biāo)速度切向分量所構(gòu)成的二次相位項(xiàng)。但如果距離很大且M很小，二次相位項(xiàng)可以忽略。如果在觀測(cè)時(shí)間聞隔內(nèi)目標(biāo)方位角變化可以忽略，則目標(biāo)速度vrod可以視為恒定不變的。當(dāng)脈沖系列比較短的時(shí)候，我們可以這樣近似。而當(dāng)脈沖系列比較長(zhǎng)的時(shí)候，特別是在合成孔徑雷達(dá)應(yīng)用中，我們必須考慮雷達(dá)和目標(biāo)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的雷達(dá)和目標(biāo)間的幾何關(guān)系的變化。在這種情況下，在不同的脈沖間隔內(nèi)vr也是不斷變化的。用于計(jì)算改善因子和功率譜的空時(shí)信號(hào)導(dǎo)向矢量s具有和

6、式（11）完全一樣的形式。在計(jì)算改善因子和功率譜時(shí)，往往假定處理器和期望信號(hào)完全匹配，這樣可以獲得最優(yōu)雜波抑制性能的最佳測(cè)度。因此，s既可以用作期望信號(hào)又可以用作空時(shí)匹配濾波器?？諘r(shí)導(dǎo)向矢量s可以進(jìn)一步分解為波束形成器b和多普勒濾波器d（12）“”為Kronecker積。分解后，視向?yàn)棣誏的波束形成器為（13）分解后的多普勒濾波器又可以稱為速度濾波器，為（14）2、最優(yōu)空時(shí)自適應(yīng)處理器最優(yōu)空時(shí)自適應(yīng)處理器即完全的自適應(yīng)處理器，所謂完全(fully)是指在雜波抑制過(guò)程中，陣列單元數(shù)和回波脈沖數(shù)所決定的自由度被完全保留和利用；所謂自適應(yīng)(adaptive)是指雜波抑

7、制是基于實(shí)際接收的雜波數(shù)據(jù)的，即基于雜波協(xié)方差矩陣估計(jì)的。自適應(yīng)的雜波抑制技術(shù)可以補(bǔ)償雷達(dá)系統(tǒng)的各種內(nèi)在的系統(tǒng)誤差。最優(yōu)空時(shí)自適應(yīng)處理器的推導(dǎo)過(guò)程及結(jié)果和第二章一維的最優(yōu)波束形成器和最優(yōu)多普勒濾波器完全二樣，都是基于最大化SNR而進(jìn)行的。最優(yōu)空時(shí)自適應(yīng)處理器為（15）S為導(dǎo)向矢量，即式（11），用于對(duì)所有可能的方位角度和多普勒頻率進(jìn)行搜索，可以將之表示為（16）它包含M個(gè)子矢量，每個(gè)子矢量即是一個(gè)空間維導(dǎo)向矢量，即式（13）。R為空時(shí)協(xié)方差矩陣，它是雜波、人為干擾和噪聲協(xié)方差矩陣之和，即（17）空時(shí)協(xié)方差矩陣具有塊狀Toeplitz結(jié)構(gòu)（18）子矩陣Rm，m=1

8、,…，M是M×N維空間協(xié)