机载MIMO雷达空时自适应杂波对消器

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul．252013V01．34No．71654—1662ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．CR机载MIMO雷达空时自适应杂波对消器曹杨，冯大政*，水鹏朗，向聪西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室，陕西西安710071摘要：针对机载多输入多输出(MIMO)雷达杂波分布呈现空时耦合特性，提出一种空时自适应杂波对消器。利用机载MIMO雷达的脉冲回波数据，构造杂波对消器的系数矩阵。通过空时自适应杂波

2、对消器的预处理，可以有效地抑制杂波，并通过与常规空时处理算法的级联，最终可以有效提高动目标的检测性能。实现了由传统地基雷达杂波对消器向机载运动平台的推广。仿真结果表明，这种自适应杂波对消器不仅适用于正侧视雷达，对于非正侧视雷达也同样适用。关键词：机载雷达；MIMO雷达；空时自适应处理；杂波对消器；杂波预滤波中图分类号：V243．2；TN95文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)07—1654—09杂波对消器是最早出现，也是最常用的MTI(MovingTargetIndication)滤波器[1]。其最早应用于地基雷达，由于地面雷达接收的地杂波信

3、号多集中在多普勒频率的零频附近，故可以看做是一个有效的抑制低频杂波的高通滤波器。然而，对于机载多输人多输出(Multiple—inputMultiple—output，MIMO)雷达平台而言口。5]，由于平台是运动的，地杂波将不会集中分布在零频附近，而是拓展分布在整个多普勒域，杂波将呈现强烈的空时耦合特性，原有的杂波对消器将不再适用。由于机载MIMO雷达的地杂波呈现为空时二维耦合特性，杂波能量将主要分布在空间一多普勒二维平面上，这就决定了其杂波抑制属于空时二维滤波问题‘3。4]。在此基础上，空时自适应处理(Space—TimeAdaptiveProcessin

4、g，STAP)方法邸。143得到了更进一步的发展。Brennan和Reed提出最优处理器¨]，但是其计算复杂度很高且对样本量的需求巨大，使得其难以在实际中实现。因此，降维STAP技术得到了很大的发展。包括常规动目标检测MTI方法[71以及Klemm提出的空时级联(Spatial—Temporal，S-T)[8]、时空级联(Temporal—Spatial，T-S)[91和辅助通道(AuxiliaryChannelReciever，ACR)法口州，还包括其他一些典型的降维STAP方法，如因子化方法(FactoredAp—proach，FA)[1朝和扩展因子化方法

5、(ExtendedFactoredApproach，EFA)[14](俗称1DT和mDT)。本文提出一种新方法，将原有的地基雷达杂波对消器拓展到机载MIMO运动平台。这种空时自适应杂波对消器(Space—TimeAdaptiveClutterCanceller，STACC)可以作为机载MI—MO平台的杂波预处理技术，对杂波进行提前预滤波，抑制杂波信号，进一步方便后续处理。通过收稿日期：2012-07-19；退修日期：2012—11—11；录用日期：2013—01-05；网络出版时间：2013—03—0709：22网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms

6、／detail／11．1929．V．20130307．0922．001．html基金项目：国家自然科学基金(60971111)*通讯作者．Tel：029—98201693E-mail：dzfeng@xidianedu．cn引甩蓥武iCaoY．FengDZ，ShuiPL．eta1．Space-timeadaptivecluttercancellerappliedtoairborneMIMOradar．ActaAeronauticaetAs．tronauticaSinica．2013，34(7)：1654—1662．曹杨．冯大政．永鹂郎。等．机载MIMO雷达空时自

7、适应杂波对消器．航空学报．2013．34(7)：1654．1662曹杨等：机载MIMO雷达空时自适应杂波对消器后续与空时STAP技术的级联使用，可以有效地提高目标的检测性能。1机载MIMO雷达信号模型图1为机载MIMO雷达的几何结构图，载机飞行高度H，速度u，雷达的发射和接收阵为平行放置的等距线阵。天线阵列发射阵元数为M，发射阵元间距为d。，接收阵元为N，接收阵元间距为d。。图1中雷达天线放置为非正侧视雷达，即天线阵列所在的直线方向与载机的速度方向间存在一个夹角％(偏航角)。如果偏航角9p一0。，雷达则为正侧视雷达。雷达工作波长为A，脉冲重复频率为．厂r，一个

8、相干处理间隔(Co-herentPro