机载雷达杂波抑制与目标检测算法研究.docx

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1、机载雷达杂波抑制与目标检测算法研究机载雷达对地、海探测时面临着复杂的杂波环境,空时自适应处理(STAP)技术通过联合空时二维自由度可以有效地抑制杂波,提高动目标检测性能。考虑到实际中机载雷达接收的回波数据通常是非均匀的,本文围绕非均匀环境下的STAP技术和自适应检测方法展开研究,并进一步讨论了STAP在MIMO雷达和稀疏阵列中的相关应用,主要工作和贡献为:(1)分析了机载雷达的海杂波建模方案机载平台由于运动导致杂波能量在空域和时域中扩散,加之海杂波的物理机理复杂,非高斯、非平稳性显著,对机载雷达下的海杂波建模是信号处理算法研究的基础。本

2、文采用积分法对机载运动平台杂波回波进行建模,分析了杂波单元上的散射机理。从统计角度入手研究了海杂波的幅度分布特性,讨论了几种适用于不同雷达分辨率和海况的幅度分布模型,对比研究了不同参数下各自的幅度统计图。结合实测海杂波数据,介绍了几种海杂波分布参数的估计方法,比较了不同分布模型的拟合性能。(2)研究了机载雷达非均匀杂波中的STAP算法当机载雷达面临的杂波环境非均匀时,STAP所需的独立同分布样本数有限,杂波协方差矩阵(CCM)难以准确估计。对此,给出了三种小样本下的杂波协方差矩阵估计方法,在样本数较少的情况下具有较准确的估计精度。在介绍

3、STAP基本原理的基础上,讨论了几种常用的降维STAP方法选择辅助通道的方式,但往往这种固定的通道选择法不是最优方案。为了自适应地选择降维通道,本文通过对变换域的输出信杂噪比(SCNR)进行数学分解,提出一种根据角度-多普勒相关系数大小选择辅助通道的降维STAP方法,并将其拓展到保留全空域自由度的情况,通过理论仿真和实测数据处理验证了所提算法的有效性。(3)研究了海杂波中知识辅助的自适应检测算法STAP的最终目的是检测目标,空时自适应检测实现了杂波抑制与目标检测的结合,针对采用复合高斯模型的海杂波背景,研究了纹理分量服从双参数逆高斯分布

4、时点目标和距离拓展目标的广义似然比检测器(GLRT),提出根据纹理分量和散斑分量的先验模型,基于知识的协方差矩阵估计方法,比较了采用不同自适应检测器的检测性能。当机载平台运动时,利用杂波协方差矩阵的低秩特性估计出杂波基的幅度参数和噪声功率,提出了仅采用待检测单元回波数据的动目标GLRT检测器,在样本数较少时相比于传统需要训练样本的GLRT检测器具有更好的检测性能。(4)研究了机载MIMO雷达的STAP处理问题针对MIMO雷达在机载平台中的应用,研究了发射频分线性调频(FDLFM)信号时距离像旁瓣的抑制技术,提出一种对阵列的综合接收信号进

5、行谱修正并在频域加窗的旁瓣抑制方法。当FD-MIMO雷达各发射信号间的频率间隔增大时,信号处理需要考虑宽带效应的影响,本文给出了频率分集信号的模型以及机载平台下的杂波秩估计公式,研究了杂波抑制中由频率间隔增大引起的多普勒频率偏移补偿方法,有效地改善了高速目标的检测性能。根据MIMO雷达的三维级联结构特性,提出一种自由联合各级信号数据,并在每一级处理时灵活搭配不同滤波器的信号处理框架,比较了几类典型方法的计算量和杂波抑制性能。(5)研究了非均匀阵列和脉冲的稀疏STAP算法除了MIMO雷达之外,特殊结构的稀疏阵列同样能够实现空域自由度的扩展

6、。本文首先介绍了嵌套阵列的信号模型,对比了几种常见稀疏阵列的布阵方式,随后将嵌套阵的概念引入到机载雷达天线脉冲的布置问题中,通过一定准则布置天线位置和脉冲发射时间,使得空时联合采样位置的子集满足嵌套阵的采样形式,再利用杂波协方差矩阵的结构特性对其进行重构,实现了空时分辨率的显著提高。此外,针对采用均匀线阵和发射连续脉冲的机载雷达,提出一种从回波数据中选择满足嵌套阵采样位置的天线脉冲对,估计出压缩的杂波协方差矩阵,在此基础上增加杂波抑制能力较强的天线脉冲对的方法,相比于已有算法具有更小的计算量和更好的天线脉冲选择策略。