天基AMTI雷达合成宽带波形设计与分析

天基预警雷达的空中运动目标指示(AMTI)在军事上有着极其重要的应用价值,然而常规线性调频波形在面对复杂距离和多普勒模糊时数据搜索率较低,相干积累脉冲数较少,杂波抑制和抗干扰能力较弱。在美国L波段天基预警雷达系统的基础上,着重研究了天基AMTI雷达近端、中端和远端探测时的合成宽带波形设计要求,并通过合成宽带信号处理仿真验证了其在高速弱空中动目标检测中具有优良的性能。     

天基雷达空时二维杂波建模与STAP性能分析

提出了一种基于天基雷达运动几何模型的空时二维杂波的建模方法。该模型考虑了地球自转的影响以及天基雷达杂波的距离和多普勒模糊特征,克服了传统一维杂波建模方法难以描述天基雷达空时二维特征的缺陷,而且该建模方法运算量低,适于对天基雷达大范围杂波进行快速模拟。同时,利用该模型得到了仿真杂波数据,研究了地球自转和杂波的距离多普勒模糊对空时二维自适应处理的动目标检测性能的影响,仿真和处理结果验证了杂波模型的正确性。     

地球自转对天基雷达杂波特性影响分析

与机载平台雷达探测时的空时二维耦合杂波特性不同,天基平台雷达探测时地球自转对杂波的多普勒谱调制影响,导致杂波频谱进一步展宽,杂波抑制变得更加复杂。文中主要研究地球自转对PD体制天基平台雷达杂波回波特性的影响,并进行了仿真,首次得到PD体制下天基平台杂波回波的距离多普勒谱图,为天基雷达杂波抑制和目标检测提供理论基础和依据。     

前视雷达／SAR：用STAP技术抑制杂波和干扰

事实证明，在强杂波环境下用空基或天基雷达探测慢速目标时，时空自适应处理方法是一种有用的工具，ＳＴＡＰ算法对补偿由雷达平台运动引起的杂波多普勒展宽具有很大的优点。尽管ＳＴＡＰ技术在过去是为用于侧视阵列雷达而研究的，而现在在前视雷达配置中对该技术也有了兴趣。本文给出了侧向雷达和前视雷达的一些结果，并着重于干扰情况下的杂波抑制。     

天基预警雷达低自由度STAP方法研究

受卫星高速运动和地球自转影响,天基预警雷达杂波在俯仰-方位-多普勒三维空间呈紧耦合特性,极大降低了传统空时自适应处理(STAP)方法的慢速运动目标检测性能。采用方位-俯仰-多普勒三维STAP可实现天基预警雷达杂波解耦,但与非正侧机载预警雷达杂波的三维松耦合情况不同,该应用需要较大系统自由度才能实现次最优杂波抑制性能,所带来的巨大运算负担和均匀样本需求使其难以应用于实际。针对上述问题,该文首先构建了天基预警雷达平面阵回波空时信号模型;然后详细分析了其杂波在方位-俯仰-多普勒三维空间的紧耦合特性;最后提出了基于级联处理的低自由度三维STAP方法,利用空域加权子阵合成预先衰减副瓣杂波,再利用俯仰-多普勒自适应处理抑制剩余各次距离模糊主瓣杂波。仿真实验验证了所提STAP方法可在低运算复杂度和小样本需求条件下实现次最优杂波抑制性能,因此适用于天基预警雷达实际应用。      

基于卷积神经网络的天基预警雷达杂波抑制方法

利用天基预警雷达实现动目标指示具有重要的军事应用价值。对于天基预警雷达,其平台高速运动及受地球自转影响导致杂波复杂非平稳性,更大的波束照射区域带来更严重的杂波非均匀性,从而导致适用于机载预警雷达的传统空时自适应处理(STAP)方法无法直接应用。针对上述问题,该文分析了天基预警雷达杂波分布特性,并构建了基于卷积神经网络(CNN)超分辨谱估计的STAP处理框架。首先,利用雷达系统和卫星轨道参数,仿真随机生成不同纬度、距离门、阵元误差、杂波起伏和地貌散射系数的回波数据集;然后,设计并调优了含5个权重层的二维CNN,实现由小样本所估低分辨杂波谱到高分辨谱的非线性映射;最后,基于高分辨空时谱构造空时滤波器实现杂波抑制和目标检测。仿真实验验证所提方法在小样本条件下可实现次最优杂波抑制性能,同时所需在线运算量远低于现有稀疏超分辨类方法,因此适用于天基预警雷达实际应用。      

一种新的球载雷达运动目标检测方法

球载雷达采用下视探测工作模式时,其检测能力主要受地杂波制约。本文分析了地杂波对雷达回波幅度调制的影响,提出了一种利用回波幅度特征进行目标检测的新方法——幅度周期目标检测法,该方法能够在检测目标的同时获得目标速度信息。仿真结果表明该方法在低信杂比情况下相对于传统方法具有更好的检测性能。最后通过实测数据验证了该方法的有效性。     

基于systemview matlab的天基雷达杂波建模与分析

天基雷达是现在许多国家都在研究的一种新型雷达,其载体卫星速度快,在地面轨迹较大,运动目标信号容易淹没在强大的地杂波中,只有首先对地杂波实施精确建模,才能有效去除杂波。本文用相关K分布来描述天基雷达地面杂波雷达截面积的空间起伏,并且用SystemviewMatlab对它进行统计检验和相关性检验,验证了其正确性。     

天基雷达广域监视的恒虚警检测技术

针对天基雷达对海广域监视应用中低信杂比和复杂杂波环境的情况,提出一种基于超分辨方法的舰船目标恒虚警检测技术。该方法中,将杂波建模为球不变随机向量（SIRV）,采用基于共轭倒序阵去相关和特征值校正预处理的序贯检验进行源枚举,并采用超分辨方法估计目标控制矩阵,最后采用广义似然比检验方法,实现恒虚警检测的功能。实验结果表明,在低信杂比和相关信号源的条件下,基于去相关和特征值校正预处理的序贯检验的源枚举准确率可以达到90％以上;基于超分辨方法的目标检测技术能够实现可靠检测,检测概率接近100％,满足天基雷达对海广域监视的要求。     

基于空时导向约束的天基雷达离散旁瓣杂波判别方法

由于天基雷达覆盖范围广,大量强离散杂波(小型岛礁、陆地铁塔等)会从天线旁瓣进入雷达系统,其多普勒特征与目标相同,极易造成虚警。针对以上问题,该文提出基于空时导向约束的天基雷达离散旁瓣杂波判别方法,该方法首先选取空时自适应处理(STAP)杂波抑制后检测到的潜在“目标”(包含真实目标与离散旁瓣杂波)距离多普勒单元及其附近单元;然后根据杂波多普勒频率与空间角度的耦合关系获得各杂波单元对应的空时导向矢量;最后利用获得新的导向矢量构成的滤波器再次对“目标”距离多普勒单元及其附近单元进行滤波处理,此时真实目标信杂噪比会大幅度降低,而离散旁瓣杂波信杂噪比变化不大,从而实现离散旁瓣杂波的判别。理论分析及机载实测数据处理证明该方法具有良好的稳健性和可靠性。     

基于自适应分区的非平稳杂波抑制方法

对于非正侧视阵机载雷达,杂波在近程表现出严重的非平稳性,在距离模糊情况下近程微弱目标和近程非平稳强杂波混叠,导致传统空时自适应处理（Space-Time Adaptive Processing,STAP）方法的运动目标检测性能严重下降。为了解决该问题,本文提出了一种基于自适应分区和正交投影的机载雷达非平稳杂波抑制方法。首先,基于回波数据在距离-多普勒域将机载雷达回波自适应划分为非平稳杂波区、平稳杂波区和清晰区,然后在非平稳杂波区采取俯仰维正交投影级联STAP处理,在平稳杂波区采取传统STAP处理,在清晰区采取传统PD处理。该方法能够显著提升机载雷达在全距离和全速度域的目标探测性能。仿真实验验证了所提方法的有效性。     

关于动目标近距的杂波谱中心补偿

杂波谱中心补偿是机载雷达动目标检测的关键步骤。杂波谱中心的估计方法主要有两种:惯导估计法和回波数据估计法。对于机载雷达的动目标检测所运用的估计方法利用回波数据进行估计杂波谱中心,然后利用惯导估计的杂波谱中心进行解模糊操作。但是在5km近距的杂波谱中心发现,传统的回波数据方法—重心法估计、相关法估计,仍然会使动目标检测出地杂波,已经不能满足动目标检测的要求。本文针对实际雷达和实测数据,对近距动目标检测提出了新的杂波谱中心估计方法,对于动目标近距的检测结果有较大的改善。     

基于统计模型的杂波仿真

准确而有效地模拟雷达杂波信号,对于机载PD雷达的目标检测具有重要意义。提出一种基于统计模型的ZMNL法对杂波仿真,阐述了该方法的思路和实现步骤,给出实现模型和仿真结果。计算机仿真的结果证明,用该方法来描述雷达杂波的＂长拖尾＂是合理的,为机载PD雷达检测提供了依据。     

利用发射自由度提高机载相控阵雷达检测性能的方法

机载相控阵预警雷达由于载机运动,收到的杂波信号呈现二维分布特性。针对地杂波二维耦合特性,文中提出一种利用发射自由度预白化杂波的方法,可以有效提高机载相控阵雷达的检测目标性能。该方法利用了二进制伪随机序列的自相关特性,通过在不同脉冲之间使用不同的发射权值,将来源于发射方向图副瓣的地杂波白化到噪声空间,进而提升了机载雷达的动目标检测性能。通过数值仿真实验,证明该方法能够预白化地杂波,有效提升了雷达检测目标的信杂噪比。     

基于LRMO及MCA的机载雷达风电场杂波抑制方法

风力发电迅速发展,风电场杂波使机载雷达产生大量虚假目标,导致机载雷达出现检测概率下降、虚警概率上升等问题。因此,研究机载雷达风电场杂波抑制方法对于提升机载雷达工作性能具有十分重要的意义。考虑到机载雷达风电场杂波先验信息无法实时获取、难以估计且机载雷达回波频谱更加复杂等特殊问题,本文基于低秩矩阵优化（LRMO）算法根据风电场杂波与目标微动特征随时间的不同变化特性,实现目标与风电场杂波处于不同距离单元的风电场杂波抑制。目标与风电场杂波处于同一距离单元时,考虑到LRMO算法存在的局限性,依据风电场杂波与目标的不同稀疏特性,利用形态成分分析（MCA）算法进行补充抑制风电场杂波。实验结果验证了所提方法的有效性。      

基于相参处理的机载雷达舰船检测方法

机载雷达舰船目标检测主要在海杂波背景下进行,受海杂波影响大,常规非相参积累检测没有充分利用目标和海杂波的特性差异,检测性能有待提升。文中对机载雷达杂波特性、目标特性进行了理论分析建模,提出了基于相参处理的舰船目标检测架构,该方法综合干扰抑制、相参积累、杂噪识别和分区检测进行相参处理,在距离、多普勒平面有效识别海杂波和噪声区域的基础上实现匹配检测。最后基于实测数据进行了分析验证,显示了很高的工程应用价值。     

机载雷达三维空时自适应信号处理

空时二维自适应信号处理（STAP）技术已成为雷达领域的研究热点之一,是新一代高性能机载雷达的一项关键技术。然而目前的研究仅限于方位向-多普勒域的自适应处理,没有考虑俯仰向的信息,而在实际中杂波过程是与俯仰角有关的。因此,文中介绍了将2D-STAP扩展到3D-STAP的方法,即增加俯仰向的自适应处理,充分利用了俯仰向信息对杂波谱的影响。通过仿真试验证明,与二维自适应处理相比三维自适应处理具有更好的杂波抑制能力,并且可以明显地提高目标的检测性能。     

稳健的机载预警雷达多通道海杂波抑制方法研究

在机载预警雷达对海洋背景运动目标的探测过程中,雷达平台的高速运动状态使得海杂波多普勒谱发生严重展宽现象,影响目标的检测性能。针对此问题,空-时自适应处理是一种有效的杂波抑制技术,该技术利用杂波的空-时2维耦合特性进行杂波抑制。但相对于陆地杂波而言,海杂波的内部复杂运动特性使得杂波空-时谱发生展宽现象,导致杂波多普勒频率与空间锥角不再保持一一对应关系,从而影响杂波抑制效果。针对海杂波的运动特性,该文提出一种稳健的基于子空间投影的杂波抑制处理算法,所提算法通过滤波凹口自适应展宽技术和先滑窗滤波后自适应处理技术来提高杂波抑制的稳健性。最后通过仿真的海杂波数据和实测海杂波数据验证了所提算法的有效性。     

一种稳健的机载非正侧视阵雷达杂波抑制方法

非正侧视阵列构型会导致机载雷达回波数据非均匀,从而严重削弱传统空时自适应处理算法的杂波抑制性能。针对此问题,该文提出一种对阵元误差稳健的非均匀杂波抑制方法。该方法首先根据雷达系统参数等先验信息构造杂波表示基;然后在考虑阵元误差下对待检测单元数据进行迭代的最小二乘拟合,文中推导出了该问题的闭式解;最后对拟合后的剩余数据进行脉冲多普勒处理以及恒虚警检测。该方法不需要训练样本,且能够在没有俯仰自由度的情况下对机载非正侧视阵雷达的非均匀杂波进行有效抑制。仿真结果验证了该方法的有效性。