机载共形阵雷达杂波抑制方法研究

 共形阵机载相控阵雷达由于其特殊的几何配置导致杂波统计特性随距离的变化而变化,即杂波呈现严重的非均匀性,从而使得传统空时自适应处理(STAP)方法的性能严重下降.本文首先分析了共形阵机载相控阵雷达的杂波特性,通过对共形阵杂波多普勒频率的数学变换,从理论上说明了共形阵配置导致机载雷达杂波非均匀性的机理,并给出了一种衡量杂波非均匀性强弱的定量准则,然后提出了一种借助最小二乘(LS)参数估计修正传统SMI的共形阵机载相控阵雷达杂波抑制方法,最后针对几种典型共形阵列,通过仿真实验验证了本文方法的有效性.     

机载圆柱形共形阵雷达杂波抑制方法

针对机载圆柱形共形阵雷达非均匀杂波抑制问题,首先建立了圆柱形共形阵雷达的空时二维杂波模型,分析了共形阵雷达所面临的非均匀杂波环境的特性。然后提出了一种基于最小二乘(Least Square,LS)估计的修正的SMI杂波抑制方法,该方法通过最小二乘方法估计得到杂波协方差矩阵,并以此修正常规SMI算法。仿真表明:与平面阵相比圆柱形共形阵的非均匀引起了杂波自由度的大幅增加,较传统算法具有较强的非均匀杂波抑制能力,且运算量不随系统维数的增加而上升。     

非正侧视阵机载雷达杂波抑制算法研究

非正侧视阵机载雷达的空时二维杂波谱随距离的变化而变化,即在距离维是非均匀的,因此不能直接由邻近距离单元估计杂波协方差矩阵。为了解决这种由距离依赖性引起的杂波特别是近程杂波的非均匀问题,该文对多普勒频移算法进行了改进,将经过多普勒频移补偿后的数据转换到阵元-多普勒域,在多普勒域进行空间频率补偿,提高其在主杂波区的性能。改进算法既充分利用了原算法简单,易于实现的特点,又克服了原算法在大偏航角下性能下降的缺陷,仿真结果验证了该算法的有效性。     

机载相干MIMO雷达杂波自由度估计研究

针对任意发射波形合成结构影响下的机载相干MIMO雷达杂波自由度的估计问题。论文提出了一种机载相干MIMO雷达杂波自由度估计的构造法,该方法利用发射波形合成结构直接构造等效矩阵代替杂波协方差矩阵进行求秩。通过递推分解等效矩阵,提出并证明了一种杂波自由度快速估计准则,建立了机载相干MIMO雷达发射波形合成结构、阵列稀布构型与杂波自由度之间的定量关系。研究表明:该方法和准则能够准确预测任意发射波形合成结构下的机载MIMO雷达的杂波特征谱结构。该理论既保证了降秩STAP算法性能的最优又具有较小的计算量,并为最优发射波形合成方案和MIMO STAP算法的设计提供了依据。     

基于截断核范数正则化的协方差矩阵估计

非均匀杂波环境导致机载雷达用于协方差矩阵估计的样本不足。本文提出了一种基于截断核范数正则化（Truncated Nuclear Norm Regularization, TNNR）的协方差矩阵估计算法以满足小样本条件下机载雷达空时自适应处理（Space Time Adaptive Processing, STAP）应用。本文利用TNNR确保所估计杂波协方差矩阵（Clutter Covariance Matrix, CCM）的低秩特性,并将NP-hard问题转换为凸优化问题。不同于常规的秩最小化算法,如核范数松弛方法,本文所提出的TNNR算法仅最小化与矩阵的秩无关的较小奇异值的和,可以更加准确地约束矩阵的秩。在此基础上本文还利用CCM的块Toeplitz结构先验信息,可确保在连续域上进行信号建模,有效避免网格点失配问题。仿真结果表明本文所提出的算法在小样本条件下可更加准确地估计CCM且STAP性能更优。     

机载雷达平面阵前视杂波距离依赖性补偿

机载前视阵雷达下,杂波具有距离依赖性,杂波脊有明显的展宽,这会影响杂波协方差矩阵的估计,并降低杂波抑制的效果。自适应角度多普勒补偿(A2DC)算法通过估计训练样本杂波频率特性,对杂波进行自适应补偿,从而改善杂波抑制性能。但是,当天线阵元数与积累脉冲数较少时,该算法有较明显的性能衰减。文中利用平面阵俯仰维的阵元数据信息,对估计得到的杂波频率取统计平均,增加了A2DC算法可用样本数,使得估计的杂波频率信息更精准,杂波补偿效果更好,仿真结果证明了该算法的有效性。     

基于最大似然估计的机载双基地雷达距离模糊杂波抑制方法

针对存在距离模糊情况下机载双基地雷达杂波抑制的难题,本文分析了存在距离模糊时机载双基地雷达的杂波特性,提出了一种基于最大似然估计的机载双基地雷达距离模糊杂波抑制方法.该方法首先通过最大似然估计对训练样本所包含的各个模糊距离环的杂波幅度进行估计,然后通过非均匀采样重构待检测距离门及其模糊距离环的杂波数据,再由重构的杂波数...     

基于CMT技术的非正侧面阵机载雷达杂波抑制方法研究

非正侧面阵机载雷达杂波谱与正侧面阵机载雷达杂波谱的主要区别在于它的杂波二维谱图随距离的变化而变化,杂波自由度相对增加,造成常规的统计型STAP杂波抑制方法不再适用.本文通过对非正侧面阵机载相控阵雷达杂波的分布进行详细的分析和研究,提出了一种基于CMT技术的非正侧面阵机载相控阵雷达杂波抑制方法.仿真结果表明了本文方法的有效性.     

基于稀疏贝叶斯学习的机载双基雷达杂波抑制

机载双基雷达杂波与构型有关且具有严重的距离依赖性,因此杂波脊复杂多变,独立同分布(IID)的样本很少。传统的空时自适应处理(STAP)方法受独立同分布样本数的限制,对机载双基雷达杂波的抑制性能有限。基于机载雷达杂波在角度-多普勒域分布的稀疏特性和稀疏贝叶斯学习(SBL)在稀疏信号重建方面的优势,该文将SBL算法应用于较为复杂的机载双基雷达双动模式下杂波抑制,该方法可以用少量训练单元杂波估计待测距离单元的杂波协方差矩阵(CCM),然后进行空时自适应处理;同时,该算法不需要样本独立同分布,在双基双动模式下对杂波的抑制性能较好,仿真结果验证了算法的有效性。     

A new method to compensate clutter range dependence for forward looking airborne radars

The clutter direction-Doppler curves are not aligned on the near range bins for forward looking airborne radar. As a result, the performance of clutter suppression by Space-Time Adaptive Processing (STAP) degrades greatly because of the clutter range dependence. To deal with this problem, a new compensated method is proposed in this paper. The method rebuilds the clutter covariance matrix based on spatial high resolution Minimum Variance Distortionless Response (MVDR) spectrum, and then finds a matrix to transform the covariance matrix of short-range gate to the referred far-range gate. The method can compensate the clutter range dependence well. The simulation results show validity of the method.     

基于多帧观测联合感知的空时自适应处理

在机载雷达体制中,空时自适应处理STAP(Space-Time Adaptive Processing)可有效抑制杂波并显著提高雷达对慢动目标的检测性能.但是在非均匀环境中,缺乏独立同分布的训练样本会使STAP性能严重下降.针对这个问题,本文提出一种基于多帧观测联合感知的空时自适应处理方法.该方法交替发射正交信号和普通的相控阵信号.检测前,通过当前及先前的环境回波感知观测场景获取杂波信息;检测时,先利用杂波信息结合平台参数及系统参数估计杂波协方差矩阵,再将估计的协方差矩阵与样本协方差矩阵进行组合以构造空时滤波器,抑制杂波,提高输出信杂比.仿真结果表明,与现有的知识辅助类STAP算法和降维算法相比,该方法在缺乏准确先验知识的情况下,可以有效地抑制非均匀杂波.     

机载双基地STAP的OP-DW预处理算法及其性能研究

距离模糊杂波和杂波数据样本距离非均匀对机载双基地雷达杂波STAP性能影响严重,文章提出了一种正交投影-多普勒频移算法以实现模糊杂波抑制和非均匀性补偿.该算法首先基于待检测距离环杂波空间和时间多普勒频率信息构造空间和时间投影矩阵,重构杂波数据,消除模糊杂波,然后利用多普勒频移对杂波样本间距离非均匀性进行补偿.仿真表明:该...     

Joint space-time interpolation for distorted linear and bistatic array geometries

This paper presents a new joint space-time interpolation technique (STINT) to improve the small sample support performance of space-time adaptive processing (STAP) with distorted linear monostatic arrays and linear bistatic array configurations. Brennan's rule for the space-time clutter covariance matrix rank is extended to monostatic linear arrays with arbitrary intersensor spacing, distorted linear arrays and bistatic geometries. It is shown that both distortion in the array geometry and bistatic operation increase the clutter rank and cause the space-time clutter covariance matrix to become range dependent. This results in lower output signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) for the same number of adaptive degrees of freedom and reduced available sample support. This motivates the development of the STINT technique aimed at compensating for the clutter rank inflation, while also making the clutter statistics appear more stationary across range. More specifically, a linear transformation is designed that maps the received clutter across space and time to that which would be received by a "virtual" monostatic side-looking ULA. By mapping the data to form a reduced rank clutter covariance matrix, fewer snapshots are needed for a statistically stable matrix inversion as required in STAP, thereby improving the short observation time performance. Simulation results for a typical airborne radar scenario indicate up to 10-dB SINR improvement can be obtained using STINT with limited sample support.     

一种稳健的共形阵机载雷达杂波抑制方法

针对共形阵机载雷达的杂波抑制问题,提出了一种稳健的空时自适应处理(STAP)方法.该方法首先将待检测距离单元中所含的目标信息剔除,然后利用自回归(AR)模型来描述该单元杂波特性,最后通过求取AR模型系数得到待检测距离单元中杂波正交子空间来对消杂波.该方法不受雷达工作模式影响,适用于任意形状的阵列天线,且不存在干扰目标问...     

机载非正侧阵雷达自适应子空间方法

机载非正侧阵雷达使杂波具有距离非平稳特性且传统的空时自适应方法性能下降严重。为了解决这个问题,该文提出一种自适应的子空间方法。该方法首先利用曲线拟合估计构型参数,然后利用估计的构型参数计算杂波子空间,最后将数据向杂波子空间对应的正交补空间进行投影来抑制杂波。仿真实验结果表明,该方法可以取得较好的参数估计精度与杂波抑制性能。     

对运动目标约束的机载前视阵雷达杂波谱补偿方法

在机载前视阵雷达中,由于地面杂波存在距离依赖性,使得杂波协方差矩阵估计不准确,进而导致空时自适应处理(STAP)的杂波抑制性能严重下降。基于配准的杂波补偿方法(RBC)能够有效地对地面杂波的距离依赖性进行补偿,但当杂波数据中含有运动目标时,使用该方法对杂波补偿后,包含在杂波中的运动目标信息会在空时平面散开,导致其无法被检测。针对上述问题,提出一种运动目标约束的杂波补偿方法,即在基于配准的方法中,根据运动目标与杂波的多普勒频率不同来添加运动目标约束保护。计算机仿真结果表明:该方法不仅能够降低杂波距离依赖性,而且可以有效地对运动目标信息进行保护。     

Study on Clutter Model and Characteristics of Airborne Radar with Parabolic Conformal Phased Array

The studies on clutter modeling and suppression of airborne radar with a parabolic conformal array are uncommon due to the complexity of this type of antenna array configuration. The correct understanding of clutter characteristics for airborne radar with a parabolic conformal antenna array is the prerequisite and foundation of optimal suppression of this type of clutter. This paper establishes the model of clutter echo of airborne parabolic conformal phased array radar and analyzes the structure characteristics and the distribution features of this type of clutter. The simulation results show that this type of clutter has the following characteristics: 1) The main lobe on the azimuth is seriously broadened, 2) the power spectrum presents strong heterogeneity, and 3) the freedom degrees are high. Based on the existing related clutter suppression methods, we verified the correctness of the constructed clutter model. This work has an important guidance to further study on clutter suppression methods in airborne parabolic conformal array radar.     

基于空时自适应处理的低空风切变风速估计方法

针对机载气象雷达在探测低空风切变时,有用信号会淹没在强杂波背景中的问题,该文提出一种基于空时自适应处理(STAP)的低空风切变风速估计方法。该方法首先利用空时插值原理校正机载前视阵地杂波的距离依赖性,获得多个独立同分布(IID)样本后估计地杂波协方差矩阵,然后构造适用于分布式低空风切变目标的空时自适应处理器,在自适应抑制地杂波的同时积累低空风切变信号,最终实现风场速度的精确估计。仿真结果表明,在高杂噪比、低信噪比的情况下,该方法可有效地自适应抑制地杂波并精确地估计风场速度。     

机载双基地雷达距离模糊杂波抑制方法性能研究

首先建立了机载双基地雷达的杂波模型,然后分析了机载双基地雷达存在距离模糊时的杂波谱特性,随后对机载双基地雷达存在距离模糊时典型补偿方法的空时自适应处理性能进行了仿真和分析,得出了一些有益的结论。该结论可为进一步有效解决机载双基地雷达存在距离模糊时面临的杂波非均匀问题提供参考。     

一种稳健的机载面阵雷达非均匀杂波抑制方法

在非均匀杂波和密集目标环境下,由于没有足够的独立同分布(IID)训练样本,传统空时自适应处理(STAP)方法的杂波抑制性能严重下降。针对以上问题,该文提出一种对阵元误差稳健的机载面阵雷达非均匀杂波抑制方法。该方法首先根据雷达系统参数先验知识构造杂波表示基矩阵。然后在考虑阵元误差的情况下,基于最小二乘准则迭代地估计杂波表示系数和阵元误差,最后利用估计得到的最优杂波表示系数和阵元误差直接在阵元脉冲域进行杂波对消。该方法无须估计待检测单元统计特性;没有孔径损失;不需要训练样本;即使在距离模糊情况下也能有效地抑制密集目标环境下机载面阵雷达回波数据中的非均匀杂波。仿真结果验证了该文方法的有效性。