基于SA-MUSIC理论的联合稀疏恢复STAP算法

基于子空间扩展多重信号分类(SA-MUSIC)理论对杂波空时二维谱进行联合稀疏恢复,实现小样本情况下空时自适应处理(STAP)性能的显著提升.首先,提出空时导向矢量相关性模型,利用该模型分析杂波在空时二维平面上的稀疏本质,解释用部分空时导向矢量近似整个杂波子空间的合理性.其次,提出基于SA-MUSIC理论的联合稀疏恢复STAP算法(SA-MUSIC-STAP),该算法仅需极少训练样本便可实现对杂波协方差矩阵的准确估计,并实现有效的杂波抑制.仿真实验验证了SA-MUSIC-STAP算法的有效性.     

一种基于联合稀疏恢复的空时自适应处理方法

基于杂波谱稀疏恢复的空时自适应处理(STAP)技术可显著降低对训练样本的需求,因此适用于非均匀杂波环境。然而,现有杂波谱稀疏恢复STAP 方法均是基于单样本恢复或多样本分别独立恢复后联合处理,并没有同时利用多个样本中的信息,而且恢复性能易受噪声影响。针对上述问题,该文提出一种基于杂波子空间的联合稀疏恢复STAP 方法。该方法可充分利用多个训练样本中的杂波信息对杂波谱进行恢复,并在噪声环境下具有稳健的杂波抑制性能。仿真实验结果验证了所提方法的有效性。      

基于原子范数的无网格稀疏恢复非正侧视阵空时自适应处理算法

基于杂波谱稀疏恢复的空时自适应处理(STAP)方法可以显著降低对杂波样本数的要求,十分适合缺少样本情况下的机载雷达杂波抑制.然而,现有稀疏恢复STAP方法利用离散化空时导向矢量字典进行重构,在非正侧视阵情况下,由于杂波脊不在字典网格点上,字典失配问题严重影响杂波抑制性能.针对上述问题,该文提出了一种基于原子范数的无网格稀疏恢复空时自适应处理方法(ANM-STAP),利用低秩矩阵恢复理论实现连续空时平面的稀疏恢复,克服了稀疏恢复中的字典失配问题,获得了非正侧视阵情况下的高分辨率杂波空时谱,有效提高了STAP杂波抑制性能.Monte Carlo实验证明,该文方法STAP处理性能在非正侧视阵情况下优于已有字典离散化处理的稀疏恢复STAP方法.     

基于原子范数的无网格稀疏恢复非正侧视阵空时自适应处理算法

基于杂波谱稀疏恢复的空时自适应处理(STAP)方法可以显著降低对杂波样本数的要求,十分适合缺少样本情况下的机载雷达杂波抑制。然而,现有稀疏恢复STAP方法利用离散化空时导向矢量字典进行重构,在非正侧视阵情况下,由于杂波脊不在字典网格点上,字典失配问题严重影响杂波抑制性能。针对上述问题,该文提出了一种基于原子范数的无网格稀疏恢复空时自适应处理方法(ANM-STAP),利用低秩矩阵恢复理论实现连续空时平面的稀疏恢复,克服了稀疏恢复中的字典失配问题,获得了非正侧视阵情况下的高分辨率杂波空时谱,有效提高了STAP杂波抑制性能。Monte Carlo实验证明,该文方法STAP处理性能在非正侧视阵情况下优于已有字典离散化处理的稀疏恢复STAP方法。     

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.     

稀疏恢复空时自适应处理技术研究综述

相较于传统空时自适应处理（STAP）技术,稀疏恢复（SR）STAP技术在小样本条件下杂波抑制性能显著提升,因此适用于现实非均匀杂波环境.本文首先阐述了SR STAP基本原理,分析了机载雷达杂波空时稀疏特性;然后总结了SR STAP发展历史与现状,并在此基础上针对其相关科学问题进行了探讨,包括：空时谱估计还是杂波抑制、单观测样本还是多观测样本、白化还是置零、重构算法参数依赖还是不依赖、非平稳杂波下是否适用及干扰条件下是否可行;最后给出了当前SR STAP技术走向实用化过程中所面临的关键问题,即网格失配和空域误差影响,并分别讨论了无网格压缩感知和字典自校正的解决途径.     

一种利用双先验知识的稳健STAP算法

空时自适应信号处理（Space-Time Adaptive Processing, STAP）技术在空域和时域上联合地自适应抑制杂波,以实现对动目标检测。稀疏恢复空时自适应处理方法（Sparse Recovery STAP, SR-STAP）由于利用了杂波谱的稀疏性先验知识,可以缓解在机载雷达在非均匀环境下训练数据不足时,杂波抑制效果性能显著下降的问题。尽管SR-STAP只需要少量样本即可恢复出杂波谱并重构杂波协方差矩阵（Clutter Covariance Matrix, CCM）,其重构性能仍然受到训练样本数量的制约,当增加训练样本数量时,杂波谱恢复精度具有进一步提升的潜力。另一方面,当机载雷达的接收阵列为等间隔均匀线阵并且系统在一个相干处理间隔中脉冲重复频率恒定时,CCM可具有斜对称特性。该先验知识若被充分利用,可以将等效训练样本数量扩展为原来的两倍。本文将CCM的斜对称特性结合入SR-STAP的框架中,提出了一种稳健的SR-STAP算法,该算法同时利用CCM的斜对称特性和杂波谱稀疏性两种先验知识,能够在相同训练样本量下进一步提升杂波谱的恢复精度和CCM的估计精度。算法首先利用斜对称变换矩阵对从待检测单元中的数据和训练样本进行预处理,将等效训练样本数量扩展至原来的两倍;随后结合预处理后训练样本和一种协方差稀疏迭代算法,实现对CCM的准确重构并设计相应STAP滤波器。算法无需设置超参数,实际应用中易于操作。仿真结果表明,新算法能够有效提升杂波谱恢复的准确度,具有较好的杂波抑制性能。      

稳健的基于参数化协方差矩阵估计的空时自适应处理方法

参数化协方差矩阵估计（Parametric Covariance Matrix Estimation,PCE）方法利用雷达系统参数估计杂波协方差矩阵（Clutter Covariance Matrix,CCM）,显著提升非均匀环境下空时自适应处理（Space-Time Adaptive Processing,STAP）的性能;但是在系统参数和杂波分布存在误差情况下,性能下降严重.本文提出一种稳健的基于PCE方法的STAP杂波抑制方法.首先利用稀疏恢复方法与Radon变换估计杂波分布,然后提出一种归一化广义内积统计量修正杂波的分布,最后利用PCE方法估计CCM并进行STAP杂波抑制.通过分析舰载高频地波雷达仿真和实测数据处理结果表明：所提方法的稳健性大幅提升,相比稀疏恢复STAP方法和前后向空时平滑STAP方法滤波器凹口更加准确且更深,在有效抑制杂波的同时更利于慢速目标的检测.     

基于三维原子范数的机载MIMO雷达STAP算法

针对机载多输入多输出（MIMO）雷达空时自适应处理（STAP）使用稀疏恢复技术时存在的格点失配问题,提出了一种基于三维原子范数的机载MIMO雷达STAP算法。该方法利用杂波空时谱在角度?多普勒域上固有的稀疏性,根据低秩矩阵恢复理论构造了基于三维连续原子集的MIMO雷达杂波信号稀疏恢复模型,避免了稀疏恢复中的格点失配问题,实现了杂波空时谱的高分辨率估计,有效提高了机载MIMO雷达STAP杂波抑制性能。仿真实验表明,本文方法在存在格点失配情况下的MIMO雷达STAP处理性能优于已有的基于字典网格的稀疏恢复方法和二维原子范数方法。     

基于非线性回归的杂波重构STAP方法

空时自适应处理(STAP)相较于传统的脉冲多普勒雷达信号处理,扩展了信号的处理维度,使得杂波和目标在空时联合域得以区分。基于稀疏表示理论和杂波谱的稀疏性,稀疏恢复STAP(SR-STAP)实现了小样本条件下的杂波抑制。针对SR-STAP方法存在未知偏航角时性能下降的问题,提出了一种基于非线性回归的杂波重构STAP方法。首先,基于SR杂波谱,以离群度为收敛目标迭代地剔除脊外散点,并进行坐标加权的非线性回归,实现杂波脊模型参数的精确估计;然后,基于一次筛选的结果,再次通过非线性回归的方法精确估计杂波谱;最后,基于以上的估计结果完成杂波的重构和抑制。仿真结果验证了该杂波重构STAP方法的有效性,且相较于现有STAP方法,取得了更优的空时频率响应和SINR损失,有效提高了杂波抑制和动目标检测的性能。     

机载雷达的预滤波直接数据域算法

空时自适应处理(STAP)作为一种地杂波环境下机载雷达自适应检测小目标的方法已得到广泛研究,干扰非一致性是当前的一个重要方面。由杂波脊外的强干扰(或目标)引起的分立非一致性是市区和尖峰状杂波环境下STAP性能下降的主要原因。利用级联算法得到的自适应权可用于STAP干扰的分立非一致性问题。该方法由一个直接数据域算法和一个统计自适应算法级联构成。该文提出一种带杂波衰减预滤波器的直接数据域算法来增强算法对分立非一致干扰的抑制,从而提高了STAP对付分立非一致干扰的性能。     

基于俯仰维信息的机载雷达非均匀杂波抑制方法

 针对机载雷达天线非正侧放置导致的非均匀杂波抑制问题,从利用阵面俯仰维信息的角度出发给出了一类解决方法.本文首先分析了机载雷达阵面非正侧放置情况下待检测距离单元的杂波构成,得到由俯仰副瓣引入的近程杂波是导致杂波非均匀的关键因素这一结论;然后给出了利用俯仰自适应波束形成级联两维空时自适应处理(2D STAP)方法来抑制非均匀杂波,同时从本质上阐述了俯仰-方位-多普勒3D STAP方法在非均匀杂波环境下具有良好杂波抑制性能的内在机理.最后通过仿真验证表明,利用俯仰维信息类STAP方法在非正侧阵导致的非均匀杂波环境下具有良好的杂波抑制性能.     

Space-time adaptive processing for manoeuvring airborne radar

Space-time adaptive processing (STAP) techniques provide simultaneous rejection of jamming and clutter in airborne radar. The greatest benefits over conventional MTI (moving target indication) approaches are in terms of a capability to detect slow-moving targets which possess the same Doppler frequency as mainlobe clutter returns. This paper examines the effects of platform manoeuvre on STAP clutter and jamming rejection performance for a forward-facing array (i.e. where the array is orientated transversally to the direction of travel). It is shown that STAP slow-target detection performance is not sensitive to the radar platform orientation. It is also demonstrated that, under conditions of manoeuvre, STAP can provide better jammer rejection performance than architectures which cascade conventional clutter filtering and spatial adaptive beamforming     

一种稳健的非均匀杂波协方差矩阵估计方法

在非均匀环境下,针对传统样本挑选、样本加权等方法由于数据利用率低导致独立同分布训练样本不足的问题,该文提出一种在空时2维谱平面联合距离维逐空-时频点谱估计与滤波的协方差矩阵估计方法。该方法根据杂波和目标在距离-空时2维谱平面的分布特性,逐点频估计待检测单元杂波谱,并采用中值滤波方式消除目标污染对地物杂波谱估计的干扰;最后重构无空时孔径损失的杂波协方差矩阵。仿真结果表明,相比于传统非均匀统计STAP方法,所提的距离-空时2维谱滤波方法能够在样本数不足时有效缓解目标信号污染、离散地形杂波或孤立干扰引起的STAP性能下降问题。     

机载MIMO雷达空时自适应处理技术研究进展

MIMO雷达作为一种新体制雷达,具有诸多优点和广泛的应用领域,引起了国内外军事界和学术界的极大关注。空时自适应处理(STAP)主要目的为抑制地杂波,进行地面动目标显示(GMTI)。如今,这项技术又被进一步推广到MIMO雷达系统中,MIMO雷达STAP迅速成为国际雷达界的一个研究热点。该文详细阐述了MIMO- STAP的引入及重要意义,对杂波建模、杂波自由度(DOF)分析、降维(秩)处理、有源干扰与杂波的同时抑制、非均匀杂波环境处理等方面主要研究情况进行综述,并对未来MIMO-STAP技术的发展方向进行了展望。      

空时误差情况下的STAP方法性能分析

空时自适应处理（Space-Time Adaptive Processing,STAP）技术可以实现对机载雷达杂波的有效抑制,显著提高机载雷达对运动目标的检测性能。但在实际工程应用过程中,STAP技术不可避免地会受到各种空时误差的影响,导致其性能严重下降。本文首先给出了各种空时误差的数学模型,然后从目标导向矢量失配和杂波自由度增加两方面系统分析了误差影响STAP性能的内在机理,并以信杂噪比（Signal to Clutter plus Noise Ratio,SCNR）损失为指标分析了不同误差对STAP性能的影响,最后通过仿真实验对相关分析进行了验证。本文工作量化了不同误差对STAP性能的影响程度,可为机载脉冲多普勒雷达空时误差补偿提供重要的理论支撑。      

机载非正侧视阵知识辅助STAP方法

机载非正侧视阵的近程杂波具有严重的距离依赖性,在距离模糊条件下,现有的空时自适应处理(Space-Time Adap-tive Processing,STAP)算法难以对其进行有效抑制,为此提出了知识辅助的STAP处理方法。通过使用新的样本选择策略,以及改进的针对近程杂波的知识辅助协方差矩阵模型,该方法在处理非正侧视阵近程杂波时的性能接近最优,远高于一般的基于样本估计协方差矩阵的方法,并克服了缺少训练样本的问题。仿真结果证明了该方法的有效性。