机载双基地雷达杂波仿真与抑制技术研究

摘要

双基杂波抑制和地面动目标检测是机载双基地雷达信号处理中的关键技术。与机载单基侧视阵雷达的地杂波不同，双基杂波是距离相关的，导致传统的空时自适应处理(STAP)技术的双基杂波抑制性能急剧下降。因此，研究出可抑制双基杂波距离非平稳的补偿方法或对距离相关性不敏感的双基STAP算法，具有重要的意义。 本文以机载双基地雷达的杂波模拟技术与杂波抑制技术为主要研究内容，工作包括有： 1．提出一种基于坐标系统变换的方法建立机载双基雷达的几何模型。该方法为任意双基场景建立了一个通用的几何模型，可准确地揭示机载双基雷达场景中杂波的时间与空间相关特性。 2．提出用球不变随机过程(SIRP)法为双基杂波建立精确的幅度统计模型和功率谱模型。同零记忆非线性(ZNML)法不同，该方法可独立控制杂波的幅度分布和功率谱。因此SIRP法适合用于描述在空一时域中具有复杂相关特性的双基杂波，以及可用于产生非高斯分布的双基杂波。 3．为了抑制双基杂波距离相关性对双基STAP性能的影响，提出一种非线性时变加权(NTW)方法。该方法可自适应地跟踪双基杂波特性在距离维上的非线性变化，同传统的多普勒弯曲(DW)法和角度-多普勒补偿(ADC)法不同，NTW无需事先知道杂波谱中心的角度和多普勒频率值。 4．研究了基于局域联合处理(JDL)算法的降维STAP双基杂波抑制技术，并提出了一种改进JDL算法，其空时数据域到角度-多普勒域的变换用角度-多普勒变换阵完成。避免了基于二维离散傅立叶变换的JDL算法要求天线为理想均匀线阵(ULA)，且阵元为各向同性的点传感器的苛刻要求。 5．研制了空时自适应双基杂波抑制系统，该系统验证了JDL-STAP算法的双基杂波抑制性能。实验结果满足设计要求，并显示了JDL算法用于抑制非平稳环境中的双基杂波的优势。

目录

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究概况

1.2.1机载双基地雷达地杂波模拟与仿真技术研究概况

1.2.2机载双基地雷达地杂波抑制技术研究概况

1.2.3非均匀杂波环境下的机载雷达STAP技术研究概况

1.3本文的主要工作

第二章 机载双基地雷达杂波特性

2.1机载单基地雷达杂波特性

2.1.1单基侧视阵配置

2.1.2单基正视阵配置

2.1.3机载单基地雷达杂波特性小结

2.2机载双基地雷达杂波特性

2.2.1机载双基地雷达配置场景的几何关系

2.2.2发射机或接收机静止的双基场景

2.2.3发射机和接收机独立运动的双基场景

2.3机载双基雷达杂波特性总结

2.4本章小结

第三章 机载双基地雷达杂波建模与仿真

3.1机载双基地雷达几何场景建模

3.1.1机载双基地雷达几何关系模型

3.1.2双基坐标系统变换法

3.1.3双基距离和单元的表示

3.1.4基于MCARM几何场景配置参数的仿真验证

3.2双基杂波的统计相关特性模拟

3.2.1双基杂波单元的网格映像法

3.2.2机载雷达杂波的统计分布与功率谱模型

3.2.3基于SIRP法的双基杂波模拟

3.2.4仿真结果

3.3机载双基地雷达空时杂波模型建模

3.3.1机载雷达空时信号采样原理

3.3.2空时二维杂波模型

3.3.3仿真结果

3.4本章小结

第四章 空时自适应处理及双基STAP技术

4.1机载雷达的杂波抑制技术

4.2空时自适应处理的基本理论

4.2.1STAP处理器结构

4.2.2最优STAP处理器

4.2.3最优STAP处理器的性能

4.2.4自适应权值的估计

4.2.5STAP存在的主要问题

4.3双基STAP技术

4.3.1距离平稳性对双基STAP性能的影响

4.3.2双基杂波距离非平稳的抑制技术

4.4本章小结

第五章 双基STAP的非平稳补偿技术

5.1多普勒弯曲

5.1.1多普勒弯曲法的原理

5.1.2基于DW法的双基STAP性能仿真

5.2角度-多普勒补偿

5.2.1角度-多普勒补偿方法的原理

5.2.2基于ADC法的双基STAP性能仿真

5.3非线性时变加权技术

5.3.1双基杂波的非线性变化特征

5.3.2导数更新法

5.3.3非线性时变加权技术

5.3.4运算量与样本支持问题

5.3.5基于时变加权方法的双基STAP性能仿真

5.4本章小结

第六章 降维双基STAP技术

6.1降维STAP的基本原理与结构

6.1.1STAP直接降维处理结构

6.1.2降维广义旁瓣对消结构

6.2降维的方法

6.2.1变换域法

6.2.2主分量法

6.2.3互谱度量法

6.3局域联合处理法

6.3.1基于DFT法的JDL

6.3.2基于变换阵法的JDL

6.3.3局域处理区域的选择

6.3.4JDL算法性能仿真

6.4本章小结

第七章 双基STAP杂波抑制系统的实现

7.1双基杂波抑制系统总体设计

7.2信号处理方案与实现

7.3双基杂波空时自适应抑制系统的实现

7.4双基杂波抑制结果分析

7.5本章小结

第八章 结论

致 谢

参考文献

攻博期间取得的研究成果