机载相控阵雷达降维STAP研究

空时自适应处理（STAP）技术能够有效地抑制杂波，改善机载相控阵雷达检测目 标的性能。国内外对STAP的研究工作已经开展了20多年，最初的研究重点集中在 全空时域最佳检测理论和机载雷达杂波特性两方面。全空时处理虽然性能优越，但计 算量和设备量惊人，无法实时实现，后续的研究工作集中在对降维STAP算法的研究 上，目的是解决STAP在工程上实时实现的问题。一旦这一问题得到解决，将大大推 进STAP工程化的进程，这也是开展本文工作的主要目的。 目标检测是一个二元假设检验问题，在STAP滤波后如何进行恒虚警检测（CFAR） 的问题研究尚少，本文在第2章研究了广义似然比检验（GLRT）和自适应匹配滤波器 （AMF）这两种CFAR检测算法，讨论了它们与STAP的内在联系。结果表明，AMF 与GLRT检验统计量均可以用于STAP后的CFAR检测，在辅助样本数较大时，AMF 与GLRT性能相当，不过运算量要小些。 降维可以在空域、时域或时空联合域进行，无论在哪个域内进行，都可以等效成 对全空时数据矢量施以一个降维变换矩阵Qr，如果Qr与数据的特征结构无关，那么 这类降维处理器的结构预先也是固定的，如果Qr与数据的特征结构有关，即STAP 在特征子空间内进行，那么所选择的子空间不同，STAP性能也不一样。本文我们讨 论了降维STAP的一般原理，表明在处理器维数一定、辅助样本数有限的条件下，降 维处理的输出信杂噪比有可能接近甚至略优于全空时处理，因此实际的机载相控阵雷 达做适当的降维处理未必一定会带来整体性能的下降。 有两种基本的自适应处理结构，一种是直接形式的处理器（DFP），另一种是广义 旁瓣相消器（GSC）。通过一个特定形式的变换矩阵形成主支路和辅助支路，从而实现 DFP结构向GSC的等价转换。本文第4章我们讨论了DFP和GSC处理器之间的等 价转换关系，并且分析比较了不同形式的阻塞矩阵对STAP性能的影响。 基于特征空间作自适应处理，特别是降维自适应处理，便于探寻理论上的最佳方 案。本文第4章在GSC-CSM思想的基础上提出了DFP-CSM算法。仿真结果表明， DFP-CSM能够更快地接近全空时处理的性能，在同样的处理器维数下DFP-CSM性 能要好于GSC-CSM。在处理器维数限定的条件下，两种CSM方法均能够保证降维 引起的信杂噪比损耗最小，因此它们分别提供了GSC和DFP结构上特征空间内所有 降维处理方法的性能上界。 我们在第5章讨论了DFP结构上两种特征子空间降维方法，即最小功率特征对 消（MPE）和最小范数特征对消（MNE），这两种方法将权矢量约束在噪声子空间内， 从而能够对消与噪声子空间正交的杂波分量。我们从特征结构阐明了MPE，MNE和 CSM三种方法之间的内在关系，比较了它们的杂波抑制性能。文中我们提出用主分 11 －－WeWWeWHWmax Mubktk－WeW－ STAP Nf3L 量法和次分量法来降低MN’E和MPE运算量的思想。 无论降维与否，STAP总是在一个特定的空间内进行，同一个空间可以用不同类 型的基赫。即使维数相同，但如果所选的颜同，降维处理的性能也会大相径庭： 在不同的空间内，维数相同时降维处理的结果也有好坏之分。因此，降维处理首先要 卜铡的基，其次要对这组擞行优选．第6章我们提出了阻广义互相关系数优 选辅助基的准则，在波束－多普勒平面上通过仿真研究了辅助波束优先级别分布的规 律，结果表明优先级高的波束主要分布在与检测多普勒通道及聊近几个通道所界定 的垂直区域内。这一结论对进一步开展固定结构降维研究具有指导意义。 借助于一系列的变换矩阵可以实现维纳滤波器的多级分解，本文第7章重点讨 论了MWT的原理及其在降维STAP中的应用。MWT是一种新型的滤波器结构，在 滤波时，并不需要知道输人序列的协方差矩阵，只要估计各级的互相关矢量即可。与 GSC－CSM相比MWF的性能要好得多，与全维处理相比降维损失也不大。不过全维 处理时MWT的运算量娜于全空时处理，我们还研究了利用MWF进行脚时运算 量与降维程度之间的关系。 本文第8章我们提出了两级结构的降维方法，这种方法利用了杂波谱分布的先 验信息，降维分两晌行，即先用固定结构的预处理器进行降维，再级联其它降维STAP 算法。由于能够更btw效地使用系统自由度，与全维降维方法相比，在维数不大时不 仅性能有所提高，而且计算量小，因此是一种具有实用价值的处理器结构。 人们常用输出信杂噪比、改善因子、最小可检测速度和可利用的多普勒空间比例 这几种量度来评价STAP性能的好坏。然而它们只能从某个侧面反映宏观上的检测性 能。本文第9章提出了一种更具有工程价值的量度一一距离－速度杂波下可见度，用 这一量度可以评估雷达对不同距离和不同速度目标的检测性能。我们的研究对象是一 部更接近实际的L波段固态有源相控阵雷达。研究结果表明：虽然子阵数越多改善 因子越高，但在辅助样本数一定的前提下剩余杂噪功率和输出信杂噪比的分布规律并 不随子阵数增多而单调趋好。本章我们还提出了基于STAP的机载脉冲多普勒炉D)雷 达一