基于stap机载雷达运动目标检测技术的的研究

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1、基于STAP的双基雷达运动目标检测技术研究一、空时自适应处理在机载雷达中，由于载机平台的运动，处于不同波束角度的反射体的回波包含不同的多普勒频移，杂波回波的多普勒频谱宽度决定于雷达平台速度、天线波束方向及宽度。传统的杂波消除手段将多普勒频率作为区分目标和杂波的唯一标准，并通过直接滤除多普勒频谱中杂波回波占据的频带而实现杂波消除。而雷达运动引起的杂波频谱展宽，使得杂波可能与运动目标的频谱重叠，在滤除杂波的同时会将目标也滤除了。空时自适应处理(STAP)是非常有效的杂波消除和运动目标检测手段。STAP将杂波回波看做在方位角度(空间)和多普勒频率(时间)平面上的二维分

2、布的信号，它能根据杂波回波在空时平面的分布，自适应地调整二维空时滤波器响应，补偿平台运动引起的多普勒频谱展宽，最大限度地自适应杂波，并在空时平面内留下充足的自由空间用于运动目标检测。1、空时信号模型空间维：图1为机载阵列雷达的空间几何关系图。不失一般性，可假设雷达平台向沿x轴方向运动，并假设z轴方向为0。方位方向。图中口为高度角，Rs为斜距，Rg为地距，φ为方位角，vp为平台速度。图1机载阵列天线的几何关系先忽略平台运动造成的影响，来考察相对于阵列中心O的坐标为xi、yi和zi的某一传感器。该传感器接收到来自地面某一散射体的信号，它相对于阵列中心的相位移动为（1

3、）其中N为阵列元素的个数。接收信号经过解调和匹配滤波后应为（2）其中θ=arcsin(H/Rs)，且Ar=squar(2Pr),Pr为接收功率，它与发射机功率、双程传播特性和散射体反射特性等雷达距离方程因子有关。为了方便仿真，可以用下式来表示传感器方向图（3）（4）其中，角度φ0和θ0表示传感器方向图的峰值方向。对于前视阵列水平视角φ0=0。，对于侧视阵列φ0=90。。而对于垂直方向的视角，可始终使φ0=0。。时间维：在脉冲多普勒雷达系统中，多普勒频率是通过观测发射机发射的相干脉冲串回波信号问相位差异而获得的。若发射信号为（5）其中T是脉冲重复间隔，M是发射脉冲

4、串的个数，ωc是载波角频率，E(t)是发射波形的包络，R[·]表示求取包络。T的倒数是脉冲重复频率fRF=1/T。因此，运动目标回波的接收信号(经过解调和匹配滤波)为（6）vr为目标相对于雷达的径向速度。如果E(t)表示的脉冲长度相对于T很短，则接收信号可以简化为（7）1．1杂波块回波信号在图1的几何配置中，地面某一静止散射体在天线相位中心的接收信号为（8）对于位于xi、yi、zi处的阵列单元，由于已经假定雷达平台沿x轴方向运动，则（9）对于等间距阵列有（10）其中dx，dy，dz分别是阵列在x，y，z轴方向上的间距。1．2运动目标的回波信号对于径向速度vrod

5、的运动目标，回波信号为（11）其中，目标径向速度vrod与目标-雷达间几何关系有关，还与目标速度和所处角度φi有关。一般而言，该式还应包含目标速度切向分量所构成的二次相位项。但如果距离很大且M很小，二次相位项可以忽略。如果在观测时间闻隔内目标方位角变化可以忽略，则目标速度vrod可以视为恒定不变的。当脉冲系列比较短的时候，我们可以这样近似。而当脉冲系列比较长的时候，特别是在合成孔径雷达应用中，我们必须考虑雷达和目标间的相对运动引起的雷达和目标间的几何关系的变化。在这种情况下，在不同的脉冲间隔内vr也是不断变化的。用于计算改善因子和功率谱的空时信号导向矢量s具有和

6、式（11）完全一样的形式。在计算改善因子和功率谱时，往往假定处理器和期望信号完全匹配，这样可以获得最优杂波抑制性能的最佳测度。因此，s既可以用作期望信号又可以用作空时匹配滤波器。空时导向矢量s可以进一步分解为波束形成器b和多普勒滤波器d（12）“”为Kronecker积。分解后，视向为φL的波束形成器为（13）分解后的多普勒滤波器又可以称为速度滤波器，为（14）2、最优空时自适应处理器最优空时自适应处理器即完全的自适应处理器，所谓完全(fully)是指在杂波抑制过程中，阵列单元数和回波脉冲数所决定的自由度被完全保留和利用；所谓自适应(adaptive)是指杂波抑

7、制是基于实际接收的杂波数据的，即基于杂波协方差矩阵估计的。自适应的杂波抑制技术可以补偿雷达系统的各种内在的系统误差。最优空时自适应处理器的推导过程及结果和第二章一维的最优波束形成器和最优多普勒滤波器完全二样，都是基于最大化SNR而进行的。最优空时自适应处理器为（15）S为导向矢量，即式（11），用于对所有可能的方位角度和多普勒频率进行搜索，可以将之表示为（16）它包含M个子矢量，每个子矢量即是一个空间维导向矢量，即式（13）。R为空时协方差矩阵，它是杂波、人为干扰和噪声协方差矩阵之和，即（17）空时协方差矩阵具有块状Toeplitz结构（18）子矩阵Rm，m=1

8、,…，M是M×N维空间协