机载雷达提高低速目标检测性能的空时处理方法研究

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在现代战争中,机载雷达在探测远距离低空目标、产生精确的预警情报信息方面发挥着重要作用。可是,在机载雷达目标检测的过程中,不可避免地会受到地杂波的影响,且由于载机相对地面运动,不同方向的地杂波相对于载机会有不同的径向速度,使得地杂波在多普勒域上展宽,给目标检测带来困难。空时自适应处理(Space-Time Adaptive Processing,STAP)作为一种成熟的杂波抑制方法,可以在二维空时平面上形成与杂波相匹配的凹口来有效抑制杂波。然而,如果目标速度较小,则不具有较大的多普勒频移进入旁瓣杂波区,主瓣杂波被抑制的同时会伴随目标信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)较大的损失,可能导致目标无法检测。因此,提高低速目标的检测性能是一个亟待解决的问题。本文以最小可检测速度(Minimum Detectable Velocity,MDV)为衡量指标,分别在单基雷达和双基雷达的模型下,围绕提高低速目标检测性能的STAP方法展开研究。论文的主要内容如下:1.研究了机载雷达最小可检测速度的改善方法。针对目标角度未知,波束位置固定无法获得较低的MDV的问题,提出了一种利用密集偏扫来降低MDV的方法。该方法通过接收波束偏扫或发射波束、接收波束同时偏扫,提高多普勒滤波器对目标的搜索精度,改变目标在主瓣中的相对位置,降低目标进入旁瓣杂波区所需的径向速度从而降低MDV,提高低速目标的检测性能。2.研究了利用软约束和形成多波束来提高失配目标增益的方法。针对偏扫后目标增益下降,只约束波束中心不能有效覆盖失配目标速度和角度的问题,提出了两种解决方法。一种是在目标位置增加软约束条件使得目标增益保持在一定范围内。另一种是在一定波束宽度内形成多个波束,通过多组权矢量进行处理,从而提高目标增益,改善MDV。3.研究了利用双基模式改善MDV的方法。为了获得适当的飞行间距,两架载机不仅要在沿航向上分开,也要在高度上分开,形成了混合基线。混合基线下两个平台位置不同会出现杂波距离-多普勒(Range-Doppler,R-D)单元不对齐和杂波信号去相关的问题。针对该问题提出了一种先利用插值挪动对齐杂波R-D单元,再利用距离向预滤波提高杂波相关性,最后进行空时处理的双基模式改善MDV 的方法,简称为 MP-STAP(Moving and Prefiltering-Space-Time Adaptive Processing)方法。本文对这些方法的原理与步骤进行了详细阐述,并通过仿真实验验证了其有效性。
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