MIMO雷达杂波抑制与信号积累补偿研究

发布时间：2019-09-07 09:31

【摘要】：杂波抑制和长时间积累的相关技术和算法一直是雷达研究的热点,受到国内外众多研究机构和从业人员的高度重视,MIMO(multiple input multiple output)雷达作为一种新体制雷达,在目标检测等诸多方面都比传统雷达更具有优势。本文在MIMO雷达的体制下,讨论了机载MIMO雷达中的空时自适应处理(space-time adaptive processing,STAP)和长时间积累两个方面的理论与算法,本文的主要工作和贡献如下:(1)提出了一种新的降维STAP处理方法。陆基雷达可以通过一维多普勒滤波将回波信号中的目标与地杂波分离开,但对于机载雷达,由于其地杂波回波呈现出空时二维特性,必须使用STAP处理技术才能在抑制杂波的同时又很好地保留住目标信号。本文通过分析和仿真发现,一些经典的降维STAP方法在检测速度较高时,其处理的输出信杂噪比(signal clutter noise ratio,SCNR)曲线容易出现下降的现象,说明此时的处理性能有所恶化。为了提高这种情况下的处理性能,本文提出一种新的降维STAP处理方法,该方法根据各个数据通道与当前检测通道的幅度和相位的关系来选择辅助数据通道,仿真结果表明这种新的方法可以在高速区有效提高处理输出的SCNR曲线。(2)研究了三类方法在干扰环境中的杂波和干扰信号抑制性能。在实际的工程应用方面,环境中往往不仅仅存在杂波和噪声,还存在某些干扰信号。本文首先介绍了两种常见的压制性干扰信号并对其进行了仿真,然后引入了自适应旁瓣对消(adaptive sidelobe cancellation,ASLC)技术和两级降维STAP处理方法,并对比了这两种方法的优缺点。通过对比发现,两级降维STAP处理方法在抑制干扰时避免了影响ASLC技术抑制干扰性能的诸多因素,其计算量也小于ASLC技术,最后的仿真结果说明当ASLC对消处于非理想情况下时,两级降维STAP处理方法的性能要优于ASLC技术。(3)理论分析了MIMO雷达阵列幅相误差对STAP处理性能的影响。在实际工程应用中,由于制作工艺和热噪声等因素的影响,不可能实现阵列的完全校正,雷达阵列的阵元位置误差、幅相误差、频率误差及阵元耦合等非理想因素往往难以避免,而这些非理想的因素又将严重影响MIMO雷达的STAP处理性能。本文首先给出了存在幅相误差时的回波信号协方差矩阵,并绘制了不同幅相误差条件下回波协方差矩阵的特征值谱,该谱给出了不同幅相误差条件下回波协方差矩阵特征值的变化规律;然后结合基本的广义旁瓣对消(generalized sidelobe canceling,GSC)原理,推导了MIMO雷达阵列存在幅相误差时的STAP处理输出曲线的表达式,并通过仿真证明了该式的正确性;同时,通过对比MIMO雷达和相控阵(phased array,PA)雷达在相同幅相误差下的SCNR输出比较了两种体制雷达对幅相误差的敏感性,仿真结果表明,PA雷达受幅相误差的影响比MIMO雷达更严重,对幅相误差更加敏感。(4)提出了一种基于发射信号预处理的包络移动补偿方法。由于传统雷达的发射波束较窄,难以实现对高速目标跨波束走动的跟踪和补偿,因此现有的积累补偿算法都是针对跨距离单元和跨多普勒单元这“两跨”的。本文首先建立了运动目标的“两跨”模型;然后介绍了现有的一些补偿算法并分析了这些算法的优缺点;最后提出一种基于发射信号预处理的包络移动补偿方法。该方法可用于高空高速平台所搭载的雷达对低空低速目标进行检测,其基本处理思路为:在雷达发射端对信号进行尺度变换,可以有效校正运动目标的跨距离单元走动,通过分析发现,这种补偿方法具有较好的速度容忍性。(5)研究了对运动目标“三跨”走动的补偿。在长时间积累的研究中,主要考虑对运动目标跨距离单元走动、跨多普勒单元走动和跨波束走动的“三跨”进行补偿,但是由于传统雷达受工作体制所限,不能对高速目标的跨波束走动进行跟踪和补偿,而MIMO雷达发射的宽波束可以覆盖整个感兴趣的空域,这就为实现对高速目标的有效跟踪并补偿其跨波束走动提供了条件。本文在MIMO雷达的体制下,推导了运动目标的“三跨”模型,分析了其“三跨”走动的特点,并结合预处理方法和经典的运动补偿方法进行了补偿,仿真结果证明了所选方法在“三跨”补偿方面的有效性。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN957.51
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本文编号：2532947