非均匀环境下自适应杂波抑制与目标检测方法研究
发布时间：2021-11-16 18:46
雷达最为基本的任务是判断场景中是否存在感兴趣的目标,完成这一任务的典型手段是发射电磁波信号并对接收回波进行信号处理。一般而言,接收回波中不仅包含感兴趣的目标信号,还包含场景中其他不感兴趣的散射体的回波和接收机热噪声。不感兴趣的散射体的回波统称为杂波,且目标常常淹没在杂波之中,因此在检测目标之前通常需要进行杂波抑制以提高目标的信杂比。杂波的统计特性经常是复杂多变的,为了有效地抑制杂波,需要采用自适应杂波抑制技术,通过实时地估计杂波的统计特性来设计自适应的滤波器。自适应杂波抑制技术通常需要一定数目的均匀训练样本来估计待检测样本的杂波统计特性,而实际环境往往是非均匀的。因此如何在非均匀环境中设计自适应的杂波抑制和目标检测方法是雷达领域的重要研究方向,本文正是围绕这一方向展开研究,主要内容概括如下:一、研究了非均匀环境对自适应杂波抑制和目标检测性能的影响。以空时自适应处理（Space Time Adaptive Processing,STAP）为例,分析了杂波散射强度非均匀、杂波谱非均匀以及训练样本中含有运动目标对该方法性能的影响。研究表明对性能影响最大的因素通常为训练样本中的类目标信号,即具...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
机载正侧视雷达系统示意图
国防科技大学研究生院博士学位论文具体表达式为x=Psx(2.29)其中Ps=IMNs(ss)1s表示和目标导向矢量s正交的投影矩阵。图2.2子孔径平滑原理对投影之后的样本x运用子孔径平滑技术获得多个子孔径样本之后，子孔径的杂噪协方差矩阵可以采样下式估计Rsub=∑MM1+1m=1∑NN1+1n=1zn,mzn,m(MM1+1)(NN1+1)(2.30)其中zn,m=[xn,m,···,xn+N11,m,···,xn,m+M11,···,xn+N11,m+M11]T表示第(m1)(NN1+1)+n个子孔径样本的回波数据。为了获得比较准确的杂噪协方差矩阵估计，通常要求训练样本的个数不少于系统自由度的2倍，即(MM1+1)(NN1+1)≥2M1N1。因此基于子孔径平滑的杂噪协方差矩阵估计方法是以牺牲自由度的方式换取训练样本数目的增加。2.3.3杂波特征谱杂波特征谱刻画的是杂噪协方差矩阵的特征值分布，从特征谱中可以看出杂波的能量分布以及杂波的自由度，也称为杂波秩。杂波秩定义为杂噪协方差矩阵中显著大的特征值的数目，是分析杂波特性的一个重要的统计量。当接收阵列为均匀线阵且PRF恒定时，不存在非理想因素的杂波秩近似满足[105]rcN+β(M1)(2.31)式中·表示下取整操作。非理想因素会使得杂波协方差矩阵去相关，进而导致杂波秩的上升。图2.3给出了非理想因素对杂波秩的影响，其中系统参数为N=8，M=8，β=1。图(a)刻画了时域非理想因素对特征谱的影响，采用的时域非理想因素模型为式(2.15)提第18页
国防科技大学研究生院博士学位论文(a)傅里叶谱(b)MVE图2.4β=1且理想情况下的杂波功率谱(a)傅里叶谱(b)MVE图2.5β=1且速度偏移量为5情况下的杂波功率谱图2.5给出了β=1且速度标准偏移量σv=5情况下的杂波功率谱，其他参数和图2.4一致。从图中可以看出，ICM会引起杂波谱的展宽，这是因为对于一个给定角度的杂波散射点，其多普勒频率不再恒定，而是在某个范围内变化。速度标准偏移量越大，杂波散射点变化的多普勒频率范围越大，杂波谱越宽。图2.6和图2.7分别给出了β=2和β=0.5且不存在非理想因素情况下的杂波功率谱，其他参数和图2.4一致。从图中可以看出，当β大于1时，杂波功率谱会出现混叠现象，呈现出多条杂波脊线，这也是导致杂波秩显著增加的原因。而当β小于1时，不存在混叠现象，只有一条杂波脊线。2.4常用的雷达自适应杂波抑制和运动目标检测技术雷达的杂波抑制和目标检测技术有很多，本文主要考虑以下三种技术：自适应多普勒处理、STAP和CFAR检测，下面对其分别介绍。第20页
本文编号：3499379
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
机载正侧视雷达系统示意图
国防科技大学研究生院博士学位论文具体表达式为x=Psx(2.29)其中Ps=IMNs(ss)1s表示和目标导向矢量s正交的投影矩阵。图2.2子孔径平滑原理对投影之后的样本x运用子孔径平滑技术获得多个子孔径样本之后，子孔径的杂噪协方差矩阵可以采样下式估计Rsub=∑MM1+1m=1∑NN1+1n=1zn,mzn,m(MM1+1)(NN1+1)(2.30)其中zn,m=[xn,m,···,xn+N11,m,···,xn,m+M11,···,xn+N11,m+M11]T表示第(m1)(NN1+1)+n个子孔径样本的回波数据。为了获得比较准确的杂噪协方差矩阵估计，通常要求训练样本的个数不少于系统自由度的2倍，即(MM1+1)(NN1+1)≥2M1N1。因此基于子孔径平滑的杂噪协方差矩阵估计方法是以牺牲自由度的方式换取训练样本数目的增加。2.3.3杂波特征谱杂波特征谱刻画的是杂噪协方差矩阵的特征值分布，从特征谱中可以看出杂波的能量分布以及杂波的自由度，也称为杂波秩。杂波秩定义为杂噪协方差矩阵中显著大的特征值的数目，是分析杂波特性的一个重要的统计量。当接收阵列为均匀线阵且PRF恒定时，不存在非理想因素的杂波秩近似满足[105]rcN+β(M1)(2.31)式中·表示下取整操作。非理想因素会使得杂波协方差矩阵去相关，进而导致杂波秩的上升。图2.3给出了非理想因素对杂波秩的影响，其中系统参数为N=8，M=8，β=1。图(a)刻画了时域非理想因素对特征谱的影响，采用的时域非理想因素模型为式(2.15)提第18页
国防科技大学研究生院博士学位论文(a)傅里叶谱(b)MVE图2.4β=1且理想情况下的杂波功率谱(a)傅里叶谱(b)MVE图2.5β=1且速度偏移量为5情况下的杂波功率谱图2.5给出了β=1且速度标准偏移量σv=5情况下的杂波功率谱，其他参数和图2.4一致。从图中可以看出，ICM会引起杂波谱的展宽，这是因为对于一个给定角度的杂波散射点，其多普勒频率不再恒定，而是在某个范围内变化。速度标准偏移量越大，杂波散射点变化的多普勒频率范围越大，杂波谱越宽。图2.6和图2.7分别给出了β=2和β=0.5且不存在非理想因素情况下的杂波功率谱，其他参数和图2.4一致。从图中可以看出，当β大于1时，杂波功率谱会出现混叠现象，呈现出多条杂波脊线，这也是导致杂波秩显著增加的原因。而当β小于1时，不存在混叠现象，只有一条杂波脊线。2.4常用的雷达自适应杂波抑制和运动目标检测技术雷达的杂波抑制和目标检测技术有很多，本文主要考虑以下三种技术：自适应多普勒处理、STAP和CFAR检测，下面对其分别介绍。第20页
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