非均匀杂波背景下STAP降维算法研究.pdf
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1、第 卷 第 期(总第 期)年 月火控雷达技术 ()收稿日期:作者简介:张军()男硕士研究生工程师 研究方向为雷达信息处理技术非均匀杂波背景下 降维算法研究张 军 郝万兵 陈尹翔 李甲林(西安电子工程研究所 西安)摘 要:机载雷达对地观测时面临由于平台运动引起杂波谱展宽平台偏航引入垂直基线使杂波谱对高程敏感导致方位与距离模糊 复杂地物场景局部杂波散射强度变化以及大量目标干扰等非理想因素致使杂波分布非均匀严重制约了杂波抑制性能与动目标检测性能 针对上述问题本文所采用的空时自适应处理()降维算法可以有效解决慢速运动目标低检出问题提高非均匀杂波背景下杂波的抑制能力增强运动目标的检测性能 其特点在于:利
2、用多维域数据实现在线地物区域划分增大有效样本容量样本充足条件下直接估计杂波加噪声协方差矩阵实现杂波抑制 针对孤立离散杂波、干扰结合杂波谱重构解决单样本下的地形杂波抑制与干扰对消通过实测数据分析证明了本文所提算法的有效性关键词:空时自适应处理技术协方差矩阵杂波抑制中图分类号:文献标志码:文章编号:()引用格式:张军郝万兵陈尹翔李甲林 非均匀杂波背景下 降维算法研究 火控雷达技术():/():().:第 期张 军等:非均匀杂波背景下 降维算法研究 引言空时处理技术主要考虑均匀杂波背景下的目标检测问题 然而起伏的地物、慢速缓动目标、非均匀杂波环境(农村与城市交界、水面和陆地临界处、山体与丘陵、沙漠与
3、戈壁、林木风吹草动等)高大的物体(如山峰)及其遮蔽桥梁、铁塔、电线杆等人造的孤立强点固定杂波等造成的功率非均匀现象 训练样本和待检测样本中包含的运动目标或是各种有源或无源干扰都会导致杂波分布非均匀现象 同时杂波的内部运动、海浪和天气效应引起的杂波谱展宽而导致的杂波非均匀都将使得杂波功率估计失准从而影响杂波抑制性能 此外在陆海交界等存在地物回波强弱差别较大的区域(例如港口、码头)由于海面的后向散射系数低海面杂波区动目标检测受毗邻陆地强杂波的影响较大 在这些复杂场景下传统针对均匀场景需要大量独立同分布样本的自适应杂波抑制方法不再适用 因此为了扩展 的适用范围有必要研究非均匀场景下的杂波抑制问题传统
4、单通道雷达基于运动目标的检测机理:根据地物与运动目标产生的多普勒频移进行运动目标的检测 由于探测平台的运动或者地物受自然环境风吹草动地杂波存在一定的多普勒展宽复杂环境中速度较小的目标很可能淹没在地物杂波的多普勒频带内造成目标检测困难进一步发展的多通道雷达系统对动目标检测可显著提高慢速目标的检测能力其工作原理是利用多通道观测获得空间信息抑制来自不同方向但与动目标多普勒一致的地杂波 图 为 信号处理的数据向量示意图图 数据向量示意图 空时自适应处理的实质是将一维空域滤波技术推广到时间与空间二维域中在高斯杂波背景加确知信号导向矢量的模型下根据似然比检测理论推导出一种空时二维联合自适应处理的结构协方差
5、矩阵估计是空时自适应处理的关键 降维处理在进行 全维处理时一方面存在较大的计算复杂度(主要为矩阵求逆运算)一方面需要大量的独立同分布样本实现的难度较大因此提出了降维处理的方法当前降维空时处理主要有两种方式即固定结构降维方式和自适应降维方式 自适应降维依赖于数据其所需的空间等效阵元个数大计算规模较大且自适应处理方法对雷达接收通道回波数据比较敏感 因此自适应空时降维处理方法以理论研究为主 在实际当中固定结构的降维空时处理得到较好的应用固定结构降维处理中常采用后多普勒处理算法后多普勒()处理算法是对数据进行时域滤波处理后结合空域进行杂波抑制的一种降维算法经典算法有先滑窗后进行时空联合处理()、多通道
6、空时处理()、基于距离 多普勒平面的联合多像素处理()算法这些算法通过进行时域多普勒滤波后大大降低杂波自由度因此采取较少的时域自由度进行时空二维联合处理显著降低了空时处理的运算复杂度 算法将空时二维数据通过傅里叶变换转化到角度 多普勒域并选择感兴趣的区域再进行自适应处理由于仅选取部分区域可显著降低自适应处理器的计算复杂度由图 可见将数据转化至多普勒 角度域之后可以根据目标点所在位置选择邻近波束火 控 雷 达 技 术第 卷图 角度 多普勒域降维处理图示 杂波协方差矩阵估计方法 高斯杂波模型下的最大似然估计估计协方差矩阵可获得杂波的统计特性在高斯杂波假设下杂波协方差矩阵的最大似然估计为()该估计矩
7、阵称为样本协方差矩阵()为训练样本实际中为使训练样本与待检测单元的统计特性尽可能近似通常选取邻近距离门的检测数据作为训练样本相对于确知理想协方差矩阵对于复杂杂波场景计算得到的协方差矩阵与确知理想协方差矩阵失配导致输出信杂比损失 非高斯模型下的杂波协方差矩阵估计方法随着分辨率的提高高斯模型不能有效描述杂波分布特性试验数据证明基于杂波的非高斯统计模型可以采用复合高斯模型进行分析通过对两个独立分量纹理和散斑的相乘 散斑分量的杂波功率谱特性取决于统计协方差矩阵而杂波的非高斯特性取决于纹理分量的概率密度特性在非高斯杂波模型下以上 矩阵不具有最大似然估计的性质现有以下几种常见的估计方法:)正则化样本协方差
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