机载多通道雷达动目标检测与参数估计方法研究

【摘要】：机载雷达由于能够高瞻远瞩,对现代战争中制空权的掌握具有至关重要的作用,而地面动目标检测和定位技术是机载雷达的重要使命。在地面动目标检测中,由于雷达处于下视工作模式,往往会面临强度大且分布广的地杂波及有源干扰。空时自适应处理(STAP)技术是抑制地杂波和有源干扰的有效方法,但由于运算量过大及实际杂波环境非均匀等问题,全维STAP技术在工程中很难实现。为了促进STAP技术在实际中的应用,多年来研究人员对降维STAP方法及非均匀环境下的STAP方法进行了大量研究,并取得了丰富的成果,目前STAP技术迫切需要结合新的雷达体制和技术以取得新的发展。目标检测后,还需要进一步对目标进行定位,成像及识别等,角度估计是目标定位技术中的重要部分。在实际雷达环境中相干或强相关信号源(例如多径等)的情况经常遇到,其角度估计对真实目标的确定及虚警概率的降低具有重要意义。在传统的相干信号源角度估计中,降维处理类方法实现简单,但其孔径损失会引起估计精度的下降；而非降维类方法虽然没有孔径损失,但由于实现复杂、往往针对特定环境等,其实用价值不如降维类方法。结合新的雷达体制和技术寻找更为有效的相干源角度估计方法也是研究的重点。多输入多输出(MIMO)雷达作为一种新体制雷达,可以有效利用发射阵列孔径,拥有更大的空域自由度(DOF),对杂波抑制及角度估计性能的提高具有重要意义。 本文紧密围绕机载多通道雷达地面动目标检测及定位中遇到的实际问题,分别对相控阵雷达体制下的降维STAP方法、MIMO雷达体制下的降维及非均匀STAP方法和MIMO雷达体制下的相干源角度估计方法进行了深入研究。本文具体工作安排如下： 1.介绍了STAP技术的基本原理及性能评价标准,并讨论了集中式MIMO雷达的杂波分布,为后续的研究工作提供理论依据。 2.针对现有多普勒后处理的STAP方法在不加权时多普勒通道相互正交,甚至在加权时相关性也不高的问题,提出了一种缩小多普勒通道频率间隔的多普勒后处理方法。该方法能够提高多普勒通道的相关性,从而在时域上不仅利用辅助多普勒通道的旁瓣杂波来对消待检测多普勒通道杂波,还利用辅助多普勒通道的部分主瓣杂波来对消待检测多普勒通道杂波,因此能够获得更好的杂波抑制性能：同时由于对目标导向矢量进行了严格约束,多普勒通道间距的缩小不会引起目标相消。 3.首先,针对集中式MIMO雷达空域自由度很大,典型的降维STAP方法mDT方法无法直接使用的问题,提出了一种子阵级mDT方法。该方法利用非均匀子阵划分对MIMO雷达的空域孔径进行子阵合成,在保证空域增益并避免栅瓣的情况下有效降低空域自由度。然后,针对孤立干扰所占比例不大的严重功率非均匀环境,提出了一种基于时域平滑的两级级联降维STAP方法,先后对杂波和孤立干扰进行抑制。该方法克服了直接数据域(DDD)方法空时孔径损失大,误差鲁棒性差及没有充分利用统计信息的缺点,具有良好的性能。 4.针对现有单基MIMO雷达角度估计的研究主要针对独立源的问题,提出了一种基于数据矩阵重构的相干源DOA估计方法。该方法能够充分利用MIMO雷达大的空域孔径自由度,实现完全解相干,同时还适用于空间色噪声环境。 5.针对已有双基MIMO雷达体制下的相干源角度估计方法仅用到两个空域阵元,且仅在接收端平滑无法估计发射端多径的问题,提出了一种基于数据矩阵重构的相干源DOA、DOD联合估计及配对方法。该方法可以使用多个发射阵元,适用于发射和接收多径均存在的情况,同时克服了已有DOA、DOD配对方法计算量高或在多径环境中性能下降的问题。