天基GMTI与解模糊方法研究

论文摘要

天基雷达实现地面运动目标指示功能具有重要的意义,其信号处理方法已成为目前雷达界研究的热点。本文以天基多通道、多基地GMTI雷达为应用背景,系统地研究了天基稀疏孔径空时自适应处理面临的基本问题和距离、多普勒、角度模糊对GMTI雷达性能的影响与消除方法。全文的主要工作如下:第二章研究了天基稀疏阵空时自适应处理的基础性问题。在分析分布式小卫星编队构形和单星雷达超大孔径天线结构的基础上建立了天基GMTI雷达天线阵列模型:稀疏子阵列和稀疏子天线,随后基于空时等效理论分析得到了预测两种阵列杂波自由度的简单准确方法,在此基础上分析了天基雷达实现GMTI的基本约束条件。研究了适用于天基雷达的高效STAP算法结构与处理流程,从理论上推导了受地球自转影响的天基雷达杂波多普勒表达式,研究了地球自转对天基稀疏阵STAP性能的影响与消除方法,结果表明简单的距离向回波多普勒校正即可有效消除其影响。第三章从天基雷达回波多普勒历程出发分析了距离、多普勒角度模糊对天基稀疏阵STAP和GMTI性能的影响,纠正了已有结论的片面性和局限性,指出距离模糊阻碍距离向回波多普勒校正,恶化最小可检测速度,引起输出SCNR损失;多普勒角度模糊对GMTI性能的影响与杂波先验信息和阵列结构紧密相关。第四章研究了基于阵列信号处理理论的角度模糊抑制方法。改进了迭代线性约束最小二乘方向图综合方法,使其适用于随机稀疏阵;通过理论推导将随机稀疏阵的方向图综合问题转化为二次锥规划问题,利用高效的内点法求解。基于上述方法研究了方向图特性与阵列结构的关系,为消除栅瓣测速盲区建立了基础。提出了基于阵列信号处理理论的角度模糊抑制方法:对均匀稀疏阵阵元位置施加随机扰动消除测速盲区,利用波束陷零法抑制虚假目标。给出了两种空时二维处理器的波束陷零方法——线性约束自适应空时处理器和人工干扰波束陷零法以,提出了一种重影空时导向矢量估计方法,仿真结果表明模糊抑制方法稳健、有效。第五章研究了基于可变脉冲重复周期的距离、多普勒模糊抑制方法。对多重PRF组,针对多目标应用背景,提出采用参量加权的聚类分析方法区分真实目标与重影,利用简单的遗传算法进行PRF组的优化设计,获得了良好的消除测速测距盲区、抑制重影和解模糊的效果。对参差脉冲重复间隔(PRI),提出了两种改变PRI的方式——固定PRI加随机扰动和均匀递增扰动,仿真分析表明二者均能有效抑制测速盲区,同时引起约2dB的输出SCNR损失。第六章研究了频率正交波形解多普勒、角度模糊的方法。从理论上分析了解模糊对正交信号个数和频差等波形参数的约束,研究了相关参数对空时频自适应处理器输出SCNR的影响。提出了综合利用频率正交信号空时频自适应处理和不同频率信号分别空时自适应处理结果的二级检测解模糊方法,仿真结果表明该方法能有效解模糊,同时降低虚警概率和漏警概率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 课题研究背景和意义
• §1.2 天基GMTI雷达的发展现状
• 1.2.1 天基GMTI雷达发展概况
• 1.2.2 典型的天基GMTI雷达系统
• §1.3 天基雷达GMTI信号处理研究现状
• 1.3.1 杂波抑制与运动目标检测
• 1.3.2 模糊抑制
• §1.4 本文的主要工作
• 第二章 天基稀疏孔径STAP与GMTI
• §2.1 引言
• §2.2 天基GMTI雷达阵列模型
• 2.2.1 编队飞行卫星运行轨道
• 2.2.2 不同编队构形的GMTI性能分析
• 2.2.3 单星超大孔径天线结构
• 2.2.4 阵列模型
• §2.3 稀疏阵杂波自由度分析
• 2.3.1 杂波模型
• 2.3.2 Brennan准则与Ward准则
• 2.3.3 空时等价理论与杂波自由度预测
• 2.3.4 稀疏子阵列
• 2.3.5 稀疏子天线
• 2.3.6 杂波自由度对天基GMTI雷达系统的约束
• §2.4 天基稀疏孔径STAP
• 2.4.1 空时自适应处理
• 2.4.2 天基稀疏孔径STAP算法
• §2.5 地球自转对STAP性能的影响与抑制方法
• 2.5.1 地球自转的影响
• 2.5.2 消除地球自转影响的方法
• §2.6 天基稀疏孔径GMTI
• 2.6.1 恒虚警检测
• 2.6.2 GMTI仿真结果
• §2.7 本章小结
• 第三章 模糊对天基GMTI雷达性能影响分析
• §3.1 引言
• §3.2 天基GMTI雷达模糊性分析
• 3.2.1 距离、多普勒和角度模糊
• 3.2.2 典型天基雷达系统模糊分析
• §3.3 基于回波多普勒历程的模糊影响分析
• 3.3.1 距离模糊的影响
• 3.3.2 多普勒与角度模糊的影响
• §3.4 仿真结果分析
• 3.4.1 测速盲区与漏警
• 3.4.2 重复检测与虚警
• §3.5 本章小结
• 第四章 基于阵列信号处理的角度模糊抑制
• §4.1 引言
• §4.2 稀疏阵方向图优化与波束形成
• 4.2.1 随机稀疏阵方向图优化概述
• 4.2.2 迭代自适应法阵列方向图综合
• 4.2.3 凸规划法阵列方向图综合
• 4.2.4 稀疏阵方向图综合结果分析
• §4.3 基于阵列结构随机化的测速盲区消除
• 4.3.1 阵列结构对STAP输出SCNR的影响
• 4.3.2 自适应方向图分析
• §4.4 基于陷零空时处理的重影抑制
• 4.4.1 陷零空时二维处理
• 4.4.2 陷零STAP输出SCNR分析
• 4.4.3 运动目标检测算法
• §4.5 仿真结果分析
• §4.6 本章小结
• 第五章 参差PRF距离、多普勒模糊抑制
• §5.1 引言
• §5.2 天基GMTI雷达PRF的选择
• §5.3 多重PRF组距离、多普勒模糊抑制
• 5.3.1 多重PRF组解模糊方法
• 5.3.2 PRF组的优化设计
• 5.3.3 PRF组解模糊效果分析
• §5.4 参差PRI测速盲区抑制
• 5.4.1 参差PRI与测速盲区抑制
• 5.4.2 仿真结果分析
• §5.5 本章小结
• 第六章 频率正交波形多普勒角度模糊抑制
• §6.1 引言
• §6.2 频率正交信号解模糊原理
• 6.2.1 信号频率与角度多普勒模糊关系
• 6.2.2 解模糊对信号频率的约束
• §6.3 空时频自适应信号处理
• 6.3.1 频率正交信号处理方法概述
• 6.3.2 最优空时频处理器
• 6.3.3 输出SCNR分析
• §6.4 解模糊运动目标检测算法
• 6.4.1 常用方法分析
• 6.4.2 二级检测解模糊方法
• §6.5 仿真结果分析
• 6.5.1 系统仿真参数
• 6.5.2 单频信号目标检测结果
• 6.5.3 频率正交信号空时频自适应处理结果
• 6.5.4 不同频率信号检测后融合
• 6.5.5 二级检测法
• §6.6 本章小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果