基于稀疏重建的MIMO-OTH雷达多模杂波抑制算法

针对由多模传播引起的多普勒扩展杂波(SDC)严重影响天波超视距雷达(OTHR)对慢速船舰目标的检测这一问题,在基于多输入多输出体制的新一代天波超视距(MIMO-OTH)雷达系统下,利用空域信息抑制多模SDC。传统处理方法需要目标角度先验信息,而在实际中,该信息往往很难获得。为此,提出一种新的基于稀疏重建的多模杂波抑制算法。该算法将二维的稀疏角度搜索转变为一维的角度搜索,使运算量大大降低,且估计出的收发角(DOA-DOD)自动配对,同时可获得各个传播路径下信号的时间多普勒信息,达到了理想的MIMO-OTH雷达多模杂波抑制效果。仿真结果证明了所提算法的有效性。     

风电场雷达杂波动态重构抑制方法

随着风电场的大范围建设，风轮机杂波对雷达的干扰问题日益严重，常规杂波抑制方法难以有效解决风轮机杂波（WTC）干扰问题，因此提出了一种利用动态字典对风轮机杂波进行稀疏重构进而抑制的方法。首先，建立了WTC干扰下的雷达信号模型并分析了风轮机杂波的信号特征。其次，依据WTC的时频特征提出了一种微动参数粗估计方法，利用粗估计结果缩小了字典稀疏重构参数范围，在此基础上利用正交匹配追踪（OMP）算法对字典进行动态生成，并逐级更新字典原子。最后，通过动态字典对风轮机杂波信号进行稀疏重构，从而实现了对WTC的有效抑制。通过仿真实验，分析了风轮机杂波对目标检测的干扰影响，验证了基于动态稀疏重构的风电场杂波抑制方法在不同情况下的有效性。     

一种基于角度-多普勒补偿的均匀圆形天线机载雷达杂波抑制方法

采用均匀圆形相控阵天线的机载雷达杂波分布随距离变化而变化,各距离单元的杂波不再满足独立同分布的条件,造成统计型空时自适应处理(STAP)器性能下降。基于此,本文建立了均匀圆形天线机载雷达模型,对其杂波分布进行了分析,得出了空间角随阵元数非线性变化的特性造成其杂波距离维分布非均匀的结论。研究了一种均匀圆形天线机载雷达杂波抑制方法,该方法先通过修正的角度 多普勒补偿(MADC)预处理消除在杂波谱中心处的非均匀,再利用基于导数更新(DBU)技术进一步减小在其他方位杂波的非均匀程度。仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于CEMD的旋翼微动目标杂波抑制方法

针对旋翼微动目标杂波抑制问题,研究了一种基于复数据经验模态分解（CEMD）的微动目标杂波抑制方法。首先,建立了地杂波背景下的旋翼微动目标信号模。然后,根据杂波和微动信号在时频域的差异性,基于CEMD和Gabor变换,通过新定义的不同本征模态函数（IMF）的能量所占总能量的比重,选择出微动信号占优所对应的几个IMF分量,并基于这些IMF对旋翼微动目标进行时域和时频域重构,实现旋翼微动目标和杂波的分离,达到抑制杂波提取微动目标回波的目的。最后,与常规杂波抑制方法进行了对比,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于稀疏随机阵列配置的CS-MIMO雷达感知矩阵构造

压缩感知(CS)理论中的感知矩阵在观测数据获取和信号重建过程中起关键性作用。目前,大部分研究通过引入高斯随机矩阵作为测量矩阵实现压缩观测,这类测量矩阵对硬件要求很高,工程实现困难。提出了一种基于稀疏随机阵列配置的压缩感知-多输入多输出(CS-MIMO)雷达中的感知矩阵构造方法,当MIMO雷达阵元配置为满足某种概率分布的稀疏随机阵列时,发射与接收导引矢量的Kronecker积能够起到压缩测量的作用。从理论上分析了所构造的感知矩阵的归一化互相关系数、Gram矩阵以及阵列方向图之间的内在联系,并证明了当随机阵元位置满足均匀分布时所构造的感知矩阵满足压缩感知重构条件。在这种稀疏随机阵列配置方式下,既可以避免额外引入随机测量矩阵,又能减少所需的阵元个数,从而大大降低CS-MIMO雷达系统复杂度。仿真实验表明,该方法具有较低的感知矩阵归一化互相关系数,与满阵CS-MIMO雷达相比能够在减少阵元个数的同时获得良好的重构性能,且使重构所需运算量大大降低。     

一种机载雷达两级降维空时二维自适应处理方法

 提出了一种机载相控阵雷达杂波抑制的两级降维空时自适应处理(STAP)方法,即：先根据杂波分布先验信息进行空时局域化(JDL)降维处理,然后对局域化输出进行多级维纳滤波(MWF),实现二次降维。该方法综合了固定结构和自适应结构降维技术的优点,将JDL处理引入到MWF中,从而有效降低MWF的杂波自由度。计算机仿真和理论分析表明本文方法比JDL自适应处理方法和全空时MWF方法具有更小的运算量,对阵元随机幅相误差具有很好的容差能力,是一种稳健的两级降维自适应处理方法。最后,基于仿真和实测数据的实验验证了算法的有效性。     

圆台阵列杂波模型及空时二维自适应处理

针对圆台共形阵列,建立了空时二维自适应处理(STAP)的杂波模型,给出了圆台阵列杂波抑制最优权值的计算方法。在此基础之上,为了实现可应用到实际环境中的自适应处理方法,进一步讨论了将局部联合域(JDL)降维算法推广至圆台阵列中的问题。得出了圆台阵列JDL算法降维变换矩阵的表达形式,研究了参考波束的数目选取、波束指向等因素对降维损失的影响。理论分析以及仿真结果表明,通过合理选择通道数、波束方位向指向间隔等参数,该算法能够减少自适应波束形成的计算量,而且可以用较少的训练样本获得较好的处理性能。     

基于稀疏阵列和码分信号的机载预警雷达STAP研究

基于稀疏阵列和码分正交信号,研究了机载雷达的空时自适应处理（STAP）技术,用于空中预警背景下的地面杂波抑制和运动目标探测。提出了稀疏阵列码分多相位中心孔径综合方法,采用正交编码信号实现多发多收,使综合后不同编码信号的相位中心在数量和分布情况上和满阵天线的相同,从而避免了稀疏阵列天线旁瓣较高的问题;在孔径综合的基础上,利用空时自适应处理方法完成杂波抑制,实现运动目标检测。仿真结果表明了本文方法的有效性。     

Analysis of array errors and a short-time processor in airbornephased array radars

Array errors are inherent in a realistic phased array radar system. The influence of array errors on the clutter degrees of freedom and the clutter subspace in an airborne phased array radar is analyzed. Based on the presented theoretic results, a method of short-time processing followed by coherent integration is proposed for clutter suppression in airborne phased array radars. It can approximate the two-dimensional optimal processor well even in the presence of array errors, clutter fluctuations and aircraft drift, with a considerable saving in computations     

空域数据重排的后多普勒自适应处理方法

传统的后多普勒自适应处理方法,如因子法(FA)和扩展因子法(EFA)虽然能大大降低自适应处理时的运算量和独立同分布样本的需求量,但由于实际中均匀训练样本数目的限制,当天线阵元数进一步增大时,FA和EFA抑制杂波和检测动目标的能力会显著恶化。针对这一问题,提出了一种空域数据重排的后多普勒自适应处理方法。该方法将多普勒滤波后的空域数据重排为一行列数相近的矩阵,空域滤波器权系数也表示成可分离的形式,从而得到一双二次代价函数,利用循环迭代的思想求解权系数。实验表明该方法具有快速收敛,所需训练样本少的优点,尤其在大阵列、小样本条件下该方法抑制杂波的性能明显优于FA和EFA。     

基于杂波子空间估计的MIMO雷达降维STAP研究

 多输入多输出(MIMO)雷达是近年来出现的一种新体制雷达,针对MIMO体制的机载雷达开展空时自适应处理（STAP）技术研究是值得进一步努力的方向。本文研究了机载MIMO雷达STAP技术的降维算法,通过对STAP技术杂波抑制原理进行分析,推导并得到一种基于杂波子空间的降维算法。结合扁长椭球波函数（PSWF）的特点,提出了一种基于杂波子空间估计的降维算法,并与若干降维算法的杂波抑制性能进行比较。结果表明,当存在阵元幅相误差时,该算法在保持杂波抑制性能的同时能够有效地降低STAP算法的运算量。     

Clutter Suppression by Complex Weighting of Coherent Pulse Trains

Uniform coherent pulse trains offer a practical solution to the problem of designing a radar signal possessing both high range and range-rate resolution. The Doppler sensitivity provides some rejection of off-Doppler (clutter) returns in the matched filter receiver. This paper considers the use of a processor in which members of the received pulse train are selectively weighted in amplitude and phase to improve clutter suppression. The techniques described are particularly suitable for rejecting interference entering the processor through ambiguous responses (range sidelobes) of the signal. The complex weights which are derived are optimum in the sense that they produce the maximum clutter suppression for a given detection efficiency. In determining these weights, it is assumed that the distribution of clutter in range and range rate relative to targets of interest is known. Thus, clutter suppression is achieved by reducing the sidelobe levels in specified regions of the receiver response. These techniques are directly applicable to array antennas; the analogous antenna problem would be to reduce sidelobe levels in a particular sector while preserving gain. Complex weighting is most successful when the clutter is limited in both range and velocity.     

基于频谱和倒谱分析的探地雷达地杂波抑制

超宽带探地雷达被广泛用于检测浅层埋藏的反人员地雷,其中滤除强的地表反射回波是完成目标检测、成像与识别的关键。将独立分量分析算法与数据非一致性检测方法相结合,通过分析独立分量的频谱和倒谱,给出了一种可以适应多目标数据区域且自动选取独立分量的地杂波抑制方法。实验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

非正侧视阵列机载雷达多空间角补偿算法

 非正侧阵列机载雷达的杂波分布随距离变化而变化,各距离单元的杂波分布不再满足独立同分布条件,造成统计型空时自适应处理(STAP)处理器性能下降。本文提出了一种多空间角补偿(MSAC)的非正侧视机载雷达杂波抑制方法,该方法先通过角度-多普勒补偿(ADC)预处理以消除在谱中心处的杂波非均匀,然后采用MSAC法在多个多普勒方向使参考单元和待检测单元的杂波谱保持一致,从而进一步消除在其余方位的杂波非均匀。仿真结果表明了该方法的性能明显优于ADC法,且运算量增加不多。     

Robust space-time adaptive processing for airborne radar in nonhomogeneous clutter environments

Space-time adaptive processing (STAP) holds tremendous potential for the new generation airborne surveillance radar, in which the phased array antennas and pulse Doppler processing mode are adopted. A new STAP approach using the multiple-beam and multiple Doppler channels is presented here for airborne phased array radar. The approach with space-time multiple-beam (STMB) architecture is robust to array errors and has very low system degrees of freedom (DOFs). Hence, it has low sample support requirement and it is very suitable for the practical planar phased array radar under nonhomogeneous clutter environments. Meanwhile, a new nonhomogeneous detector (NHD) based on the correlation dimension (CD) is also proposed here, which is used as an effective method to screen tracing data prior to detection processing. It can further improve the performance of the STAP approach in the severely nonhomogeneous clutter environments. Therefore, a scheme that incorporates the correlation dimension nonhomogeneity detector (CD-NHD) with the STMB is recommended, which we term CD-NHD-STMB. The experimental simulation results indicate that: 1) the STMB processor is robust to array element error and has high performance under nonhomogeneous clutter environments; 2) the CD-NHD is also effective on the nonhomogeneous clutter. As a result, the CD-NHD-STMB scheme is robust to array element error and nonhomogeneous clutter, and therefore available for airborne phased array radar applications.     

基于稀疏贝叶斯学习的字典失配杂波空时谱估计方法

杂波谱稀疏恢复空时自适应处理（STAP）是一种有效减少杂波样本数需求的机载雷达杂波抑制方法。然而,空时平面被离散地划分为若干个网格点来构建空时导向矢量字典,当字典在失配时,杂波脊不能准确落在预先离散化的网格点上,稀疏恢复STAP性能严重下降。提出了一种基于稀疏贝叶斯学习的字典失配杂波空时谱估计方法,首先利用二维泰勒级数建立空时动态字典模型,然后将字典失配误差作为待估超参数构建贝叶斯稀疏恢复模型,并利用失配误差估计值对空时导向矢量字典进行修正,最后利用修正后的空时导向矢量字典重构杂波协方差矩阵,进而计算杂波空时谱。实验证明,该方法能够有效提高字典失配情况下的杂波谱稀疏恢复精度,杂波抑制性能优于已有字典预先离散化的稀疏贝叶斯学习STAP方法。     

基于杂波对消-自聚焦的多通道SAR-GMTI

对超高频(UHF)波段多通道合成孔径雷达(SAR)动目标检测技术进行研究,解决了长相干积累时间导致动目标在方位向散焦严重的问题。采用分块自聚焦技术对多通道SAR地面移动目标指示(GMTI)系统自适应杂波抑制后的SAR图像进行处理,改善杂波抑制后的SAR图像中动目标的聚焦情况,增强动目标与周围剩余杂波的对比度,进而提高恒虚警率(CFAR)检测的性能。与传统杂波抑制后直接进行CFAR检测方法相比较,该方法降低了检测虚警概率。实测数据处理结果显示动目标的信杂比明显提高,动目标方位向聚焦成功,证明了该方法的有效性。     

机载相控阵雷达中抑制杂波的线性预测法

从一个多通道自回归过程拟合杂波信号的概念出发 ,提出了用线性预测法实现机载相控阵雷达的时空二维自适应信号处理。研究表明 ,杂波过程可以用一个低阶的多通道自回归过程很好地拟合 ,从而使用一个低阶的线性预测处理器以较低的代价实现准最优的处理。同时 ,这种低阶的线性预测处理器还具备冗余的自由度以对付除杂波外的其他有色噪声和干扰     

与空时二维自适应滤波兼容的单脉冲测角新方法

针对机载相控阵雷达系统提出了一种空时二维自适应单脉冲测角方法 ,当存在阵元和通道幅相误差时它仍具有较高的测角精度。还给出了一种稳健的自适应和、差波束增益归一化方法 ,并讨论了所提方法的简化兼容实现方案。最后给出了基于高保真雷达杂波模拟数据的仿真实验结果     

基于IMF能量分布重构的目标检测技术

为提高海杂波中慢速目标的检测性能,提出了一种基于IMF能量分布重构的目标检测技术。该算法对原始信号尖峰区域经经验模态分解后得到的固有模态函数进行分段数据重构,计算前端IMF分量与后端IMF分量的能量比,并将其输入非参量检测器中进行目标检测。研究表明,相比于海杂波单元,目标单元尖峰区域有更小的前后端IMF分量能量比,适用于慢速目标的检测。