（信号与信息处理专业论文）基于dpca的机载雷达主杂波自适应抑制技术研究.pdf

2 . 对机载雷达回波谱特性进行了 深人的 分析， 建立了 较完备和逼真的低脉 冲 重复频率机载雷达主波束回 波模型， 并 设计了回 波 模拟 程序。 j 该程序能 够模拟 机载雷达主波束回 波在时间 一空间 上的 分布特性， 对于研究各种杂波抑制方法的 性 能 具 有 重 要 意 义 。 7 3 . 对a d p c a 性 能 进 行 了 分 析， 重 点 分 析 了 其 空一 时 二 维 主 杂 波 抑 制 特 性。 同 时， 分析了a d p c a在主杂波中 心频率不为 零时 性能下降的 原因。 在 此墓础 上， 提出一种基于主杂波频移的a d p c a方法。 4 . 根据机载雷达回 波杂波功率远大于目 标信号的 特点， 在基于线性最小方 差 准 则 s t a p 方 法 的 础 上 ， 提 出 一 种 实 用 的 空 一 时 ，主 杂 ”制 方 法 钾方 法利用单脉冲雷达空间上双路接收天线， 采用功率倒里准则对回 波进行自 适应处 才可舀.苛 理 ， it * 量 刁 、， 且 有 一 定 空 一 时 处 理 能 力 合 5 . 完成了 基于 a d p c a的机载雷达主杂波抑制系统的 硬件实现、 调试 了 配合该硬件系统的 调试， 完成了 机载雷达回 波信号模拟系统的 设计、 调试 6 . 分析了本文提出的两种主杂波抑制方法的 计算量和在工程中实现的 性， 提出了对现系统改进的设想。 关 键 词 : 机 载 战 场 侦 察 雷 达 幸 主 杂 波 抑 制 针 相 位 中 心 偏 ! 天 线( d p c a ) ; 空 一 时自 适 应 处 理( s t a p ) : 回 波 模 然频 移a d p c a 丫 功 率 倒 里 法s t a p 丫 电子科技大学博士论文 abs tract i n a l o o k d o w n a i r b o r n e b a t t l e fi e l d s u r v e i l l a n c e r a d a r ( a b s r ) , g r o u n d c l u tt e r i s v e ry s t ro n g . e f f e c t i v e g r o u n d c l u t t e r s u p p r e s s i o n i s a m a j o r t a s k o f a i r b o r n e r a d a r s i g n a l p r o c e s s i n g . o w i n g t o t h e r a d a r p l a t f o r m m o t i o n , c l u tt e r r e t u r n s i n t h e a i r b o r n e r a d a r a r e d o p p l e r s h i f t e d a n d h a v e d o p p l e r s p e c t r a l s p r e a d i n g . t h u s t h e g r o u n d c l u t t e r s u p p r e s s i o n i s m o re d i f f i c u l t i n a i r b o r n e r a d a r s t h a n i n g r o u n d b a s e d r a d a r s . c o n v e n t i o n a l a i r b o r n e r a d a r c l u t t e r s u p p re s s i o n t e c h n i q u e s u t ili z e t h e d if f e r e n c e i n d o p p l e r f r e q u e n c y d o m a i n b e t w e e n c l u tt e r a n d t a r g e t r e t u r n s t o s u p p r e s s c l u t t e r , i .e . d o p p l e r fr e q u e n c y d o m a i n o n e - d i m e n s i o n a d a p t i v e f i l t e r i n g , w h i c h u s u a ll y u s e d i n m a i n l o b e c l u tt e r s u p p r e s s i o n . f o r s l o w t a r g e t s w h o s e d o p p l e r f re q u e n c i e s f a ll i n t o c l u t t e r d o p p l e r b a n d , t h e p e r f o r m a n c e o f f r e q u e n c y d o m a i n o n e - d i m e n s i o n f i l t e r i n g i s s e r i o u s l y d e g r a d e d . i n a n a i r b o rn e r a d a r , t h e re i s i n t e r d e p e n d e n c e b e t w e e n th e c l u tt e r d o p p l e r f r e q u e n c y a n d s p a t i a l p o s i t i o n . s p a c e - t i m e a d a p t i v e p r o c e s s i n g ( s t a p ) u t i li z e s th i s i n t e r d e p e n d e n c e t o s u p p re s s c l u tt e r a n d g e t p e r f e c t m a i n - l o b e a n d s i d e - l o b e c l u t t e r s u p p re s s i o n . b u t s t a p i s t o o c o m p l e x t o b e r e a li z e d . t h i s d i s s e r t a t i o n s t u d i e s t h e g r o u n d c l u t t e r s u p p re s s i o n o f a b s r . b e c a u s e l o w叫 s e r e p e t i t i o n f r e q u e n c y ( l p r f ) a n d l o w s i d e - l o b e a n t e n n a a re a d o p t e d , w e f o c u s o n m a i n - l o b e c l u t t e r s u p p re s s i o n . a b s r m a i n l y u s e d t o d e t e c t th e s l o w t a r g e t s o n g r o u n d w h o s e d o p p l e r fr e q u e n c i e s a r e v e ry c l o s e t o c l u tt e r d o p p l e r s p e c t r u m , o r e v e n f a ll i n t o c l u tt e r d o p p l e r b a n d . u n d e r t h i s c o n d i t i o n , f r e q u e n c y d o m a i n o n e - d i m e n s i o n f i l t e r in g c a n n o t g e t s a t i s f a c t o ry r e s u l t s , a n d s t a p i s t o o c o m p l e x . s o l o o k i n g f o r a s i m p l e , e f f e c t i v e a n d r e a li z a b l e m e t h o d f o r m a i n - l o b e c l u t t e r s u p p re s s i o n i s t h e m a i n t a s k o f t h i s d i s s e r t a t i o n b e c a u s e m u l t i c h a n n e l r e c e i v e r i s a d o p t e d , a d a p t i v e d i s p l a c e d p h a s e c e n t e r a n t e n n a ( a d p c a ) h a s c e r ta i n s p a c e - t i m e t w o - d i m e n s i o n a l f il t e r i n g a b i l i t y . a d p c a i s b e t t e r t h a n f r e q u e n c y 一 l o b e c l u 讹r su p p r e s s l o na n d s l o w d o m a i n o n e - d i m e n s i o n f i l t e r i n g i n m a i n - l o b e c l u t t e r s u p p r e s s i o n a n s to w t a r g e t s re a li z a t i o n t h a n s t a r s o , t h i s d i s s e r t a t i o n s t u d i a n a b s r m a i n - l o b e c l u t t e r s u p p re s s i o n s y s t e m d e t e c t i o n , a n d i s e a s i e r f o r e s i t i n d e t a i l , a n d d e s i g n e d b a s e d o n a d p c a . h a v i n g d o n e a ll t h e s e , t h i s d i s s e r t a t i o n p r o p o s e s t w o p r a c t i c a l m a i n - l o b es u p p res s i o n m e t h o d s a n d a n a l y z e s t h e i r r e a l i z a t i o n . t h e ma i n c o n t e n t s o f t h i s d i s s e r t a t i o n i n c l u d e : 1 . s u m m a r i z e s t h e m a i n m e t h o d s o f a i r b o rn e r a d a r c l u tt e r s u p p r e s s i o n a n d a n a l y z e s t h e i r p e r f o r m a n c e s a n d c h a r a c t e r i s t i c s . c h o o s e s a d p c a a s t h e s t u d y o b j e c t , w h i c h i s re a li z a b l e u n d e r c u r r e n t t e c h n o l o g y c o n d i t i o n a n d h a s s a t i s f a c t o ry m a i n - l o b e c l u t t e r s u p p r e s s i o n a b i li t y . 2 . a n a l y z e s t h e e c h o c h a r a c t e r i s t i c s o f a i r b o r n e r a d a r s i n d e t a i l a n d c o n s t r u c t s t h e a i r b o r n e r a d a r m a i n l o b e e c h o m o d e l f o r l o w p r e d e s i g n s t h e e c h o s i m u l a t i o n p r o g r a m w h i c h c a n s i m u l a t e s t h e t i m e - s p a c e d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f a i r b o rne r a d a r ma i n - l o b e e c h o e s . t h i s i s v e ry i m p o r t a n t in s t u d y i n g t h e p e r f o r m a n c e s o f v a r i o u s c lu t t e r s u p p r e s s i o n me t h o d s . 3 . a n a l y z e s t h e p e r f o r m a n c e o f a d p c a , e s p e c i a ll y i t s s p a c e - t i m e f i l t e r i n g a b i l i t y . a n a l y z e s t h e re a s o n t h a t a d p c a p e r f o r m a n c e d e g r a d e s w h e n t h e c e n t r a l d o p p l e r f r e q u e n c y o f m a i n - l o b e c l u t t e r i s n o t e q u a l t o z e r o . b a s e d o n t h i s , p ro p o s e s a m a i n - l o b e c l u tt e r s u p p r e s s i o n m e t h o d c a ll e d m a i n - l o b e c lu tt e r f r e q u e n c y s h i ft a d p c a . 4 . p r o p o s e s a p r a c t i c a l s p a c e - t i m e t w o - d i m e n s i o n m a i n - l o b e c l u t t e r s u p p re s s i o n m e t h o d b a s e d o n th e l i n e a r c o n s t r a i n t m i n i m u m v a ri a n c e s t a p u n d e r c o n d i t i o n o f l o w s i g n a l t o c l u t t e r r a t i o i n a i r b o r n e r a d a r e c h o e s . t h i s m e t h o d a d o p t s t w o - c h a n n e l r e c e i v e r a n d a d a p t i v e l y p r o c e s s e s t h e e c h o e s u n d e r p o w e r i n v e r s i o n c ri t e ri o n . i t i s e a s y f o r rea l i z a t i o n . 5 . a c c o m p li s h e s t h e h a r d w a re s y s t e m d e s i g n f o r a i r b o r n e r a d a r m a i n - l o b e c l u tt e r s u p p re s s i o n . a c c o m p li s h e s t h e a i r b o rn e r a d a r e c h o s i m u l a t i o n s y s t e m d e s i g n t o a s s i s t t h e t e s t o f c l u t t e r s u p p re s s i o n s y s t e m . 6 . a n a l y z e s t h e c o m p u t a t i o n b u r d e n a n d t h e p r o b a b i li t y f o r re a li z a t i o n o f t h e t w o m a i n - l o b e c l u tt e r s u p p r e s s i o n m e t h o d s p r o p o s e d b y t h i s d i s s e r t a t i o n . p u t s f o r w a r d th e s c h e m e f o r i m p rov e m e n t o f t h e c u r r e n t s y s t e m . a i r b o rne s u p p res s i o n ; c t i m e a d a p t i v e s h i f t a d p c a; p r o c e s s ing -a d a r ; m a i n - l o b e c l u t t e r a n t e n n a ( d p c a ) ; s p a c e - h o s i m u l a t i o n ; fr e q u e n c y . 4- 电子科 技大学博士论文 第一章绪论 1 . 1研究背景及意义 现代战 争的一 个显著特点是战区的 宽阵面和纵 深化， 要 取得战争的主 动 权就 必须对敌方远距离、 大范围区 域内的 调动进行有效的 监视和侦察。 战场侦察是军 事指挥人员及时获得敌军兵力布署、 火力配备、集结地域和增援调动等情况的 手 段。 在现代战 争环 境下，由 于高机动 机 械化部队、 远程高 精度攻 击武器、 高 性能 作战 飞机等 现 代化武 器大 量投人战斗， 战 线模糊， 战场区 域 延伸 扩大， 战场兵力 布 署变化频繁， 从而增加了战场侦察的 难度和重要性。 这也对应用于战场侦察系 统中 最主要的传感器雷达提出了 越来越高的要求. 与 地基雷达相比 ， 机载雷达在战 场侦察中 具 有明 显的 优势。 低空 飞 行的 飞 机， 地面 运动车 辆是战 场侦察的主 要对象. 对传统的 地 基雷 达而 言， 这些对象由 于 地 形、 地物的 遮掩而 难以 被发现。 机载战 场侦察雷达由 于 雷达 平台 很高， 这些遮掩 将不复存在。 而且机载战场侦察雷达还具有视好 的 机动性能和很大的搜索范围等 优点，因 此它在战场侦察中 扮演了 越来越重要的角色。 但是， 机载战场侦察雷达由 于平台 运动及下视， 也将面临比 地基雷达更加复 杂的杂波环境。与地面雷达相比，机载战场侦察雷达地杂波的特点主要包括: 川由 于雷达下视， 杂波区域 较大，因 此杂波强 度远 大于目 标信号强 度。 c 2 )由 于雷达平台的 运动， 主 杂波中 心 频率 将产生多 普勒 频移， 同 时 产生 主、副瓣杂波的频谱展宽. ( 3 )对于地面目 标，由 于其速 度较低， 因 此目 标多普勒频率与地杂波多普 勒 频率非常接近。 ( 4 )由 于杂波背景随载 机运动 而变化， 杂波 过程 将具有非平 稳的 特点。 ( 5 )杂波多普勒频率与载 机速度和天线扫描 方向 具有对应关系. ( 6 )不存在无杂波区 域. 从以 上介 绍可以 看出， 机载 战场 侦察雷达 信号 处理的 一 个显著特 点 是从极强 的 杂波背景中 检测和 识别低速目 标， 杂波抑制 是机 载雷达 信号 处理 必须首先解决 的 难题。由 于杂波将产生多普勒 频移和频 谱展宽， 机载雷达的 杂波 杂波抑 制比 地 基雷达更加复杂. 机载雷汰杂波抑制方法主要可分为两类，一是在时间域 ( 频城) 作一维处理 第一章 绪论 的 方法， 一是在空间 一时间 域进行 联合处理 ( s t a p ) 的 方法p -3 4 1 时间域处理的基本思想是利用目 标和杂波在多普勒频率上的区别11 -0 1 ，构造 以主杂波中心频率为中心的带通多 普勒滤波器， 从频域上对杂波加以 抑制。对机 载战场侦察雷达来说，由于主、副 瓣杂波频谱展宽， 杂波区 域很大。而需检测目 标的 速度较低， 其多普勒频率与杂波频多普勒谱非常接近， 甚至淹没在杂波频多 普勒谱中， 从频域上往往难以区分。因此，时间域一维处理方法性能通常较难满 足机载战场侦察雷达的 要求。 在机载雷达中， 地杂波多普勒频率与载机速度和天线扫描方向之间具有一定 的 对应关系，即 具有很强的空时辆合特性15- 10 1 。 针对这个特点，出 现了 利用目 标 和地杂波在空间一时间二维平面位毋卜 的差别对地杂波进行抑制的空一 时二维杂 波抑制方法 ( s t a p ) o s t a p在目 标多 普勒频率淹没在杂波多 普勒频谱中 时， 仍 能获得很好的杂波抑制性能， 非常适合于战场侦察雷达的 地杂波抑制。 但是， 复 杂的结构、庞大的计算量和对设备的要求精度限制了s t a p 在工程中的应用。 我 们承担了 某型 机载 远 程战场侦 察雷达的“ 平台 运动 补偿” 研究子课题， 该 课题要求通过“ 平台 运动补 偿” 将 机载雷达回 波中 的主 杂波进 行抑制。由 于上述 机载战场侦察雷达的 特点， 传统的 时间 域 ( 频域) 一维 处理方 法 ( 如a m t ! ) 性 能 难以 满足系 统要求。 s t a p虽然理论上具有 很好的 性能， 但其距离工程应用还 有一定的距离。因此， 播要寻找一种既能满足系统要求，又可工程实现的杂波抑 制方法。在对现有各种地杂波抑制方法进行了 分析后， 我们选择了自 适应相位中 心偏置天线 ( a d p c a ) 方法作为重点研究对象11 1 1x 1 11 5 1 . a d p c a具有一定的 空一 时二维处理能力，能够满足机载远程战场侦察雷达对低速目 标检测的 要求。同时 a d p c a结构简单， 易于实现， 是现阶段较为理想的机载战场侦察雷达主杂波抑 制方法。 基于这些考虑， 我 们采用a d p c a主杂波抑制方案， 并完成了 硬件系统 的 设计和实现。在此基础上， 本文还作了 一些理论分析， 提出了两种实用的主杂 波抑制方案， 并为下一步工作做了 探索。 1 .2 机载雷达杂波抑制技术国内外研究概况 机载雷达杂波抑制技术发展可追溯到五十年代关于运动补偿的 研究， 直到九 十年代初形成研究热点的空一时二维自 适应处理方法11 -5 1 1 电子科技大学博士论文 根据机载雷达杂波的特点， 最初的 杂波抑制技术是针对杂波多普勒频移和频 谱展宽分别进行的。补偿杂波多普勒频移的主 要方法是主杂波锁定法 ( c l u tt e r - l o c k ) 1 -s 1 13 1 ，其典型代表是时间平均相干机载雷达技术 ( t a c c a r )和自 适应 a m t i ( a m t i ) 技术。 t a c c a r是 麻省理工学院 林肯 实 验室六十 年代提出的 杂 波多普勒频移补偿方法t o 。它通过对一段距离在几个脉冲重复周期的回 波采样测 得杂波的平均中心频率， 并采用锁相环控制相干振荡器频率， 这样回 波的多普勒 频移被消除。 t a c c a r的缺点是其测得的是杂波平均多普勒 频率，而机载雷达 各距离单元的多普勒频移是不同的。因 此为了 取得更好的 效果， 需要多个杂波测 量 假踪系统，以 对应不同的 距离单 元。 同时， 其主 杂波跟 踪速 度也较慢。 另 一种主 杂波锁定法是r . v o le s 于 1 9 7 3 年 提出的 13 1 ， 与t a c c a r调整相 干振荡器频率的方法不同， 该方法在基带对多普勒频移进行补偿。首先对回 波进 行频移 ( 对应于所有可能的多普勒频率) ， 然后送人普通双脉冲对消器， 具有最 小输出功率的 对消器输出 被用于进行目 标检测。 类似地， 可以 通过自 适应调整对 消 器阻 带中心 位置取得相同的效果，即 常见的a m t i . 为了补偿雷达平台运动引起的杂波多普勒频谱展宽，f . r . d ic k e y和 d . b . a n d e r s o n 等人于五十年代提出 相位中 心偏置天线 ( d p c a ) 方法p 1 z 1 p a 它包括机械和电子两种实现方式。 在机械方式 d p c a中， 采用 两 个与 平台 运动 方 向 平 行 的 天 线 子 阵 ， 他 们 的 相 位 中 心 距 离 为d e 通 过 设 里d = v t t , ( 砚 为 平 台 运 动 速 度， 兀 为 脉 冲 重 复 周 期) 及 采 用 两 个 天 线 交 替 发 射 接 收 ， d p c a能 够 补 偿 平 台 运 动 。 但 是 ， 由 于 相 位 中 心 距 离d 需 要 根 据 v . 进 行 调 整 ， 因 此 其 在 实 际 应用中 有一定难度。 作为改进， 电 子方式 d p c a通过 形成相位补偿信号， 补 偿回 波信号相位， 使前后两个回 波相位差为零。当 载机速度改变时，只 需要自 适 应 调整补偿信号的幅 度即 可。 将t a c c a r和d p c a相结 合用以 分别补 偿多 普勒 频移和频谱展宽的方法已 在e - 2 c a e w雷达中 得到 成功 应用。 由于机载雷达杂波频谱具有很强的 空时藕合性， 空时 二维联合处理将 取得很 好的杂波抑制性能。 l . e . b re n n a n于 1 9 7 3年提出了空一时二维自 适应处理 ( s t a p ) 概念， 并导出了 最佳处理 器结构19 - 1 0 1 。 但是由 于 计算量 极大， 最佳s t a p 仅具有理论意义而难以 实现. 在此以 后， 相继出 现了一批最佳s t a p 的降 维和简 ， a m m一 般 指 机 续m n . 本 文 则 用 于 指自 适 应m 1 7 ( a d a p d v e m m 第一章 绪论 化的次佳方法。 德国的r . k l e m m博士于1 9 8 7 年提出了辅助通道法 ( a c r ) 1 e 1 , 将系统自 由 度从n k 降到了n + k ( n 为空间 采用数， k 为时间 采样数) . r . d . b r o w n 于1 9 9 6 年提出了i a -s t a p ( 1 ， 进一步对最佳 s t a p 进行了简化， 朝s t a p 实 用化走出了 一大步。 国内 一些高校和 科 研院 所对机载雷达杂 波抑制也做了 很多研究工作3 4- 5 1) 。电 子科技大学对 d p c a方法作了多年的 研究， 并在最近将 d p c a杂波补偿方法应 用于某型机载战场远程侦察雷达的主杂波抑制系统中，取得了较好的效果5 1 1 1 21 1 1 2 3 1 。 西安电 子科技大学重点研究了 s t a p及其简化， 取得了丰硕的成果， 相继 提出了 一系 列 s t a p简 化算法和 实用处理结构3 5 4 5 1 。电 子部十所在多年研究地面 战 场雷达的 基础上进行了 直升机载 远程战场侦察雷达系统的 总体研究， 并结合总 体开展了 多项关键技术的 研究工作4 71 。 另外， 清华大学、电子部十四 所等单位 也作了很多工作。 上述各单位的研究使我国机载雷达杂波抑制的研究与世界同 步，并对我国机载雷达杂波抑制系统性能的提高作出了贡献。 1 . 3 本文的主要工作 本文主要研究了机载 远程战 场侦察雷达主杂波的自 适应抑制技术、机载单脉 冲雷达回 波视频相干模拟、 a d p c a空一时多普勒建波性能分析及改进、以单脉 冲 雷 达为 基础的 一种实用空一 时 杂波抑制方案及基于a d p c a的 机载雷达主 杂波 抑制硬件系统的 设计、 调试。 全文的 工作概况如下: ( 1 ) 总结了机载雷达杂波的主要抑制方法， 对他们的性能、 特点进行了分 析。 从中 选择了 一种在当 前技术条件下能够实现的， 并且满足机载战场侦察雷达 主杂波抑制要求的杂波抑制方法作为研究重点。 ( 2 ) 对机载雷达回波谱特性进行了深人的分析，建立了较完备和逼真的低 脉冲重复 频率机载雷达主 波束回 波模型， 并设计了回 波模拟程序。 该程序能够模 拟机载雷达主波束回 波在时间 一空间 上的 分布特 性， 对于 研究各 种主 杂波抑制方 法的 性能具有重要意义。 ( 3 ) 对 a d p c a性能进行了分析，重点分析了 其空一时二维主杂波抑制特 性， 指出a d p c a是简单的s t a p 系 统。同 时， 分析了 为 什么a d p c a需要与主 杂波跟踪系统 ( 如 t a c c a r ) 结合使用的原因。 在此基础上， 提出一种基于主 杂波 频移的a d p c a方法。 ( 4 ) 根据机载雷达回 波杂波功率远大于目 标信号的 特点， 在基于线性最小 电子科技大学博士论文 方差准则s t a p 方法的 基础上， 提出 一种实用的空一时二维主杂波抑制方法。该 方法利用单脉冲雷达空间上双路接收天线， 采用功率倒里准则对回 波进行自 适应 处理，计算量小， 且有一定空一时处理能力。 ( 5 ) 完成了 基于 a d p c a的 机载雷达主杂波抑制系统的 硬件实现、 调试。 为了配合该硬件系统的调试，完成了机载雷达回波信号模拟系统的设计、调试。 ; 1 .4 全文的主要内 容和安排 全文的 研究内 容和章节安排如下: 第一章: 绪论。 概述了 课题的 研究背景、 机载雷达自 适应杂波抑制技术国内 外研究发展概况及论文的内容安排。 第二章: 机载雷达杂波抑制的主要方法. 介绍了主要的 几种机载雷达杂波抑 制方法， 从中 选择了 适合机载战场侦 察雷达主杂波抑制的a d p c a方法作为 研究 重点和硬件实现基础。 第三章: 机载雷达回 波仿真。 建立了比 较通真的低重复频率机载雷达回 波的 数学模型， 设计了用于产生回 波数据的计算机程序。 第四章:a d p c a性能分析及一种改进方法。分析了a d p c a的主杂波抑制 性能及当主 杂波中 心频率不为 零时其性能下降的 原因。 提出一种基于主杂波频移 的a d p c a主 杂波抑制方法。 第五章: 基于功率倒置法的 机载雷达主杂波抑制方法。 提出一种基于功率倒 置法的机载雷达主杂波抑制方法。 第六章: 基于a d p c a的硬件系统。介绍了基于a d p c a的机载雷达主杂波 抑制硬件系统的实现。 第七章: 对本文提出的两种方法计算量进行了 对比， 提出了机载雷达主杂波 抑制硬件系统改进的设想. 第二章 机成甘达杂波抑侧的主要方法 第二章 机载雷达杂波抑制的主要方法 本章 将介绍机载雷达杂波抑制的主要方法， 探 讨不同自 适应杂波抑制方法 在机 载远 程战 场侦察雷达 上 应用的 可能 性。 首 先对机载雷达主 瓣杂波分布 特性进 行了 分析，了 解机载雷达杂波分布的特点。 结合机载雷达杂波分布的 特性， 介绍 了 几 种主 要的 杂波抑制方法。 杂波 锁定法和 运动补 偿方法是机载雷达杂波抑制较 早采用的 方法， 我们将对几种 典型 方法进行 分析. 空一 时二维自 适应处理( s t a p ) 是机载 雷达杂波抑制领域的 研究热点， 我 们将介绍其基本思想及各种降维、 简 化 算法。 在对现有各种方法进行了 讨论之后， 根据机载战场侦察雷达的特点、 现有 技术条件和实际系统要求， 提出了 在机载主杂波抑制系统中 采用的 具体方法， 作 为重点分析对象。 2 . 1机载雷达的地杂波谱 机 载雷达下视工作时， 天 线波束照射区内 地面散射体的回 波通过天线进人接 收 机， 即 形 成地杂波。由 于平台的 运动， 机载雷 达地杂波频 谱产生了 多普勒频移 和 频 谱 展 宽 。 其 地 杂 波 频 谱 可 用图2 . 1 粗 略 表 示， 图 中 天 为 雷 达 的 脉 冲 重 复 频 率 。 结合本课题的具体情况，由 于 1 图2 . 1 机载番达地 杂波 谱示意图 采用了 超低副瓣天线，因此高度线 杂波和副瓣杂波与主瓣杂波相比 要 小得多。 下面的对地杂波谱的分析 及各种杂波抑制算法的介绍将主要 集中在主瓣杂波上。在机载战场侦 察雷达中， 为了 避免目 标回 波产生 - , .f /f距 离 模 糊 ， 采 用 了 低 脉 冲 重 复 频 率。 因 此， 在对杂波 谱分析时，只 需考虑同一个距离波门的回 波。 2 . 1 . 1杂波散射体与甘达平台的空间位里关系 与 地球半径相比， 载 机高 度及其探 测距离都很小。 地球曲 率的 影响 可以 忽略 一 一一一一一一，一一一一 电 子科 技大学博士论 不 计， 雷 达 天 线 主 波 束 的 照 射 区 可 以 认 为 是 一 个 平 面 。 根 据 网 格 分 析 法， 天 线 主 波 束 照 射 区 可 看 作 由 很 多 散 射 m i 成 散 射 体 的 晰由 方 位 角 频 率 t力 和 距 离 波 门 的 宽 度 (， )“ “ = 2v.fa = b , f, (9 )d o = - cos p cos(9bb 2 r“一 a ) x 2 x sin a ,b _ _， ， .9 . 0 . 、 . 囚 u , 很 小 ， s m 才“ 2 i v t 以 : = 2v t coo coo 。一 a ) = 2 一 ， sin a ( 2 - 2 ) 对 位 于。 角 的 某 一 杂 波 散 射 单 元 ， 其 多 普 勒 频 移 与 平 均 多 普 勒 频 移几 的 差 为 : 4f , (0 ) = f ,(e )- : 二 誉 cosp sin(a + b )- sin a 一 誉 cos 6 sin a (co s 0 一 ，)+ co sa sin e 6 一般很小， 满足c o s b 二 1 , s i n e = 6， 上式可写为: af ,(8 ) - 誉 co s p cosa x b ，。 - 鲁 ，鲁 ( 2 一 3 ) 由( 2 - 3 ) 式可得中 间 距离波门的 杂波 谱宽为: 、 二 2af ,( ) - 誉 co s f cos a x 9 , ( 2 - 4 ) 从以 上分析可以 看出， 机载雷达主 瓣杂 波将 产生多 普勒频移和 频谱展宽。 而 电子科技大学博士论文 且主杂波中 心 频率随平台 运动速度和天 线波束人射角的 余弦 存在对应关系， 这表 明机载雷达主杂波呈现空一时二维藕合特性。 2 . 2机载雷达杂波抑制主要方法 2 . 2 . 1 t a c c a r技术 早期对机载雷达杂波的补偿是针对杂波多普勒频移和频谱展宽分别进行的 “ 。 ” 。为了 补偿因雷达平台运动引起的杂波多普勒频移， m t t林肯实验室于六十 年代提出了t a c c a r ( t i m e a v e r a g e c l u tt e r c o h e re n t a i r b o r n e r a d a r ) 方法， 这是杂 波锁定法在早期的一种实现形式1 . 2 1 11 3 1 。图2 .4 是采用t a c c a r的 机载m t t 雷 达功能示意图。 图2 .4 t a c c a r控侧环功能框图 图 中 杂 波 包 络 检 波 器 通 过 测 童 杂 波 回 波 脉 冲 到 脉 冲 之 间 的 相 移% t d ， 得 到 杂波偏离零频的误差信号。多个距离环的杂波平均误差信号作为压控主相干振荡 器 ( c o h o ) 的 输人， 对雷达 发射频率 加以 控制。 雷 达发射 频率中 的fc将补 偿 杂波的 多普勒频移， 使杂波回 波中 心频 率保持为 零。 t a c c a r具有较好的杂波多普勒频移跟踪能力。但是，t a c c a r也存在着 不足。对机载雷达而言，不同距离环杂波的多普勒频移随空间位置变化，而 t a c c a r得到的 是多个距离环的 平均多普勒频移.因 此对每个特定的 距离 环， 第二章 机载苗达杂波抑制的主要方法 多普勒 频移补偿必然 存在 误差， 这将造成改善因 子的 下降。 同 时， 其主 杂波跟踪 速度也较慢。 2 . 2 . 2 a m t i ( a d a p t i v e n m) 技 术 另 一种典型的 杂波锁 定法是r . v o l e s 于1 9 7 3 年提出的a m t i 技 术 ) a a n i n 最初的结构是通过在基带对杂波回 波进行频移， 频 移量 对 应于 多 个可能的的 杂波 多普勒频率。频移后的回 波被分别送人杂波对消器，并选择功率最小的输出用于 目 标检测。 类似地，可以 通过自 适应改变杂波对消器的 阻带中 心位里取得相同的 效果引 。 其实现原理框图 如图2 . 5 所示。 为了补偿雷达平台运动引起的 图2 .5 一阶a u l y ii 系 统框留 杂 波 脉冲 间 相 位 差， 将x ( t 一 t , ) 乘u 加权因 子w o = r e j . 。 用x ( n ) 代替 x (t ) , x ( n 一 1 ) 代 替x ( t 一 t , ) ， 则 对 消器箱出可表示为: x , ( n ) = x ( n ) 一 凡 x x ( n 一 1 ) ( 2 一 5 ) 由( 2 - 5 ) 式可得对消器的 传输函 数: ! h ( j t ) ) w i 一 w o e - j 0w ; i ( 2 一 6 ) 将 凡= r e i g) 代 人( 2 - 6 式 可 得 : 1 h( j m ) w 1 一 r e - x 09 ; - v )( 2 一7 ) 可 见， 对 消 器的 阻 带中 心 被 平 移 到f = ( p / z tc ) x f , 十 n f , ( n 为 整 数 ，( m t i 的 阻 带中 心 在f = n f , 处 ， 达 到了 移 动 滤波 器阻 带中 心 的目 的。 为了 使对消器阻带中心与杂波多普勒中心频率相同， 摇要正确选择加权因 子 w o 。 在 机 载 霄 达 系 统中 ， 杂 波 相当 强， 一 般 远 远 大于 信 号 。 因 此 当 滤 波 器 输出 功率 最小时， 就可以 认为 对消 器阻带中 心与 杂波多 普勒中 心频率 相同。 所以， 采 用 最 小 输出 功 率 准 则 确 定w o , 求 值 表 达 式 为: 、 二 e (n)x (n- 1e x (n - 1)12 ( 2 一8 ) a m t i 采用最小输出 功率准 则， 能够较好地跟踪主杂波中 心频率。 但由于 a m t i 只是时间域一维处理，当目 标多普勒频率淹没在 杂波 多普勒频 谱中时， 从 多普勒频率上对目 标和地杂波无法区 分， 其杂波抑制能 力下降。 2 . 2 . 3 d p c a技术 为了 补偿雷 达平台 运动引 起的 杂波多普勒 频谱 展宽， f . r . d ic k e y和 d . b . a n d e r s o n 等 人于 五十 年 代 提出d p c a ( d i s p l a c e d p h a s e c e n t e r a n t e n n a 相 位中心 偏置天线) 方法11 , 2 1 1 1 5 1 . 根据实现方法的 不同， 可将d p c a分为机械和电 子两种方式。 2 . 2 . 3 . 1 机械式d p c a 11 ,2 1 在机械 式 d p c a中，采用两个孔径与载机飞行方向平行的两个天线，天线 相位中 心距离为d . 其原理图如图2 .6 所示. 卜一卜叫 第n个脉冲 r 2凡 .- 一 一 -口 公，一 一 劝 一- 闷 卜 . ，一 人.一尹 、_ 矛v _ 第n + 1 个 脉 冲凡“ 、 、凡， 图2 . 6机械式 d p c a原理图 在图2 .6中，第n个脉冲由前天 线凡 发 射 和 接 收 ; 在 下 一 个 脉冲 重复 周 期， 第n + l 个 脉冲 由 后 天 线r 2 发 射和接收。 假 设 载 机 速 度 为 v a ， 则 在 一 个 脉 冲 重 复 周 期t , 天 线 相 位中 心 移 动 距 离 为v , t , 。 如果 设it 天 线相 位中 心 距 d = v , t , ， 则 第n个 脉 冲 采 用 的 天 线 阵r ， 与 第n + 1 个