機(jī)載雷達(dá)空時(shí)自適應(yīng)處理技術(shù)

機(jī)載雷達(dá)信號(hào)環(huán)鏡

機(jī)載雷達(dá)面臨著嚴(yán)重的地(海)雜波，由于雜波強(qiáng)度大,分布范圍廣,并且由于載機(jī)的運(yùn)動(dòng),雷達(dá)雜波頻譜存在展寬。因此,雜波的抑制是機(jī)載雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)難題。傳統(tǒng)的機(jī)載雷達(dá)雜波抑制方法僅在時(shí)/頻域處理,難以有效抑制雜波,導(dǎo)致小目標(biāo)無法檢測(cè)。因此,亟需發(fā)展新理論、新技術(shù)來解決機(jī)載雷達(dá)的雜波抑制難題。

機(jī)載雷達(dá)的信號(hào)分布

由于機(jī)載雷達(dá)的地物雜波呈現(xiàn)為空時(shí)二維耦合譜特性，這就決定了機(jī)載雷達(dá)雜波抑制基本屬于空時(shí)二維濾波問題，而且，其二維處理需實(shí)時(shí)自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)，即雜波抑制需使用空時(shí)二維自適應(yīng)處理(STAP)。自適應(yīng)處理既可實(shí)現(xiàn)與復(fù)雜外界環(huán)境的有效匹配，同時(shí)又可在一定程度上補(bǔ)償系統(tǒng)誤差的影響，因而可大大改善系統(tǒng)的性能口但自適應(yīng)處理往往需要系統(tǒng)能靈活形成多波束和在線實(shí)時(shí)計(jì)算自適應(yīng)權(quán)，從而涉及較大的運(yùn)算量。數(shù)字波束形成(DBF)技術(shù)及超大規(guī)模集成電路(VLSI)的迅速發(fā)展，為精確控制空時(shí)自適應(yīng)權(quán)值和加快處理速度提供了保障，從而為空時(shí)二維自適應(yīng)處理的實(shí)際應(yīng)用提供了有利條件。

空域、時(shí)域和空時(shí)二維濾波的對(duì)比

發(fā)展歷程

空時(shí)自適應(yīng)處理技術(shù)，是空域自適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展。二十世紀(jì)60年代末， Van,Atta等人提出了空域自適應(yīng)的思想用來抑制空域雜波和干擾。1973年，Brennan首次提出了空時(shí)二維自適應(yīng)處理的概念，將陣列信號(hào)自適應(yīng)處理的基本思想由陣元信號(hào)推廣到脈沖和陣元采樣的二維數(shù)據(jù)場(chǎng)中，

由于STAP的運(yùn)算量極大,實(shí)時(shí)處理幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。因此這之后的多年中幾乎無人跟進(jìn)開展研究。直到20世紀(jì)80年代初期，Klemm博士提出了輔助通道法(ACR)降維，使工程實(shí)現(xiàn)成為可能，從而掀起研究的熱潮。保錚院士是國內(nèi)研究STAP的先驅(qū)，其后涌現(xiàn)出如王永良院士、廖桂生教授等。

目前STAP處理的算法N中，主要可分為以下四類：

關(guān)于STAP最有名的報(bào)告為J Ward 的Space-Time Adaptive Processing for Airborne Radar，該報(bào)告目前引用次數(shù)為1215次。

STAP的基本原理

陣列天線在一個(gè)CPI時(shí)間內(nèi)利用天線陣同時(shí)處理空間和時(shí)間二維數(shù)據(jù)，在噪聲和雜波環(huán)境中檢測(cè)并定位目標(biāo)信號(hào)?？臻g數(shù)據(jù)來源于陣列的一系列天線單元，時(shí)間數(shù)據(jù)來源于相干處理時(shí)間內(nèi)的一系列脈沖串。N個(gè)天線單元，M個(gè)脈沖串，L個(gè)距離環(huán)的數(shù)據(jù)形成了三維數(shù)據(jù)立方體。三維數(shù)據(jù)立方體中包含了所有目標(biāo)信號(hào)，雜波，干擾和噪聲信息。從每個(gè)距離門接收到的數(shù)據(jù)被歸入一張快照，連續(xù)的距離門數(shù)據(jù)就累積成為一個(gè)數(shù)據(jù)立方體。我們用數(shù)據(jù)立方體來查詢各個(gè)距離門是否存在目標(biāo)信號(hào)。而自適應(yīng)的二維波束形成保證每個(gè)距離門的信噪比最大。

國外著名的項(xiàng)目Mountain Top計(jì)劃簡(jiǎn)介

STAP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要有：Mountain Top計(jì)劃；MCARM計(jì)劃；MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的KASSPER計(jì)劃將各種先驗(yàn)知識(shí)融合到傳統(tǒng)的STAP算法中；南加州大學(xué)在 IBM 公司的SP2、Cray公司的T3D和Intel公司的Paragon等多種大規(guī)模并行機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了STAP并行算法；另外，國內(nèi)西安電子科技大學(xué)，清華大學(xué)，國防科技大學(xué)，中國科學(xué)院等單位在STAP實(shí)驗(yàn)方面也做了很多工作和努力。

上世紀(jì)90年代，美國空軍與Advanced Research Projects Agency(ARPA)簽署協(xié)議，由ARPA出面牽頭實(shí)施了Mountain Top計(jì)劃，旨在對(duì)下一代機(jī)載早期預(yù)警雷達(dá)中應(yīng)用的先進(jìn)信號(hào)處理及其它相關(guān)技術(shù)進(jìn)行預(yù)研。該計(jì)劃在墨西哥州的白沙導(dǎo)彈試驗(yàn)區(qū)和夏威夷的太平洋導(dǎo)彈試驗(yàn)區(qū)的幾個(gè)山峰的山頂安裝了幾部試驗(yàn)雷達(dá)。1993年前后，在新墨西哥州的白沙實(shí)驗(yàn)區(qū)以及夏威夷的太平洋試驗(yàn)區(qū)采集了一批數(shù)據(jù)。

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編輯：黃飛

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