基于中值对消ACSI算法的机载雷达杂波抑制研究_李哲.pdf
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1、第 卷 第 期(总第 期)年 月火控雷达技术 .().收稿日期:作者简介:李哲(),男,硕士研究生。研究方向为雷达总体设计。基于中值对消 算法的机载雷达杂波抑制研究李 哲 王 伟 赵 娟 党腾飞 卢珊珊(.西安电子工程研究所 西安;.西安现代控制技术研究所 西安)摘 要:杂波抑制干涉(,)是一种常见的雷达信号处理方法,其高效抑制雷达接收回波中的地杂波干扰,可大大提高机载合成孔径雷达地面动目标指示()的信杂噪比。然而,由于杂波抑制算法要实时进行大量滤波权系数的计算,因此其在工程中的实现较为困难。基于此研究背景,本文对机载雷达地杂波进行了建模,分析了、()和中值对消 三种杂波抑制算法的原理和性能,
2、并进行了工程实现。由工程实验结果可知,三种算法均可提高机载雷达信杂噪比,从而提高动目标识别能力,其中中值对消 算法虚警概率最低,性能提升最大。关键词:机载雷达;杂波抑制干涉;中值对消 算法中图分类号:文献标志码:文章编号:()引用格式:李哲,王伟,赵娟,党腾飞,卢珊珊.基于中值对消 算法的机载雷达杂波抑制研究.火控雷达技术,():.:.,(,;,):,(),(),(),:;引言合成孔径雷达()是一种空间分辨率极佳的微波成像雷达,可全天时全天候工作,通常应用于对地或对海的静止场景成像,在民用观测和军事领域都有着举足轻重的作用。然而在工程实际中雷达往往工作在较为复杂的环境下,因此接收回波中会存火
3、控 雷 达 技 术第 卷在大量的杂波和噪声分量,直接影响了雷达的信杂噪比,从而影响到雷达的动目标分辨性能。因此,为了得到更高精度的动目标检测结果,地杂波抑制的重要性便不言而喻。常见的杂波抑制技术有时间平均相干机载雷达()技术以及偏置相位中心天线()技术等。然而,由于杂波抑制算法要实时进行大量滤波权系数的计算,因此其较难应用在实际雷达工程信号处理中。故本文着重选择了、中值对消 三种算法加以研究,首先对机载雷达地杂波进行了建模,然后分析了上述三种算法的原理和理论性能,最后通过 将其应用在实际工程中,以工程实际数据来验证并比较几种算法的优越性。以此为思路,首先,我们需要对机载雷达地杂波的特征加以研究
4、。机载雷达地杂波模型如图 所示,为机载雷达回波数据采集几何关系。接收中心设置在由均线阵()接收回波信息的最大速率、平台高度 的水平面上进行匀速直线运动的载机上,它的阵元数为,阵元间隔为,并设雷达波长为,脉冲重复周期()为,在单个 内以 个脉冲发送和接收。图 机载雷达回波数据几何关系如果把全部杂波按方位角等分成个杂波源,并认为每个杂波源都彼此独立同分布,在时域中是彼此相关的。则对于没有距离模糊的系统来说,其第 个杂波源的 维空间时间导引向量,可以描述为(,)()()其中,(),(),(),()为杂波的时域和空域导引向量;表示向量的 积;上标 为矩阵求转置,、则是对第 个杂波源的归一化多普勒、空间
5、频率,由其俯仰角,方位角和偏航角度确定,即 ()|()经过距离脉压后,此距离内杂波的回波信号可用所有杂波源的线性组合来表示为 (,)()其中(,),(,),(,),而系数矩阵 ,为第 个杂波源的对应的复幅,服从零均值复高斯分布,方差为。所以,在此距离门的杂波协方差矩阵,可以描述为 ()其中 (,),()表示对角线元素由矢量 构成的对角阵。杂波抑制干涉().双通道 信号模型图 所示为机载双通道 数据采集的几何和空间模型。确定载机沿 轴航行,雷达天线在正侧视方向上运行,波长为,相位中心为,再由子口径、按航迹位置依次排列接收信息,从子口径相位中央到 的距离都是。假定某一发散点在场地上为,则其方位角和
6、俯仰角在发射孔相位中央所对应的位置,依次为、。从图中可以发现,由于接收位置在航迹上并不相同,导致当 点回波达到孔径、处时,就会形成一条路径差 ,而因为双极化天线孔径间距 远低于成像间距,图中 和 两线也近乎平行,因此 也可表达为 ()这样,点的回波信号传输到、点时将会有不同的相位差为()第 期李 哲等:基于中值对消 算法的机载雷达杂波抑制研究图 双通道 回波信息接收空间关系图 假定 是杂波,其由于载机运行引起的相对运动形成的普勒频率就可以描述为()即当 点为具有一定径向速度的运动目标时,其多普勒频率由目标本身和载机运动联合确定,可以描述为式()所示。()由此可见,同一个位置的杂波与不同运动时刻
7、的目标之间存在着截然不同的多普勒频率,这样在经过 成像后,会处在同一图像中不同的多普勒方位单元内。同理,实际位置处于不同方位的运动目标和杂波,虽然其可能均处于图像中同一像素单元上,但二者由于不同通道接收造成的相位差也不同。多通道的 系统正是由于这一点,才可进行空、时二域的协同处理,这样一来,便可使临近杂波空间的慢动目标的检测更好地进行。在进行双通道 处理时,对天线、点回波的成像中心点分别进行成像运动补偿处理。因此,、接收孔径得到的 图象中,与相应像素单元中静止目标之间具有公式()中的相位差,所以空域的消权系数可以通过一个一个的图像单位来计算,这样就完成了杂波控制的工作。图 中提供了双通道 的信
8、号处理示意图。图 双通道 信号处理示意图 、接收孔径得到的 图像中相应像素单元的复信号分别用(,),(,)来表示,其中 为距离单元序号,为方位单元序号,该像素单元对应的空域对消权系数用(,)来表示为(,)()即每个像素点单元对消权系数可根据系统参数和成像几何关系来计算,并借此逐像素对 通道图像进行补偿,然后对补偿后两通道图像进行相减计算:(,)(,)(,)(,)()火 控 雷 达 技 术第 卷通道中,设某独立像素单元的杂波及动目标信号分别为、,所处实际方位位置对应的干涉相位分别为 、。那么 通道对应像素单元中杂波信号为,目标信号为,则两种分量的输出在经过上述处理后可分别表示为 ()()()|(
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