天基雷達(dá)環(huán)境仿真與動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、天基雷達(dá)（SBR）是正在研制的新一代雷達(dá)系統(tǒng)，它可為軍事和民用服務(wù)。軍事領(lǐng)域的應(yīng)用包括廣域監(jiān)視、威脅防御和裁軍使用。民用領(lǐng)域包括遙感、空中交通管制、空間探索和司法行動(dòng)。SBR的核心優(yōu)勢(shì)是廣闊的視野和全球性的覆蓋。這種覆蓋之廣，超越了政治、戰(zhàn)略或地理等因素的限制，相對(duì)于陸基和機(jī)載雷達(dá)有很大的優(yōu)越性。文中圍繞天基監(jiān)視雷達(dá)的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)課題，主要討論環(huán)境信號(hào)仿真和空-時(shí)自適應(yīng)處理的有關(guān)問(wèn)題。
　　 文中首先討論天基雷達(dá)的環(huán)境因素，包括需

2、要檢測(cè)目標(biāo)的RCS指標(biāo)、噪聲影響、衰減因素、電離層對(duì)雷達(dá)波造成的畸變、陸地和氣象雜波、干擾信號(hào)，并在此基礎(chǔ)上，討論天基雷達(dá)的一些系統(tǒng)問(wèn)題，包括雷達(dá)的觀測(cè)區(qū)域、功率孔徑積、波形設(shè)計(jì)、衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì)和成本因素，進(jìn)而著重討論了地球自轉(zhuǎn)因素和距離重疊效應(yīng)對(duì)目標(biāo)多普勒頻移的影響，以及相控陣天線(xiàn)熱變形對(duì)天線(xiàn)模式的影響。
　　 為了評(píng)估空-時(shí)自適應(yīng)處理算法應(yīng)用于天基雷達(dá)系統(tǒng)的效果，需要對(duì)地雜波圖景進(jìn)行高逼真度的仿真。文中首先根據(jù)特定地區(qū)的地表覆

3、蓋物數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)和雷達(dá)工作參數(shù)構(gòu)建該地區(qū)的地表反射特性瞬態(tài)圖景。然后根據(jù)距離重疊、地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)和天基雷達(dá)的陣列模式，實(shí)現(xiàn)反射特性圖景與雷達(dá)信號(hào)處理算法的交互。最后根據(jù)Billingsley提出的譜模型，仿真雜波內(nèi)部運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。為了模擬脈內(nèi)線(xiàn)性調(diào)頻、脈間頻率捷變體制下的地海雜波，在利用距離多普勒網(wǎng)格法計(jì)算常規(guī)PD（Pulse-Doppler）雷達(dá)地海雜波功率譜的基礎(chǔ)上，從脈內(nèi)子脈沖疊加的觀點(diǎn)分析線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)對(duì)常規(guī)雷達(dá)雜波功率譜和幅度分布特

4、性的影響，進(jìn)而分析頻率捷變所引起的脈間相關(guān)性減弱和時(shí)間隨機(jī)序列方差的減小。得出的結(jié)論有：線(xiàn)性調(diào)頻-頻率捷變體制雷達(dá)雜波的功率譜與對(duì)應(yīng)常規(guī)雷達(dá)的形狀基本吻合，而幅值的變化與脈壓比成正比；該體制雷達(dá)的雜波隨機(jī)序列漸進(jìn)的服從瑞利分布，雜波隨機(jī)序列的方差變化由主瓣中心雜波功率譜密度的比值確定。
　　 為了實(shí)現(xiàn)天基雷達(dá)雜波消除、高分辨率的角度估計(jì)和廣域監(jiān)視功能，文中采用三通道相位中心偏置天線(xiàn)（DPCA）/monopulse（單脈沖）信號(hào)處

5、理系統(tǒng)。天基雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)和地球自轉(zhuǎn)，使得地球上每一點(diǎn)的雜波都產(chǎn)生了附加的多普勒成分——距離游走效應(yīng)。文中從天基雷達(dá)-地球幾何關(guān)系的角度分析距離游走效應(yīng)。距離游走與距離重疊效應(yīng)相結(jié)合，顯著的降低DPCA處理算法的雜波抑制性能。文中針對(duì)距離游走效應(yīng)在相干處理階段進(jìn)行反向補(bǔ)償、在非相干積累階段采用線(xiàn)性?xún)?nèi)插的方法進(jìn)行校正，針對(duì)距離重疊效應(yīng)采用波形分集技術(shù)進(jìn)行校正。
　　 文中探討了知識(shí)輔助的信號(hào)處理架構(gòu)，該架構(gòu)著重考慮了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、兼容

6、性和可擴(kuò)展性，要實(shí)現(xiàn)的功能包括儲(chǔ)存知識(shí)、訪問(wèn)知識(shí)、將知識(shí)整合入信號(hào)處理鏈和雷達(dá)系統(tǒng)體制。文中從雜波的空-時(shí)描述的角度出發(fā)，得到雜波協(xié)方差矩陣模型，該模型可以表示成兩部分之和，一部分體現(xiàn)了回波區(qū)域的異質(zhì)性，另一部分則體現(xiàn)出雜波內(nèi)部運(yùn)動(dòng)和天線(xiàn)單元失配等微小誤差的影響。
　　 根據(jù)雜波協(xié)方差矩陣模型，文中討論了兩種知識(shí)輔助的天基雷達(dá)信號(hào)處理方法。第一種基于期望值最大化方法，首先根據(jù)先前CPI多維數(shù)據(jù)和先驗(yàn)知識(shí)，采用最小平方誤差準(zhǔn)則，得

7、到雜波反射特性地圖。然后結(jié)合該地圖和先驗(yàn)知識(shí)，計(jì)算當(dāng)前CPI的雜波協(xié)方差矩陣。為了增強(qiáng)算法健壯性，針對(duì)雜波內(nèi)部運(yùn)動(dòng)等微小或未知誤差，用EM（Expectation-Maximization）算法估計(jì)修正矩陣。第二種基于有色載入方法，它同樣首先根據(jù)先前CPI立體數(shù)據(jù)和先驗(yàn)知識(shí)，對(duì)雜波區(qū)域分塊定位。并根據(jù)最大似然估計(jì)準(zhǔn)則，估計(jì)各雜波塊回波強(qiáng)度。對(duì)雜波回波強(qiáng)度進(jìn)行歸一化，并在多個(gè)CPI上取平均，得到雜波反射特性地圖。結(jié)合該地圖和先驗(yàn)知識(shí)，計(jì)算