和差波束空時(shí)處理動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)

霍選科

摘要

20世紀(jì)60年代，機(jī)載AMTI雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和雜波抑制開始出現(xiàn)并得以發(fā)展，此后機(jī)載陣列天線雷達(dá)開始被廣泛關(guān)注。本文通過(guò)DPCA技術(shù)、STAP技術(shù)和干涉SAR/GMTI技術(shù)的分析進(jìn)行就和差波束空時(shí)處理動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)的研究，以期能夠?qū)μ嵘走_(dá)分辮率、抑制主瓣雜波以及提升動(dòng)目標(biāo)信雜噪比有所助益。

【關(guān)鍵詞】和差波束 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè) 主瓣雜波

1 DPCA技術(shù)

DPCA技術(shù)通過(guò)對(duì)時(shí)間和空間信息的利用，在雷達(dá)的天線上設(shè)置兩個(gè)相位中心偏移的子天線陣，用來(lái)發(fā)現(xiàn)目前以及抑制雜波，DPCA技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式有兩種，分別是機(jī)械和電子兩種方式。DPCA的機(jī)械實(shí)現(xiàn)方式嚴(yán)格限制了飛機(jī)速度和雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率之間的關(guān)系，在機(jī)械式DPCA中，雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率的變化應(yīng)隨著載機(jī)的速度而變化，這樣能夠保障子天線在兩個(gè)相鄰的周期之間的路程是一致的。飛機(jī)對(duì)于機(jī)械式DPCA來(lái)說(shuō)，是一個(gè)極為不穩(wěn)定的平臺(tái)，其對(duì)雷達(dá)脈沖的重復(fù)頻率要求較高，因此這項(xiàng)技術(shù)的想要變得更加工程化是十分困難的。

電子式DPCA是作為機(jī)械式DPCA的補(bǔ)充出現(xiàn)的，即和差波束DPCA（EA-DPCA）能夠形成相位補(bǔ)償信號(hào)，對(duì)回波信號(hào)相位進(jìn)行補(bǔ)償，且靜止目標(biāo)前后的兩個(gè)回波信號(hào)差應(yīng)該為零。在載機(jī)的速度發(fā)生變化的同時(shí)，只需要對(duì)補(bǔ)償信號(hào)的幅度進(jìn)行調(diào)整。與此同時(shí)，需要在脈沖重復(fù)頻率、載機(jī)運(yùn)動(dòng)速度以及和差波束天線增益等數(shù)據(jù)下，進(jìn)行通常增益系數(shù)的調(diào)整。在對(duì)消之后，通過(guò)FFT實(shí)現(xiàn)相干積累，由此提升雜波抑制和信號(hào)增益。

2 STAP技術(shù)

上述DPCA技術(shù)的實(shí)現(xiàn)只需要考慮兩個(gè)時(shí)間采樣，因此對(duì)于時(shí)域的分辨率不高。在虛警概率不變的狀況下，想要實(shí)現(xiàn)檢測(cè)概率的有效提升，機(jī)載雷達(dá)抑制雜波的能力就需要更強(qiáng)。STAP就在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生，STAP技術(shù)能夠?qū)C(jī)載相控陣?yán)走_(dá)抑制雜波的能力進(jìn)行有效提升。STAP技術(shù)研究的開展已經(jīng)將近30年，在最開始時(shí)，STAP技術(shù)研究的重點(diǎn)為載雷達(dá)雜波特性以及全空時(shí)域最佳檢測(cè)理論。在60年代末期，出現(xiàn)了陣列自適應(yīng)處理的基本思想，在確切知道協(xié)方差矩陣和目標(biāo)信號(hào)的情況下，陣列自適應(yīng)處理的基本思想開始應(yīng)用于脈沖和陣元采樣的兩維場(chǎng)之中，相較于傳統(tǒng)的空時(shí)級(jí)聯(lián)處理，兩維聯(lián)合處理的性能要好得多。

3 干涉SAR/GMTI技術(shù)

對(duì)地面戰(zhàn)場(chǎng)上慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的解決需要通過(guò)GMTI技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中包含具有高價(jià)值時(shí)間目標(biāo)的探測(cè)，GMTI技術(shù)在軍事偵察和空地攻擊中的應(yīng)用價(jià)值極高，其功能正是軍用雷達(dá)所迫切需要的，但是其研究的技術(shù)難度較大。在機(jī)載雷達(dá)對(duì)地動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)中，最大的困難就是慢速目標(biāo)在在時(shí)、空、頻域中都會(huì)受到主瓣雜波的干擾，因?yàn)槔走_(dá)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)會(huì)造成地雜波頻譜展寬，并且慢速目標(biāo)也會(huì)進(jìn)入到主瓣雜波的頻率范圍之中。因此為了能夠?qū)χ靼觌s波區(qū)域內(nèi)的動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，只有提升目標(biāo)信雜比這一方法才能夠?qū)崿F(xiàn)，但是想要提升目標(biāo)信雜比，就必須對(duì)主瓣雜波進(jìn)行最大限度的抑制。SAR沿航跡干涉GMTI技術(shù)是當(dāng)前機(jī)載雷達(dá)GMTI技術(shù)中較為實(shí)用的，美國(guó)人將這一技術(shù)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域中，而后具有干涉SAR/GMTI功能的雷達(dá)系統(tǒng)被成功研發(fā)出來(lái)，為JSTARS和AN/APG-76雷達(dá)，這完美地結(jié)合了GMTI技術(shù)和SAR技術(shù)。這兩種系統(tǒng)均使用三端口方位干涉技術(shù)，這就幫助雷達(dá)能夠同時(shí)擁有在強(qiáng)雜波環(huán)境中檢測(cè)動(dòng)目標(biāo)、對(duì)地面做高分辨率成像以及確定目前在地面上的準(zhǔn)確位置等能力。

4 結(jié)語(yǔ)

在雷達(dá)信號(hào)處理研究中，機(jī)載雷達(dá)和差波束空時(shí)處理動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)是其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)其研究的主要目的就是為了抑制主瓣雜波。通過(guò)多通道空時(shí)域聯(lián)合處理的方式提升抑制主瓣雜波的惡能力，但是增加空域通道將會(huì)顯著的提升工程呈現(xiàn)的成本和難度。本文圍繞DPCA技術(shù)、STAP技術(shù)和干涉SAR/GMTI技術(shù)，分析其對(duì)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)，由此提升雷達(dá)分辨率和動(dòng)目標(biāo)信雜噪比，并且達(dá)到抑制主瓣雜波的效果。

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