【摘 要】
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星载雷达搭载在卫星上,克服了地球曲率和领空等诸多的限制,可以进行远距离、大范围的目标检测和跟踪,被广泛应用于通信、环境遥感及军事侦察等经济和国防领域中。但是,星载雷达由于通常采用脉冲体制,以及其波束覆盖范围广、平台速度高等特点,导致无法同时避免距离模糊和多普勒模糊。为避免多普勒模糊而采用较高的脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency,PRF)时,会产生严重的距离模糊。距离
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星载雷达搭载在卫星上,克服了地球曲率和领空等诸多的限制,可以进行远距离、大范围的目标检测和跟踪,被广泛应用于通信、环境遥感及军事侦察等经济和国防领域中。但是,星载雷达由于通常采用脉冲体制,以及其波束覆盖范围广、平台速度高等特点,导致无法同时避免距离模糊和多普勒模糊。为避免多普勒模糊而采用较高的脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency,PRF)时,会产生严重的距离模糊。距离模糊使得目标信号不仅要与同一距离不同方向的杂波竞争,还要与多个模糊距离上的杂波竞争,严重影响杂波抑制、目标检测性能以及成像质量。本文针对上述问题进行研究,主要研究内容如下:(1)研究星载雷达模糊回波信号模型、特性及影响因素。首先根据几何观测模型建立空时二维信号模型和多通道合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)信号模型;其次从杂波距离多普勒谱、空时二维谱、特征谱、空时自适应处理(Space Time Adaptive Processing,STAP)性能四个方面对模糊回波的特性进行分析及仿真验证;然后介绍星载雷达系统的PRF设计约束,最后给出衡量模糊抑制性能的典型指标。(2)研究利用空域自由度进行模糊抑制的多通道模糊抑制算法,包括俯仰多通道模糊抑制算法和方位多通道模糊抑制算法。首先介绍三种俯仰多通道模糊抑制算法——基于压缩感知的波束形成零陷算法、基于空间平滑的Capon波束形成以及Toeplitz化自适应数字波束形成(Adaptive Digital Beamforming,ADBF)零陷展宽算法的原理及适用性,实验证明该类算法能够有效抑制来自旁瓣区域的距离模糊回波,但是无法抑制主瓣和近主瓣模糊;其次介绍两种典型的方位多通道模糊抑制算法——传递函数法和STAP重构法的原理和适用性;最后针对距离维训练样本数不足导致性能下降的问题,研究一种基于迭代自适应算法(Iterative Adaptive Approach,IAA)的谱重构算法,该算法通过IAA算法重构协方差矩阵,能克服距离维训练样本数不足导致协方差矩阵估计不准确的问题,仿真实验表明,该算法能够在少量距离训练样本或单个距离样本条件下恢复无模糊多普勒谱。(3)研究利用脉间波形自由度进行距离模糊抑制的单通道模糊抑制算法。首先针对杂波背景下脉间波形分集脉压响应不一致时产生的杂波距离旁瓣调制(Range sidelobe modulation,RSM)效应会导致杂波抑制能力下降,甚至无法进行相参处理的问题,建立适用于杂波背景下脉间波形分集的目标相参积累、单通道运动目标显示(Moving Target Indicator,MTI)处理、空-时处理及SAR成像的性能分析模型,并给出定量性能指标;然后介绍频域滤除法和时域能量分散法的原理和适用性,并针对时域能量分散法需要脉间发射多个正交的波形,对比研究基于脉宽-调频极性捷变波形及匹配滤波的时域能量分散法和基于循环移位线性调频信号及失配滤波的时域能量分散法,理论分析和实验结果表明这两种方法能够在有效抑制距离模糊的同时进行相参处理,获得较好的杂波抑制性能;最后给出适用于点状目标和场景分布目标的距离模糊抑制方案。
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