機(jī)載MIMO雷達(dá)收發(fā)聯(lián)合降維STAP算法統(tǒng)一理論框架

郭藝奪 宮 健 黃大榮 金虎兵

①(空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院 西安 710051)

②(西安電子科技大學(xué) 西安 710071)

③(中國人民解放軍95890部隊(duì) 武漢 430000)

機(jī)載MIMO雷達(dá)收發(fā)聯(lián)合降維STAP算法統(tǒng)一理論框架

郭藝奪*①宮 健①②黃大榮①金虎兵③

①(空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院 西安 710051)

②(西安電子科技大學(xué) 西安 710071)

③(中國人民解放軍95890部隊(duì) 武漢 430000)

該文研究了機(jī)載多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)雷達(dá)雜波抑制的收發(fā)聯(lián)合降維空時(shí)自適應(yīng)處理(Space Time Adaptive Processing, STAP)算法統(tǒng)一理論框架。首先，基于機(jī)載MIMO雷達(dá)發(fā)射波形分集的特性，構(gòu)建了機(jī)載MIMO雷達(dá)降維聯(lián)合自適應(yīng)STAP處理的統(tǒng)一理論框架結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，建立了3種降維STAP處理結(jié)構(gòu)。最后，針對(duì)上述3種降維結(jié)構(gòu)，給出了相應(yīng)的3類適用于MIMO體制的降維STAP處理算法。仿真實(shí)驗(yàn)表明：機(jī)載MIMO雷達(dá)聯(lián)合降維自適應(yīng)算法具有較好的雜波抑制性能和較強(qiáng)的抗干擾能力。

機(jī)載MIMO雷達(dá)；STAP；雜波抑制；降維

1 引言

縱觀空時(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理(Space Time Adaptive Processing, STAP)[1–3]技術(shù)40多年的發(fā)展歷程，STAP技術(shù)作為一種信號(hào)處理技術(shù)，由于可以通過對(duì)載機(jī)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)最優(yōu)雜波抑制。因而自從20世紀(jì)70年代Brennan等人首先將最優(yōu)處理器應(yīng)用到機(jī)載雷達(dá)中以來，STAP技術(shù)便成為國際上研究的熱點(diǎn)。然而，STAP技術(shù)用于實(shí)際系統(tǒng)時(shí)，其主要困難在于對(duì)雜波協(xié)方差矩陣求逆的運(yùn)算量巨大，所以研究降維準(zhǔn)最優(yōu)處理方法成為STAP的核心內(nèi)容。現(xiàn)有的固定結(jié)構(gòu)降維STAP算法主要包括：Klemm先后提出的空時(shí)級(jí)聯(lián)處理[4]和輔助通道法[5]，保錚等提出的m路多普勒通道進(jìn)行聯(lián)合自適應(yīng)處理的方法(m Doppler Time, mDT)[6],Wang等人提出的局域聯(lián)合處理的算法(Joint Domain Localized, JDL)[7]和王永良等提出的空時(shí)相鄰多波束算法(Space Time Multiple Beam, STMB)[8]等。

多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)雷達(dá)[9,10]因其具有探測性能好、反隱身、抗干擾及反偵察能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，受到國內(nèi)外研究人員的高度關(guān)注。傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)中天線發(fā)射相干波形，可形成窄發(fā)射波束。而MIMO雷達(dá)中發(fā)射非相干(或正交)波形，因此形成寬(或全方向)發(fā)射波束。文獻(xiàn)[11,12]等對(duì)機(jī)載MIMO雷達(dá)STAP技術(shù)的研究表明：MIMO雷達(dá)發(fā)射正交信號(hào)產(chǎn)生的分集特性，擴(kuò)展了其雜波抑制處理的系統(tǒng)自由度，這為設(shè)計(jì)MIMO體制下高性能的雜波抑制技術(shù)帶來了機(jī)遇。

由于擴(kuò)展了系統(tǒng)處理的自由度，MIMO雷達(dá)STAP技術(shù)在高維協(xié)方差矩陣求逆時(shí)運(yùn)算量的問題更加突出。若R為QNK×QNK維方陣，則對(duì)其求逆需要的運(yùn)算量為O[(QNK)3]量級(jí)，需要進(jìn)行降維處理才能達(dá)到實(shí)時(shí)處理的要求。因此，針對(duì)MIMO雷達(dá)的降維STAP算法[13,14]成為國內(nèi)外一個(gè)研究的熱點(diǎn)。上述針對(duì)相控陣的STAP降維方法經(jīng)過修改后可用于MIMO雷達(dá)系統(tǒng)，形成了各種MIMO雷達(dá)收發(fā)聯(lián)合(Joint Transmitter-Receiver, JTR)自適應(yīng)的降維算法，以降低算法的運(yùn)算量。通過分析不難發(fā)現(xiàn)，上述的方法可以用一個(gè)統(tǒng)一的理論框架來進(jìn)行描述，現(xiàn)有的大多數(shù)的MIMO雷達(dá)STAP降維算法都可以歸于這一框架內(nèi)。本文在研究機(jī)載MIMO雷達(dá)雜波抑制的收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)的降維STAP(Joint Transmitter-Receiver Space Time Adaptive Processing, JTR-STAP)算法的基礎(chǔ)上，提出了MIMO雷達(dá)JTR-STAP處理的統(tǒng)一理論框架結(jié)構(gòu)，并建立了3種收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)降維STAP處理結(jié)構(gòu)，最后給出了3種適用于MIMO體制的降維STAP處理算法。

2 降維JTR-STAP算法的統(tǒng)一理論框架

機(jī)載MIMO雷達(dá)收發(fā)聯(lián)合的降維空時(shí)自適應(yīng)處理(JTR-STAP)算法的統(tǒng)一框架結(jié)構(gòu)如圖1所示，JTR-STAP通過使用與雜波數(shù)據(jù)無關(guān)的線性變換矩陣來降低MIMO雷達(dá)的系統(tǒng)自由度，從而達(dá)到減少計(jì)算量和訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本數(shù)量的目的，同時(shí)利用MIMO雷達(dá)的發(fā)射波形分集的特點(diǎn)從發(fā)射空域、接收空域和時(shí)域同時(shí)降維，實(shí)現(xiàn)“收發(fā)時(shí)”3個(gè)域的聯(lián)合STAP處理。JTR-STAP即充分發(fā)揮MIMO雷達(dá)的波形分集在雜波抑制中的優(yōu)勢(shì)，又充分利用了現(xiàn)有的相控陣的接收端STAP處理的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)載MIMO雷達(dá)雜波抑制性能的大幅提升[15]。本文STAP算法設(shè)計(jì)的思路在于從發(fā)射和接收端同時(shí)形成凹口進(jìn)行雜波抑制。

圖1 降維JTR-STAP算法的統(tǒng)一框架結(jié)構(gòu)Fig. 1 The unified frame structure of reduced dimensional JTR-STAP algorithm

依據(jù)MIMO STAP收發(fā)時(shí)域聯(lián)合自適應(yīng)的原理，總結(jié)相控陣?yán)走_(dá)STAP處理算法的結(jié)構(gòu)模型，將機(jī)載MIMO雷達(dá)JTR-STAP算法的統(tǒng)一理論框架描述如下。

機(jī)載MIMO雷達(dá)進(jìn)行降維STAP處理時(shí)，發(fā)射陣列空域、接收陣列空域和時(shí)間域的聯(lián)合降維變換矩陣T 可表述為：

則聯(lián)合降維變換后的空時(shí)導(dǎo)向矢量變?yōu)椋?/p>

采樣數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣變?yōu)椋?/p>

根據(jù)線性約束最小方差(Linear Constrain Mininum Variance, LCMV)準(zhǔn)則可知，在統(tǒng)一降維處理結(jié)構(gòu)下計(jì)算時(shí)空2維自適應(yīng)權(quán)的優(yōu)化模型為

式(5)體現(xiàn)了機(jī)載MIMO雷達(dá)發(fā)射、接收和時(shí)域3維空間上的聯(lián)合優(yōu)化處理，稱之為收發(fā)聯(lián)合降維STAP(JTR-STAP)算法統(tǒng)一框架。求解式(5)可以得

其中，μ為常數(shù)。

則JTR-STAP處理后第l個(gè)待檢測多普勒通道的輸出為：

式(6)中包含了對(duì)發(fā)射陣列的降維變換矩陣Tt和接收陣列的降維變換矩陣Tr。因此式(6)即為收發(fā)聯(lián)合空時(shí)變換自適應(yīng)處理器權(quán)值計(jì)算的統(tǒng)一表達(dá)式。降維STAP處理的關(guān)鍵在于如何選擇合適的降維矩陣T，使得機(jī)載MIMO雷達(dá)在保持其雜波抑制優(yōu)勢(shì)的前提下，降低MIMO STAP算法的復(fù)雜度和運(yùn)算量。基于這一思路，依據(jù)JTR-STAP算法的統(tǒng)一框架，可以構(gòu)建多種聯(lián)合自適應(yīng)處理算法。在固定結(jié)構(gòu)降維STAP算法中，由于收發(fā)陣列可分別對(duì)應(yīng)陣元域和波束域，時(shí)間上的脈沖又可分為脈沖域和多普勒域，對(duì)“收發(fā)時(shí)”3個(gè)域進(jìn)行排列組合即可以得到固定結(jié)構(gòu)降維的8大處理域，具體如圖2所示。圖2中用數(shù)字符號(hào)代表某一處理域，如“1-2-1”代表“發(fā)射陣元-接收波束-多普勒域”。由于波束域是經(jīng)陣元域進(jìn)行傅氏變換得到的，多普勒域是經(jīng)過脈沖域進(jìn)行傅氏變換得到的，因此這8大處理域相互緊密聯(lián)系，在物理概念上是完全統(tǒng)一的，經(jīng)適當(dāng)變換，可以互相轉(zhuǎn)換，其處理模型可以由式(6)統(tǒng)一描述。

圖2 機(jī)載MIMO雷達(dá)收發(fā)聯(lián)合降維空時(shí)域及其組合相互關(guān)系Fig. 2 The JTR reduced dimensional space time domain and their relationship for airborne MIMO radar

3 降維JTR-STAP算法的3種處理結(jié)構(gòu)

依據(jù)上節(jié)給出的MIMO STAP統(tǒng)一框架，建立JTR-STAP算法的3種處理結(jié)構(gòu)，分別為 (如圖3所示)：

(1)收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)處理結(jié)構(gòu)；(2)先發(fā)射波束形成再接收STAP的聯(lián)合處理結(jié)構(gòu)；(3)先接收波束形成再發(fā)射STAP的聯(lián)合處理結(jié)構(gòu)。

圖3 MIMO STAP的3種聯(lián)合自適應(yīng)結(jié)構(gòu)Fig. 3 Three joint adaptive structures of MIMO STAP method

4 不同處理結(jié)構(gòu)下的降維JTR-STAP算法

4.1 收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)的降維JTR-STAP算法

該類結(jié)構(gòu)下的JTR-STAP算法主要包含了收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)的mDT處理(JTR-mDT)、收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)的JDL處理(JTR-JDL)、收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)廣義相鄰多波束(JTR-STMB) 3種典型的收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)處理算法。

4.1.1 收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)的mDT處理(JTR-mDT)

依據(jù)傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)中的mDT算法的思想，MIMO STAP中的mDT法首先對(duì)QN個(gè)收發(fā)通道分別進(jìn)行多普勒濾波，然后選取與待檢測多普勒通道相鄰的KD–1個(gè)多普勒通道進(jìn)行自適應(yīng)處理，此處定義該方法為收發(fā)聯(lián)合的mDT方法(JTR-mDT)。該方法屬于發(fā)射陣元-接收陣元-多普勒處理，其降維變換統(tǒng)一關(guān)系為圖2所示的1-1-1→1-2-1。由統(tǒng)一框架式(1)可得該算法“收發(fā)時(shí)”3域上的聯(lián)合降維變換矩陣為：

4.1.2 收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)的JDL處理(JTR-JDL)

收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)的JDL處理(JTR-JDL)首先將發(fā)射陣元-接收陣元-脈沖域變換為發(fā)射波束-接收波束-多普勒域，然后再選擇待檢測單元附近QDNDKD個(gè)局域通道進(jìn)行自適應(yīng)處理。其降維變換統(tǒng)一關(guān)系為圖2中的1-1-1→2-2-2。由統(tǒng)一框架式(1)可得該算法的聯(lián)合降維變換矩陣為：

其中，Tt,i, Tr,j和TT,l–k分別表示與主波束相鄰的左右第i個(gè)發(fā)射波束、第j個(gè)接收波束和第k個(gè)多普勒通道的降維權(quán)矢量。

4.1.3 收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)廣義相鄰多波束(JTRSTMB) 收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)廣義相鄰多波束(JTRSTMB)同樣屬于統(tǒng)一關(guān)系圖2中的1-1-1→2-2-2變換。JTR-STMB將不同多普勒通道看作時(shí)域不同的“波束”，這些時(shí)域“波束”和空域波束一起形成空時(shí)多波束，然后再對(duì)這些空時(shí)多波束選擇相應(yīng)的鄰近局域通道進(jìn)行自適應(yīng)處理。

JTR-STMB方法的空時(shí)域的降維矩陣類似于JTR-JDL方法，其表達(dá)式為：

由統(tǒng)一框架式(1)可得該算法的聯(lián)合降維變換矩陣為：

4.2 先發(fā)射波束形成再接收STAP的級(jí)聯(lián)處理

為了充分利用MIMO雷達(dá)的發(fā)射分集的特點(diǎn)，起到從發(fā)射陣列抗干擾的作用。這里提出一種先發(fā)射波束形成再接收降維STAP的收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)處理結(jié)構(gòu)(Transmit Digital BeamForming-Receive Reduced Space Time Adaptive Processing, TDBF-RRSTAP)。接收通道接收到各正交發(fā)射波形的回波數(shù)據(jù)后，在每個(gè)接收通道通過各自的匹配濾波器將各個(gè)波形回波數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，形成Q個(gè)發(fā)射通道(注：此處所指的發(fā)射通道是指在接收端因匹配分離而形成的“虛擬”發(fā)射通道，而不是發(fā)射端的各正交波形的發(fā)射通道)。TDBF-RRSTAP結(jié)構(gòu)可描述為：

(1) 在每個(gè)接收通道中對(duì)Q個(gè)發(fā)射通道進(jìn)行自適應(yīng)波束形成，其目的在于，一是對(duì)空域的某角度的干擾進(jìn)行自適應(yīng)置零，起到干擾抑制的作用，二是將對(duì)多路發(fā)射通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理。在每個(gè)接收通道中，發(fā)射通道經(jīng)DBF后相當(dāng)于對(duì)多路發(fā)射通道進(jìn)行相參積累形成一路數(shù)據(jù)。N個(gè)接收通道對(duì)應(yīng)形成了N個(gè)波束形成輸出數(shù)據(jù)。

(2) 再在K個(gè)脈沖時(shí)間內(nèi)，將第1步處理后的N路接收通道數(shù)據(jù)做降維STAP處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)地雜波的抑制。此時(shí)降維STAP的算法可選擇mDT, JDL, STMB等，同樣在估算1級(jí)處理后的局域雜波自由度后，也可以采用傳統(tǒng)的PC, CSM和MWF等降秩STAP算法進(jìn)行2級(jí)STAP處理。

由于各接收通道的分離的發(fā)射通道的數(shù)據(jù)是相同的，因此各接收通道內(nèi)的發(fā)射通道的波束形成自適應(yīng)權(quán)值相同。對(duì)第1個(gè)接收通道基于SMI算法的自適應(yīng)權(quán)值可表述為：

其中，μ為常數(shù)，Rt表示匹配濾波分離得到的發(fā)射通道的雜波協(xié)方差矩陣，表示發(fā)射導(dǎo)向矢量，為主波束指向的錐角。波束形成后的數(shù)據(jù)變?yōu)椋?/p>

式(14)即為TDBF-RRSTAP結(jié)構(gòu)的降維變換矩陣，其中時(shí)域和接收空域的變換矩陣TT, Tr可依據(jù)4.1節(jié)所述的收發(fā)聯(lián)合STAP算法選取。

4.3 先接收波束形成再發(fā)射STAP的級(jí)聯(lián)處理

這里給出一種先接收波束形成再發(fā)射降維STAP的收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)處理結(jié)構(gòu)(Receive Digital Beam Forming-Transmit Reduced Space Time Adaptive Processing, RDBF-TRSTAP)，該結(jié)構(gòu)的處理流程與TDBF-RRSTAP不同，其采用先接收波束形成再進(jìn)行發(fā)射端降維的處理結(jié)構(gòu)。由于各發(fā)射通道的接收通道的數(shù)據(jù)是相同的，因此各發(fā)射通道內(nèi)的接收通道的波束形成自適應(yīng)權(quán)值相同，對(duì)第1個(gè)發(fā)射通道基于SMI算法的自適應(yīng)權(quán)值可表述為：

式(17)即為RDBF- TRSTAP結(jié)構(gòu)的降維變換矩陣，其中時(shí)域和接收空域的變換矩陣TT, Tt同樣可以依據(jù)4.1節(jié)所述的收發(fā)聯(lián)合STAP算法選取。由于實(shí)際應(yīng)用中發(fā)射通道個(gè)數(shù)Q一般較小，因此RDBF-TRSTAP中的1級(jí)STAP處理中可以直接利用陣元-脈沖域的方法實(shí)施。

5 仿真結(jié)果

仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)載MIMO雷達(dá)空時(shí)自適應(yīng)處理抑制雜波的性能，仿真參數(shù)設(shè)定為：發(fā)射陣元M=8，接收陣元N=8，時(shí)域采樣脈沖K=8，工作波長λ=0.23 m，接收陣元間距dR=0.115 m，發(fā)收陣元間距比α=10(特殊情況單獨(dú)說明)，載機(jī)速度V=140 km/h，載機(jī)飛行高度H=8 km，脈沖重復(fù)頻率fr=2438.8 Hz，發(fā)射功率P=180 kW，輸入雜噪比CNR=60 dB。本文將發(fā)射波形合成結(jié)構(gòu)表述為集合{M1,M2,...,MQ}, Q ≤ M，其物理意義可描述為：M個(gè)發(fā)射陣元發(fā)射的波形可合成為Q個(gè)正交波形，且M=M1+M2+...+MQ。

對(duì)收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)的3種MIMO STAP算法JTR-mDT算法、JTR-JDL算法、JTR-STMB算法與全空時(shí)自適應(yīng)的OPT算法的性能進(jìn)行了仿真對(duì)比。其中mDT的變換后通道數(shù)選為m=3。STMB算法的局域中發(fā)射通道數(shù)接收通道數(shù)ND=7，時(shí)域通道數(shù)KD=7。MIMO雷達(dá)發(fā)射的合成結(jié)構(gòu)為{4,4,4,4}，作為對(duì)比的相控陣?yán)走_(dá)(SIMO)的發(fā)射陣元數(shù)同MIMO PA雷達(dá)的總數(shù)相同即為16個(gè)。圖4對(duì)比分析了機(jī)載MIMO雷達(dá)與機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)改善因子性能。

由圖4(a)可見，相同的發(fā)射陣元數(shù)量下，MIMO體制下收發(fā)聯(lián)合的STAP算法的雜波抑制性能均好于傳統(tǒng)的相控陣?yán)走_(dá)的OPT處理的性能。這是因?yàn)镸IMO雷達(dá)利用了發(fā)射正交信號(hào)產(chǎn)生的分集特性，擴(kuò)展了其雜波抑制處理的系統(tǒng)自由度。分析圖4(b)可得，在加入10%陣元誤差的影響下，MIMO 3DT聯(lián)合自適應(yīng)算法更容易受到誤差因素的影響。由圖4(c)可知在相關(guān)性的影響下，此處發(fā)射波形的互相關(guān)峰值旁瓣水平(Peak Sidelobe Level, PSL)等于0.1944，各算法的性能均有下降但3DT算法性能下降不大，JDL和STMB在旁瓣雜波區(qū)性能下降約為7 dB，且主瓣雜波凹口寬度擴(kuò)大，GMTI性能下降。波形正交性的退化同誤差一樣會(huì)影響機(jī)載MIMO雷達(dá)的雜波抑制性能。

圖5給出了理想情況下對(duì)應(yīng)上述4種JTRSTAP算法的空時(shí)2維頻響圖，時(shí)域加70 dB Chebyshev權(quán)，空域錐削加30 dB Chebyshev權(quán)，目標(biāo)位置空域角度為(90°,0°)，歸一化多普勒頻率對(duì)應(yīng)為0.5。

由圖5可見，頻率響應(yīng)均沿機(jī)載MIMO雷達(dá)的雜波脊線形成了頻響凹口，“挖掉”了對(duì)應(yīng)位置分布的雜波。另外，在各JTR-STAP算法濾除雜波性能的決定下，各算法頻響的凹口大小與深度均不同。對(duì)比分析可得，OPT法形成的凹口相對(duì)較小，且方向圖的主瓣方向好，對(duì)目標(biāo)的檢測性能最好。3DT法在空域未作加權(quán)處理，因而在頻響方向圖的主瓣方向性較好，且雜波抑制凹口較窄，同等情況下其STAP處理性能要優(yōu)于JDL法和STMB法。JDL法和STMB法在空時(shí)域均進(jìn)行了加權(quán)處理，使得這兩種算法的頻響方向圖的主瓣和主雜波區(qū)的雜波抑制凹口展寬，導(dǎo)致了該算法下MIMO體制機(jī)載雷達(dá)的GMTI性能受影響。

圖4 4種MIMO STAP算法的性能比較Fig. 4 Comparison of performance for four MIMO STAP algorithms

圖6分別給出了無干擾和有副瓣干擾時(shí)的雜波抑制結(jié)果，仿真過程中假設(shè)副瓣干擾方位為20°和60°。從仿真結(jié)果可以看出：無干擾時(shí)，JTR-mDT的性能要優(yōu)于其它算法，TDBF-RRSTAP, RDBF-TRSTAP和JTR-JDL算法性能接近，如圖6(a)所示。當(dāng)存在副瓣干擾時(shí)，JTR-mDT性能下降不大，與TDBF-RRSTAP, RDBF-TRSTAP算法均能在雜波位置形成凹口，IF曲線有所下降但仍具有較好的雜波抑制性能，如圖6(b)所示。綜上可得，當(dāng)不存在干擾或僅有副瓣干擾源時(shí)，由于TDBF-RRSTAP和RDBF-TRSTAP算法的運(yùn)算量較小，且性能相比JTR-mDT和JTR-JDL雖然略有降低，但仍能滿足檢測要求，所以該情況下一般選用TDBF-RRSTAP和RDBF-TRSTAP算法。

圖5 4種收發(fā)聯(lián)合自適應(yīng)算法的空時(shí)頻響圖及投影圖Fig. 5 Frequency response diagram and projection drawing of four JTR adaptive algorithms

圖6 降維MIMO STAP算法性能比較Fig. 6 Comparison of performance for reduced dimensional MIMO STAP algorithms

6 小結(jié)

本文提出了機(jī)載MIMO雷達(dá)JTR-STAP處理的統(tǒng)一框架關(guān)系，依據(jù)機(jī)載MIMO雷達(dá)雜波模型，建立了機(jī)載MIMO雷達(dá)在發(fā)射、接收和時(shí)間3大域上的聯(lián)合自適應(yīng)處理算法，為JTR-STAP算法的研究提供了統(tǒng)一的框架結(jié)構(gòu)。然后依據(jù)收發(fā)時(shí)3域處理的統(tǒng)一框架理論，針對(duì)MIMO雷達(dá)的特點(diǎn)提出了固定結(jié)構(gòu)降維處理的3種聯(lián)合STAP處理結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)論述各處理結(jié)構(gòu)的原理和數(shù)學(xué)描述。通過仿真結(jié)果對(duì)比分析得出：JTR-mDT算法較JTR-JDL, JTR-STMB算法具有更好的環(huán)境適應(yīng)性。然而，本文提出的機(jī)載MIMO雷達(dá)收發(fā)聯(lián)合降維自適應(yīng)算法的理論框架相當(dāng)于僅增加了發(fā)射陣元域(發(fā)射波束域)。實(shí)際上，發(fā)射的維度是由于正交波形引入的，因此，可以將此維度視為發(fā)射波形域，而MIMO雷達(dá)的發(fā)射波形分集與靈活性正是MIMO雷達(dá)所特有的優(yōu)勢(shì)。迄今為止，已有一些文獻(xiàn)[16–20]通過發(fā)射波形設(shè)計(jì)來進(jìn)一步提升MIMO-STAP的性能，如何將這一部分的內(nèi)容納入本框架中是我們下一步的研究內(nèi)容。

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Unified Theoretical Frame of a Joint Transmitter-Receiver Reduced Dimensional STAP Method for an Airborne MIMO Radar

Guo Yiduo①Gong Jian①②Huang Darong①Jin Hubing③

①(Air and Missile Defense College, Air Force Engineering University, Xi’an 710051, China)

②(Xidian University, Xi’an 710071, China)

③(Unit 95890 of PLA, Wuhan 430000, China)

The unified theoretical frame of a joint transmitter-receiver reduced dimensional Space-Time Adaptive Processing (STAP) method is studied for an airborne Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) radar. First, based on the transmitted waveform diverse characteristics of the transmitted waveform of the airborne MIMO radar, a uniform theoretical frame structure for the reduced dimensional joint adaptive STAP is constructed. Based on it, three reduced dimensional STAP fixed structures are established. Finally, three reduced rank STAP algorithms, which are suitable for a MIMO system, are presented corresponding to the three reduced dimensional STAP fixed structures. The simulations indicate that the joint adaptive algorithms have preferable clutter suppression and anti-interference performance.

Airborne Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) radar; Space Time Adaptive Processing (STAP); Clutter suppression; Reduced dimensional

TN911

A

2095-283X(2016)05-0517-09

10.12000/JR16108

郭藝奪, 宮健, 黃大榮, 等. 機(jī)載MIMO雷達(dá)收發(fā)聯(lián)合降維STAP算法統(tǒng)一理論框架[J]. 雷達(dá)學(xué)報(bào), 2016, 5(5): 517–525.

10.12000/JR16108.

Reference format: Guo Yiduo, Gong Jian, Huang Darong, et al.. Unified theoretical frame of a joint transmitter-receiver reduced dimensional STAP method for an airborne MIMO radar[J]. Journal of Radars, 2016, 5(5): 517–525. DOI: 10.12000/JR16108.

2016-09-20；改回日期：2016-11-14；

2016-11-23

*通信作者：郭藝奪 guoyiduo111@126.com

國家自然科學(xué)基金(61501501, 61601502)

郭藝奪(1982–)，男，福建龍海人，于2012年獲空軍工程大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位，空軍工程大學(xué)講師，主要研究方向?yàn)镸IMO雷達(dá)信號(hào)處理、陣列信號(hào)處理等。

E-mail: guoyiduo111@126.com

宮 健(1984–)，男，山東德州人，現(xiàn)在西安電子科技大學(xué)攻讀博士學(xué)位，空軍工程大學(xué)講師，主要研究方向?yàn)槔走_(dá)信號(hào)處理、雷達(dá)電子對(duì)抗等。

E-mail: wcyls@163.com

黃大榮(1986–)，男，山西臨汾人，于2015年獲西安電子科技大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位，空軍工程大學(xué)講師，主要研究方向?yàn)槔走_(dá)信號(hào)處理、SAR成像算法等。

E-mail: rsphdr@163.com

Foundation Items: The National Natural Science Foundation of China (61501501, 61601502)