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基于卷积神经网络的天基预警雷达杂波抑制方法

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雷达学报（中英文） 2022年第3期11卷 386-398页

作者：段克清李想行坤王永良中山大学电子与通信工程学院深圳518107 中国科学院空天信息创新研究院北京100094 空军预警学院武汉430019

利用天基预警雷达实现动目标指示具有重要的军事应用价值。对于天基预警雷达,其平台高速运动及受地球自转影响导致杂波复杂非平稳性,更大的波束照射区域带来更严重的杂波非均匀性,从而导致适用于机载预警雷达的传统空时自适应处理(STAP... 详细信息

利用天基预警雷达实现动目标指示具有重要的军事应用价值。对于天基预警雷达,其平台高速运动及受地球自转影响导致杂波复杂非平稳性,更大的波束照射区域带来更严重的杂波非均匀性,从而导致适用于机载预警雷达的传统空时自适应处理(STAP)方法无法直接应用。针对上述问题,该文分析了天基预警雷达杂波分布特性,并构建了基于卷积神经网络(CNN)超分辨谱估计的STAP处理框架。首先,利用雷达系统和卫星轨道参数,仿真随机生成不同纬度、距离门、阵元误差、杂波起伏和地貌散射系数的回波数据集;然后,设计并调优了含5个权重层的二维CNN,实现由小样本所估低分辨杂波谱到高分辨谱的非线性映射;最后,基于高分辨空时谱构造空时滤波器实现杂波抑制和目标检测。仿真实验验证所提方法在小样本条件下可实现次最优杂波抑制性能,同时所需在线运算量远低于现有稀疏超分辨类方法,因此适用于天基预警雷达实际应用。

关键词：天基预警雷达卷积神经网络(CNN) 空时自适应处理(STAP) 稀疏恢复杂波抑制

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天基预警雷达自适应转换测量卡尔曼滤波

信号处理 2018年第2期34卷 155-163页

作者：刘国情袁俊泉马晓岩陈阿磊王力宝空军预警学院湖北武汉430019

本文针对天基预警雷达体制下的目标跟踪问题,首先建立了天基预警雷达几何运动模型和跟踪系统模型,然后引入求容积法和噪声协方差调整系数,提出了一种噪声协方差自适应的无偏转换测量卡尔曼滤波算法。该算法采用无偏转换和坐标转换将观... 详细信息

本文针对天基预警雷达体制下的目标跟踪问题,首先建立了天基预警雷达几何运动模型和跟踪系统模型,然后引入求容积法和噪声协方差调整系数,提出了一种噪声协方差自适应的无偏转换测量卡尔曼滤波算法。该算法采用无偏转换和坐标转换将观测量从东北天极坐标系转换到地心固连直角坐标系,利用求容积法求解地心固连直角坐标系下的量测协方差,利用新息序列调整协方差矩阵Q和R,解决了天基预警雷达目标跟踪中的坐标转换误差和噪声协方差不匹配引起的滤波发散问题,最后通过蒙特卡罗仿真实验,与现有算法进行对比分析,证明了所提算法的有效性。

关键词：天基预警雷达机动目标跟踪求容积法无偏转换噪声协方差调整系数

采用子阵多输入多输出的天基预警雷达强杂波抑制方法

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西安交通大学学报 2023年

作者：周贺吴建新张磊中山大学电子与通信工程学院

针对天基预警雷达因其高速平台运动带来严重的距离模糊和多普勒模糊，导致杂波背景强进而降低雷达目标检测性能的问题，提出一种基于子阵级多输入多输出(MIMO)天基预警雷达强杂波抑制方法。首先，构建基于子阵级MIMO天基雷达模型并分析... 详细信息

针对天基预警雷达因其高速平台运动带来严重的距离模糊和多普勒模糊，导致杂波背景强进而降低雷达目标检测性能的问题，提出一种基于子阵级多输入多输出(MIMO)天基预警雷达强杂波抑制方法。首先，构建基于子阵级MIMO天基雷达模型并分析远距离机动目标相参性，确定目标出现线性距离徙动和不出现多普勒频率扩散时的最大相参积累时间，以保证长时间相参积累可行性；然后针对MIMO雷达长驻留的特点采用长时间积累提高多普勒分辨率，降低一个距离-多普勒单元的杂波功率，在保证搜索效率的情况下降低该单元杂噪比，并采用3/5准则检测盲区图评估天基雷达检测性能；最终在强杂波背景下改善了信杂噪比，提高了目标检测概率。实验仿真表明，所提方法相比相控阵雷达可有效降低杂波背景，在单脉冲重复频率下即可达到很好的检测效果，比相控阵雷达检测性能提高约20.48%。

关键词：多输入多输出天基预警雷达目标相参性长时间积累

采用子阵多输入多输出的天基预警雷达强杂波抑制方法

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西安交通大学学报 2024年第4期58卷 170-181页

作者：周贺吴建新张磊中山大学电子与通信工程学院广东深圳518107

针对天基预警雷达因其高速平台运动带来严重的距离模糊和多普勒模糊,导致杂波背景强进而降低雷达目标检测性能的问题,提出一种基于子阵级多输入多输出天基预警雷达强杂波抑制方法。构建基于子阵级多输入多输出天基雷达模型并分析远距离... 详细信息

针对天基预警雷达因其高速平台运动带来严重的距离模糊和多普勒模糊,导致杂波背景强进而降低雷达目标检测性能的问题,提出一种基于子阵级多输入多输出天基预警雷达强杂波抑制方法。构建基于子阵级多输入多输出天基雷达模型并分析远距离机动目标相参性,确定目标出现线性距离徙动和不出现多普勒频率扩散时的最大相参积累时间,以保证长时间相参积累可行性;针对多输入多输出雷达长驻留的特点采用长时间积累提高多普勒分辨率,降低一个距离-多普勒单元的杂波功率,在保证搜索效率的情况下降低该单元杂噪比,并采用3/5准则检测盲区图评估天基雷达检测性能;在强杂波背景下改善了信杂噪比,提高了目标检测概率。实验仿真表明,所提方法相比相控阵雷达可有效降低杂波背景,在单脉冲重复频率下即可达到很好的检测效果,比相控阵雷达检测性能提高约20.48%。

关键词：多输入多输出天基预警雷达目标相参性长时间积累

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天基预警雷达空中目标回波建模与分析

空军预警学院学报 2018年第2期32卷 84-89页

作者：周亮袁俊泉陈阿磊胡忠明空军预警学院武汉430019

针对天基预警雷达卫星平台和空中目标之间存在复杂相对运动的特点,首先建立了平台与目标的相对运动模型,推导并证明了平台与目标间存在等效的径向速度和加速度,在短时间内,它们的相对运动模型可以近似为匀加速运动模型;然后在匀加速运... 详细信息

针对天基预警雷达卫星平台和空中目标之间存在复杂相对运动的特点,首先建立了平台与目标的相对运动模型,推导并证明了平台与目标间存在等效的径向速度和加速度,在短时间内,它们的相对运动模型可以近似为匀加速运动模型;然后在匀加速运动模型的基础上,建立了空中目标回波模型;最后对回波模型进行了仿真.仿真结果表明,在短时间内,通过二阶多项式拟合的径向距离和实际径向距离之间的误差非常小,进一步验证了用匀加速运动模型来近似卫星平台与空中目标相对运动的合理性.此外,卫星平台与目标间的等效径向速度和加速度较大,在一个相干积累时间内,回波包络峰值存在较明显的跨距离单元徙动,直接利用动目标检测(MTD)技术对回波进行相参处理,会因信号能量散焦导致相参积累增益降低.

关键词：天基预警雷达相对运动模型空中目标回波建模距离徙动

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天基预警雷达MPRF的设计与选择

空军预警学院学报 2019年第2期33卷 79-83页

作者：温建雄袁俊泉陈文峰郑岱堃空军预警学院武汉430019

根据天基预警雷达天-空下视工作模式中波束覆盖区域面积随扫描角变化的特点,分析在雷达参数约束下不同波束位置驻留时间的选择和分配;在考虑地球自转带来的主瓣杂波展宽的基础上,确定M/N准则和重频范围,并利用遗传算法,设计一组适用于... 详细信息

根据天基预警雷达天-空下视工作模式中波束覆盖区域面积随扫描角变化的特点,分析在雷达参数约束下不同波束位置驻留时间的选择和分配;在考虑地球自转带来的主瓣杂波展宽的基础上,确定M/N准则和重频范围,并利用遗传算法,设计一组适用于整个搜索空域的中脉冲重复频率(MPRF);最后通过具体实例利用距离-多普勒盲区图进行了验证.

关键词：天基预警雷达 MPRF设计主瓣杂波展宽距离-多普勒盲区

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天基预警雷达机动目标检测方法的研究

天基预警雷达机动目标检测方法的研究

作者：高超南京航空航天大学

学位级别：硕士

天基预警雷达机动目标检测的难点在于,回波信噪比低,并且星载平台与目标具有很高的相对速度,甚至加速度。本文针对天基预警雷达机动目标检测的方法进行了深入研究,主要工作有: 1.以机载预警雷达为理论背景,深入分析了星载平台下,机... 详细信息

天基预警雷达机动目标检测的难点在于,回波信噪比低,并且星载平台与目标具有很高的相对速度,甚至加速度。本文针对天基预警雷达机动目标检测的方法进行了深入研究,主要工作有: 1.以机载预警雷达为理论背景,深入分析了星载平台下,机动目标检测所面临的新问题,推导了高速运动目标距离走动及多普勒模糊成因。通过实验验证了距离走动与多普勒模糊对脉冲积累效果的不良影响。 2.提出改进的中国余数法,并与Keystone变换结合解决天基预警雷达高速目标距离走动校正。该方法基于两重脉冲重复频率,先对脉压后距离频域脉冲时域的星载回波数据进行Keystone变换以校正其距离走动,再通过改进的中国余数法解多普勒模糊度数,得到较为精确的速度估值。 3.提出基于标准Hough变换的运动目标检测方法,有效地检测星载平台下高速弱小目标。利用Hough变换对局部缺失不敏感性以及较强的鲁棒性,对脉压后回波数据进行Hough变换可以有效地抑制噪声干扰,检测运动目标,并获得较为精确的速度估值,误差在3‰以内。 4.提出基于随机Hough变换的机动目标的检测方法,使星载平台下具有较高相对加速度与相对速度的机动弱小目标得以有效地检测,并得到较精确的速度与加速度估值,速度估计误差在3%以内,加速度估计误差在6%以内。 5.针对天基预警雷达提出机动目标的检测方法。该方法利用广义Keystone变换去除加速度对脉冲积累的影响,利用Hough变换得到的加速度估值对信号相位进行补偿,并再次使用广义Keystone变换,消除速度对脉冲积累的影响,最后完成对机动目标的脉冲积累。在信噪比为-13.28dB时,该方法仍能正确检测出目标并得到精确的速度与加速度估计,误差不超过2%。

关键词：天基预警雷达机动目标检测运动参数估计 Keystone变换中国余数定理标准Hough变换随机Hough变换

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天基预警雷达的杂波模拟与抑制技术研究

天基预警雷达的杂波模拟与抑制技术研究

作者：王进兴电子科技大学

学位级别：硕士

本文主要对天基预警雷达与地球的几何关系进行分析并在此基础之上对其杂波进行仿真。在详细介绍空时自适应处理算法（STAP）之后运用其对杂波进行抑制。首先详细介绍了天基预警雷达（SBR）和地球之间的几何关系,这是进行天基预警... 详细信息

本文主要对天基预警雷达与地球的几何关系进行分析并在此基础之上对其杂波进行仿真。在详细介绍空时自适应处理算法（STAP）之后运用其对杂波进行抑制。首先详细介绍了天基预警雷达（SBR）和地球之间的几何关系,这是进行天基预警雷达杂波建模和仿真基础。通过对SBR——地球之间的几何关系进行分析,推导出这些地球和SBR相关参数之间的关系。在不考虑地球自转的基础之上,详细分析了天基预警雷达在考虑地球处于自转情况下与地球之间的几何关系。对天基预警雷达在考虑地球自转情况下的特性进行详细的研究有助于其杂波仿真的准确性。然后进入本文的工作重点,对天基预警雷达的杂波进行仿真。先介绍了地杂波的特性,在天基预警雷达与地球的几何关系基础之上,运用雷达杂波的传统仿真算法仿真了天基预警雷达在不考虑地球自转情况下的雷达杂波。在考虑地球的自转情况下,多普勒频移引入了偏航角度和偏航幅度,根据这一特性,建立起地球自转情况下的杂波模型。再对两种情况下的天基预警雷达杂波进行了对比分析。在分析的过程中还引入了杂波多普勒模糊和距离模糊,仿真了雷达杂波出现多普勒模糊和距离模糊的情况。最后详细介绍了STAP算法的基本理论,并且结合前面所介绍的地球与SBR的几何关系及所建立的SBR杂波模型,得到天基预警雷达的空时二维信息,构建了天基预警雷达的空时二维杂波功率谱。应用STAP算法对空二维杂波进行抑制,并分析其抑制性能。与此同时,引入杂波多普勒模糊和杂波距离模糊存,详细分析了杂波模糊存在情况下对STAP杂波抑制性能的影响。

关键词：天基预警雷达杂波仿真空时自适应处理杂波抑制

低信噪比下天基预警雷达空中目标相对运动参数估计方法

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信号处理 2019年第1期35卷 16-25页

作者：周亮袁俊泉郑岱堃马晓岩王悦空军预警学院湖北武汉430019

天基预警雷达空中目标回波在杂波抑制后,仍然存在脉间包络距离徙动和多普勒扩散现象,导致相参积累后回波能量在距离单元和多普勒域散焦。为了提高相参积累的增益,必须估计出卫星平台和空中目标间的相对运动参数,从而对回波信号进行补偿... 详细信息

天基预警雷达空中目标回波在杂波抑制后,仍然存在脉间包络距离徙动和多普勒扩散现象,导致相参积累后回波能量在距离单元和多普勒域散焦。为了提高相参积累的增益,必须估计出卫星平台和空中目标间的相对运动参数,从而对回波信号进行补偿。由于星载雷达功率孔径积有限,且雷达和目标的距离较远,回波信号的信噪比一般较低,给运动参数的估计精度造成了影响。针对这一问题,本文提出了一种低信噪比下运动参数的估计方法。首先建立了空中目标的回波模型,并计算了雷达视距范围内的回波信噪比范围;然后介绍并利用Keystone变换校正回波包络的距离徙动,得到目标所在距离单元内的方位时域信号;最后利用Gabor变换得到方位时域信号的时频分布,再通过标准Hough变换将时频分布由时频域变换到参数域,最终得到运动参数的估计值。仿真结果表明,本文方法在低信噪比下能有效地估计目标运动参数,并且估计精度对信噪比的变化不敏感,具有良好的鲁棒性。

关键词：天基预警雷达运动参数估计 Keystone变换 Gabor变换 Hough变换