复杂场景下双基地MIMO雷达检测地面慢速目标的收发空时自适应处理方法研究

Bistatic radar systems have several advantages, such as anti-stealth, covert operation. However, the advantages of transmit information of bistatic radar are not fully explored. In this project, the transmit spatial degree of freedoms (DoFs) which are provided by multiple-input multiple output (MIMO) radar will be exploited to achieve transmit-receive space-time adaptive processing (STAP). This kind of processing is different from traditional STAP which only uses the information at receive side. The transmit spatial information can be extracted from the receive data and the transmit waveforms can be adjusted adaptively with the aid of prior knowledge and statistical characteristic of environment. So the information from the tansmit spatial and the waveforms are merged into the traditional STAP, which results to the reduction of the independent non-identically distributed characteristic of clutter caused by bistatic geometry and complex environments. Furthermore, the ability of clutter suppression of radar systems is improved and the performances of slow moving targets detection in complex environments are upgraded. The research results in this project will provide some theory basis for ground moving target indicator (GMTI) using bistatic MIMO radar.

双基地雷达具有探测隐身目标、隐蔽侦查等诸多优势，但传统双基地研究中，对发射端信息的获取和利用不是很充分。本项目不同于仅对接收信号进行空时自适应处理的传统方法，拟利用多入多出（MIMO）雷达提供的收发空域自由度进行收发联合空时自适应处理。从接收信号中获取双基地雷达目标和杂波相对于发射端的空间信息，并结合先验知识和复杂场景的统计特性，自适应调节发射波形参数，从而在传统空时两维自适应处理中加入发射空间和发射波形处理，降低由双基地构形和复杂的实际地面环境引起的杂波训练样本非独立同分布的影响，改善系统消除杂波的能力，提高复杂环境下双基地雷达对慢速小目标检测性能，为复杂环境下双基地雷达地面动目标检测的实用提供理论基础。

复杂环境下机载雷达对慢速目标的检测一直是雷达探测领域的难题。空时自适应处理（STAP）是在杂波环境下探测目标的有效方法，但STAP需要采集独立同分布（i.i.d）的杂波样本数据，估计待检测单元的多维统计量，以构成空时滤波器抑制杂波。然而，双基地构型和复杂环境都会造成杂波样本的非独立同分布，从而使杂波中检测慢速运动目标变得困难。.本项目针对复杂环境下双基地MIMO雷达地面动目标检测中存在的杂波样本非独立同分布问题，通过充分利用发射端波形和发射角度信息，结合环境和系统先验知识，对双基地MIMO雷达检测地面慢速目标的收发空时自适应处理方法开展了系统的研究。首先提取多维域信息，获得发射角度-接收角度-多普勒三维杂波谱，研究对杂波谱中收发维域联合处理，消除双基地雷达天线几何构形引起的杂波距离依赖方法；然后，基于先验知识研究场景匹配的发射波形自适应优化方法，以提高空时自适应处理性能；进一步研究了复杂场景下知识辅助的目标检测方法；还研究了稳健的自适应波束形成算法和双基地MIMO雷达目标参数估计方法。研究表明，利用双基地MIMO雷达杂波谱共面特性，可对几何构型引起的杂波距离依赖实现低复杂度的消除；结合压缩感知和降维运算方法，可实现小样本下空时自适应处理，从而提高非均匀杂波下慢速运动目标的检测能力。本项目资助下，已发表学术论文22篇，其中SCI检索11篇，EI检索19篇；获授权国家发明专利8项，申请国家发明专利14项；本项目成果获2014年度国际工程技术学会（IET）创新奖Highly Commended Award，获2013年国防技术发明二等奖。.本项目成果将为解决机载雷达复杂环境下慢速运动目标的检测问题提供理论支持。由于未来的雷达正在向网络化发展，而网络雷达的基本单元就是双基体系，因此本项目的研究成果也将对雷达网络化提供理论基础和方法。