摘 要針對強度較強、空時耦合較大的非平穩(wěn)近程雜波和較平穩(wěn)的遠區(qū)雜波，分析采用了GIP和APR兩種NHD進行了性能對比，提出APR NHD更有利于非平穩(wěn)近程雜波區(qū)的雜波抑制。數(shù)據(jù)分析也表明，和GIP NHD相比，APR NHD可以更有效的選取協(xié)方差估計樣本，從而更利于近程雜波的抑制。

【關鍵詞】空時自適應處理 非均勻檢測器 自適應功率剩余 廣義內積

1 引言

空時自適應處理（Space Time Adaptive Processing， STAP）是一種雜波抑制和反干擾的有效技術。但STAP技術性能的優(yōu)劣很大程度上取決于待檢測單元協(xié)方差矩陣估計的準確與否，協(xié)方差矩陣估計的越準確，越能精確的反映雜波和干擾特性，形成空時自適應權值，便可實現(xiàn)對雜波和干擾的有效抑制。理想情況下，假設雷達波束覆蓋區(qū)域在地形、海拔、植被、地表建筑及其他覆蓋是平穩(wěn)的均勻的。這時，可以認為雷達回波是均勻的或平穩(wěn)的，在統(tǒng)計學的意義上是獨立同分布（IID）的，此時采用最大似然準則，便可從樣本中較準確的訓練出回波的協(xié)方差矩陣達到抑制雜波的功能。

然而，實際中受距離調制、方向圖調制、孤立強雜波點以及各種干擾，機載雷達在實戰(zhàn)中的雜波是非均勻的。如果將含有目標信息的非均勻樣本用于協(xié)方差矩陣估計，將導致自適應方向圖變形，抵消真實目標的能量，影響目標的檢測。為了降低目標信息引起的非均勻性，須對回波數(shù)據(jù)樣本進行非均勻檢測，訓練選取用來估計待檢測單元協(xié)方差矩陣的均勻樣本，提高STAP的雜波抑制和抗干擾性能00。Melvin與Adve等用NHD處理了MCARM數(shù)據(jù)，其輸出信雜比在非均勻樣本剔除后改善了7dB。

2 STAP算法簡述

STAP的最優(yōu)權系數(shù)要求對一定波束指向輸出最大的信噪雜比，約束方程如下

S為歸一化的導向矢量，R為空時協(xié)方差矩陣。

該問題的解為

其中

雷達陣面、載機航速和地面P點的幾何關系如圖1所示。

地物回波的多普勒有如下關系：

當α=0時，即天線陣面正側視，距離-多普勒譜上的等方位回波線如圖2所示。（仿真參數(shù)：PRF：2.2KHz，采樣率2Msps）

從圖中可以看出，在近程距離段（90-250距離門段），方位多普勒隨距離的變化非常明顯；而在較遠區(qū)（250距離門以后），方位多普勒幾乎不再隨距離變化，同一頻頻率門在遠區(qū)距離段有相同或相近的方位多普勒。即近區(qū)空（方位）時（多普勒）耦合性更強。

3 兩種NHD原理

當訓練樣本中存在干擾信號時，會導致訓練樣本數(shù)據(jù)與待檢測點不再滿足IID條件，用非均勻樣本估計出的協(xié)方差矩陣與待檢測單元真實的協(xié)方差矩陣差異較大，雜波抑制性能變差，甚至失效。NHD檢測器可以利用這種變化來判斷該訓練樣本中是否存在干擾信號。常見的NHD檢測器有廣義內積（GIP）和自適應功率剩余（APR）。

GIP的檢驗統(tǒng)計量為

廣義內積表示信號矢量X被白化后輸出功率的量，GIP可以剔除在統(tǒng)計特性上明顯偏離均值的非均勻樣本。

APR的檢驗統(tǒng)計量為

APR對X進行白化后，再用導向矢量S進行空時二維濾波，輸出的是濾波后的能量。用偏離的程序來進行非均勻檢測。

在近程雜波區(qū)域，受高度線雜波和近程較強回波影響，雜波強度較強，會明顯強于其他距離段。在選取STAP樣本時，較依賴于數(shù)據(jù)強度的GIP準則會把這些點當成樣本的“干擾點”剔除；而APR準則則時根據(jù)數(shù)據(jù)同導向矢量S的匹配程序進行篩選，能夠在樣本中保留該區(qū)域的數(shù)據(jù)。因此APR準則更能有效的抑制近程雜波；而在其他區(qū)域，由于雜波較平穩(wěn)，兩個準則的選取的樣本是相似的。

4 處理性能分析

選用多通道機載雷達回波數(shù)據(jù)，分別采用上述兩種NHD STAP算法處理。經(jīng)常規(guī)DBF合成和波束，然后采用PD處理后的的距離-多普勒譜如圖3所示。

已主雜波跟蹤歸零處理，將主雜波頻率移，可以看出，約在圖3中的A區(qū)域，主要表現(xiàn)為高度線雜波和近程雜波；在圖3中的B區(qū)域，是較平穩(wěn)的雜波區(qū)。

對該多通道數(shù)據(jù)，分別采用GIP和APR兩種NHD，選取協(xié)方差估計樣本，進行STAP處理，兩種NHD處理分的結果如圖4所示。

圖5是兩種樣本選取準則處理后的雜波剩余統(tǒng)計，從圖中可以看出，兩種準則在平穩(wěn)區(qū)域（B區(qū)域）的性能是相當?shù)?，而在近程非平穩(wěn)區(qū)域，APR準則明顯優(yōu)于GIP準則，前者的雜波抑制比高后者4-10dB。

圖6為兩種NHD選取出的樣本的分布圖。

從位置分布上可以看出，APR準則選取的樣本有效的覆蓋了近程雜波區(qū)，特別是A2區(qū)域；而GIP準則則沒有將該區(qū)域覆蓋（A1區(qū)域）。而在平衡區(qū)域，兩種準則的樣本分布是一致的。這也正印證了APR準則在近程區(qū)域性能優(yōu)于GIP準則，平穩(wěn)區(qū)域二者相當?shù)慕Y果。

5 結論

廣義內積（GIP）和自適應功率剩余（APR）作為兩種常用的NHD，GIP強調統(tǒng)計上的離群點，APR則側重于信號相關性，兩都在較平穩(wěn)區(qū)域表現(xiàn)的性能是相當?shù)?，但在空時耦合較強、幅度起伏較明顯的近程雜波區(qū)，GIP會將強雜波點誤刪除，導致雜波抑制性能劣于APR準則。

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作者簡介

張學磊（1983-），男，工程師，研究方向為雷達信號處理算法研究和系統(tǒng)設計。

作者單位

南京電子技術研究所 江蘇省南京市 210039