高超声速飞行器载雷达运动目标检测方法研究

Hypersonic airborne radar has broad application prospects, but during downward-looking the clutter spectrum should face the problems of range dependence of clutter signal, both range and Doppler unambiguity and range migration. Besides, the relative mobility between the platform and the target and the clutter of high velocity and maneuverability, the target echo energy is weak, making it more difficult for the clutter suppression and target detection compared to the airborne radar. Here, we need to resolve the problem of signal processing in hypersonic airborne radar moving target detection. In details, we research the following problems: (1) the research of waveform design for minimizing the unambiguity; (2) the algorithm of clutter suppression for the clutter with range dependence of clutter signal, both range and Doppler unambiguity and range migration; (3) the method of simultaneously achieving clutter suppression and coherent accumulation. Our group has the abundant experience of the correlative research field. The research problems are innovatory and practicable, which will provide the fundamental algorithms for the hypersonic airborne radar moving target detection.

高超声速飞行器载雷达具有广阔的应用前景，但它在下视工作时面临的杂波谱同时存在距离非平稳、距离多普勒模糊和距离走动等问题，加上平台与目标和杂波间的相对运动速度高机动性大、目标回波能量弱，使得杂波抑制和目标检测相比于机载雷达更加困难。本项目将围绕高超声速飞行器载雷达动目标检测在信号处理方面的关键问题，重点研究：（1）抑制模糊的波形设计方法；（2）存在距离非平稳性、距离多普勒模糊和距离走动的杂波抑制方法；（3）同时实现杂波抑制和目标信号相干积累方法。本项目组已具备丰富的相关研究积累，能直接抓住问题的关键进行深入研究，可为实现高超声速飞行器载雷达动目标检测提供算法基础。

本项目针对高超声速飞行器载雷达运动目标检测在信号处理方面的关键问题，围绕高超声速飞行器载雷达波形设计；存在距离非平稳性、距离多普勒模糊和距离走动的杂波抑制；与杂波抑制匹配的目标信号相干积累三方面内容展开研究，取得的研究成果为：（1）结合平台“高空高速”的运动特点，对杂波的距离-多普勒特性与空时特性进行了分析，在此基础上，论证了雷达波形参数设计问题，给出了脉冲重复频率设计准则，以减弱多普勒模糊对杂波抑制性能的影响。（2）针对杂波距离模糊问题，提出了一种基于频率分集阵列的波形设计方法。分析了频率分集阵列雷达方向图与杂波空时特性，给出了发射端阵元频率增量的设计准则，以保证距离模糊杂波的分离。（3）针对传统相控阵雷达方向图可控性较差的问题，提出了一种基于俯仰频率分集阵列的方向图合成方法。通过分析发射方向图的时间依赖性和栅瓣特性，设计天线阵列参数，使方向图栅瓣能够得到有效抑制。仿真结果表明，合成的方向图主瓣宽度较窄，增加的距离维自由度也使雷达在方位-距离平面内的波束扫描更加灵活。（4）针对前视阵雷达距离模糊杂波抑制问题，提出了一种基于子空间投影的杂波抑制方法。该方法利用频率分集阵列雷达的距离相关特性，能够在不依赖于俯仰维自由度的情况下有效抑制距离模糊杂波。仿真结果证明了该方法的有效性。（5）针对杂波距离非均匀问题，提出了一种特殊前视阵列下的俯仰-慢时间距离依赖性补偿方法。通过分析杂波在俯仰-多普勒平面内的分布规律，采用多普勒频移补偿杂波的距离依赖性性。与传统多普勒频移补偿方法不同，该方法可同时补偿主瓣和旁瓣杂波。（6）针对杂波距离走动问题，提出了一种基于距离频率域空时处理的目标相干积累方法。仿真结果表明，该方法能够获得较传统脉冲多普勒处理和空时自适应处理更优的杂波抑制性能。以上研究成果解决了前视阵雷达波形设计与信号处理中的一些问题，可为高超声速飞行器载雷达运动目标检测提供算法基础。