Matlab之机载雷达系统中的空时自适应处理（STAP）技术（附源码）

news2025/7/8 6:30:07

一、介绍

二、系统设置

2.1 天线定义

2.2 雷达设置

2.3 目标

2.4 杂波

2.5 传播路径

三、模拟循环

3.1真实目标范围、角度和多普勒

3.2 使用 DPCA 消除器进行杂波抑制

四、总结

五、程序

本例简要介绍了空时自适应处理（STAP）技术，并说明了如何使用相控阵系统工具箱™将STAP算法应用于接收到的脉冲。STAP是机载雷达系统中用于抑制杂波和干扰器干扰的一种技术。

一、介绍

在地面移动目标指示器（GMTI）系统中，机载雷达收集来自地面移动目标的返回回波。然而，接收到的信号不仅包含来自目标的反射回波，还包含来自被照亮地表的回波。从地面返回通常称为杂波。杂波返回来自雷达波束照射的所有区域，因此它占据了所有范围箱和所有方向。总杂波回波通常比返回的信号回波强得多，这对目标检测提出了很大的挑战。因此，杂波过滤是GMTI系统的关键部分。

在传统的MTI系统中，杂波过滤通常利用地面不移动的事实。因此，杂波占据了多普勒光谱中的零多普勒箱。这一原理导致了许多基于多普勒的杂波滤波技术，例如脉冲消除器。有兴趣的读者可以参考使用移动目标指示（MTI）雷达缓解地面杂波（雷达工具箱）以获取脉冲消除器的详细示例。当雷达平台本身也在移动时，例如在飞机上，来自地面回波的多普勒分量不再为零。此外，杂波回波的多普勒分量与角度相关。在这种情况下，杂波返回很可能在整个多普勒频谱上具有能量。因此，不能仅根据多普勒频率过滤杂波。

干扰是另一个重要的干扰源，经常出现在接收信号中。最简单的干扰形式是弹幕干扰器，它是指向雷达接收器的强烈连续白噪声，因此接收器无法轻易检测到目标返回。干扰器通常位于特定位置，因此干扰信号与特定方向相关联。然而，由于干扰器的白噪声性质，接收到的干扰信号占据了整个多普勒频段。

STAP技术过滤角域和多普勒域中的信号（因此称为时空自适应处理），以抑制杂波和干扰器返回。在以下部分中，您将模拟来自目标、杂波和干扰器的返回，并说明 STAP 技术如何过滤来自接收信号的干扰。

二、系统设置

首先定义一个雷达系统，从示例模拟雷达接收器的测试信号中构建的系统开始。

2.1 天线定义

假设天线元件在前半球具有各向同性响应，在后半球具有所有零。工作频率范围设置为 8 至 12 GHz，以匹配系统的 10 GHz 工作频率。

使用自定义元素模式定义 6 元素均匀线性阵列（ULA）。假设元件间距是波形波长的一半。

2.2 雷达设置

接下来，将天线阵列安装在散热器和集电极上。然后，定义雷达运动。雷达系统安装在离地面1000米的飞机上。飞机沿着ULA的阵列轴飞行，其速度使其在一个脉冲间隔内行进阵列的半个元素间距。

2.3 目标

接下来，定义一个雷达横截面为 1 平方米的非波动目标在地面上移动。目标返回所需的信号;但是，接收到的信号中也存在一些干扰。

2.4 杂波

此示例使用伽玛值为 --15 dB 的常数伽玛模型模拟杂波。文献表明，这种伽马值可用于模拟树林覆盖的地形。对于每个范围，可以将杂波回波视为该范围环上许多小杂波补丁的回波的组合。由于天线背面有挡板，因此杂波贡献仅来自正面。为了简化计算，请为每个面片使用 10 度的方位角宽度。同样，如果您没有雷达工具箱许可证，则模拟将使用保存的杂波信号。

2.5 传播路径

最后，创建一个自由空间环境来表示目标和干扰器路径。由于该示例使用单基地雷达系统，因此目标信道设置为模拟双向传播延迟。干扰器路径仅计算单向传播延迟。

三、模拟循环

现在可以模拟回报。收集 10 个脉冲。干扰器模型中随机数生成器的种子设置为常量以获得可重现的结果。

3.1真实目标范围、角度和多普勒

目标方位角为45度，仰角约为-35.27度。目标范围为1732 m。目标多普勒归一化频率约为0.21。接收的总信号包含来自目标、杂波和干扰器组合的返回。信号是一个具有三维的数据立方体（按元素数按脉冲数排列的范围箱）。请注意，杂波返回主导总返回并掩盖目标返回。如果不进一步处理，则无法检测到目标（蓝色垂直线）。

现在，检查二维角度多普勒（或时空）域中的返回值。通常，响应是通过扫描给定仰角的所有范围和方位角来生成的。因为您确切知道目标的位置，所以可以计算其相对于天线阵列的范围和仰角。

如果你看一下由杂波回波主导的角度多普勒响应，你会发现杂波回波不仅占据了零多普勒，还占据了其他多普勒箱。杂波返回的多普勒也是角度的函数。杂波返回看起来像整个角度多普勒空间中的一条对角线。这样的线通常被称为杂波岭。接收到的干扰信号是白噪声，它以特定角度（大约 60 度）在整个多普勒频谱上传播。

3.2 使用 DPCA 消除器进行杂波抑制

位移相位中心天线（DPCA）算法通常被认为是第一种STAP算法。该算法使用偏移孔径来补偿平台运动，使杂波返回不会从一个脉冲到另一个脉冲变化。因此，该算法可以通过简单减去两个连续脉冲来消除杂波。

DPCA消除器通常用于ULA，但需要特殊的平台运动条件。平台必须沿天线的阵列轴移动，并且速度必须在一个脉冲间隔内，平台正好行进元件间距的一半。如前面各节所述，此处使用的系统是为满足这些条件而设置的。假设 N 是 ULA 元素的数量。在第一个脉冲期间，天线 1 通过天线 N-1 接收的杂波返回与第二个脉冲期间天线 2 通过天线 N 接收的杂波返回相同。通过减去在两个脉冲间隔内在这两个子阵列上接收到的脉冲，可以消除杂波。这种方法的代价是孔径比原始阵列小一个元素。现在，定义一个 DPCA 取消器。该算法可能需要搜索角度和多普勒的所有组合来定位目标，但对于示例，由于确切知道目标的位置，因此可以将处理器定向到该点。

首先，将 DPCA 消除器应用于目标回波和杂波回波。处理后的数据将空间和脉冲中的所有信息组合成单个脉冲。接下来，在时域中检查处理后的信号。