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基于TS201的空时自适应处理算法研究及工程实现

作　者: 周成家
导　师: 陈曾平
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 空时自适应处理数字阵列雷达降维 STAP 互谱杂波抑制
分类号: TN957.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

空时二维自适应信号处理(STAP)技术采用先进的相控阵技术与现代数字信号处理技术相结合,已经成为了雷达领域的研究热点之一,该技术的核心问题是有效的抑制杂波和干扰。近年来,随着器件水平的不断发展,海量数据处理已成为可能;而数字波束形成技术的迅速发展,为空时自适应权值的精确控制和处理速度的提升提供了保障,这为STAP技术在数字阵列雷达中的应用提供了有利条件。本文以多功能数字阵列软件雷达的研制为背景,围绕空时二维自适应处理相关的理论及工程实现等问题,介绍了STAP的基本原理、STAP的降维原理及几种典型降维算法,分析了几种非均匀环境对空时自适应处理性能的影响,探讨了基于TS201的空时自适应处理的实现问题。论文的主要内容包括四部分:第一部分首先建立了空时自适应处理的信号模型,在等间距线阵模型的基础上研究了STAP的基本原理,谈论研究了局域杂波自由度及STAP抑制杂波的机理。第二部分介绍了降维STAP的基本原理及其分类,分析了辅助通道法,和差波束法,杂波协方差矩阵特征向量分解法及互谱尺度法等几种典型的STAP降维方法及其性能,在此基础上提出了一种基于互谱思想的协方差矩阵特征向量分解降维算法并仿真分析了其性能,该方法在抑制杂波方面不仅性能较优而且实现结构较为简单。第三部分研究了杂波功率非均匀、干扰目标、孤立干扰三种最典型的非均匀现象,分析仿真了其对STAP性能的影响,并分别指出了各自的抑制方法,在此基础上提出了一种改进的基于特征分解的非均匀检测器来抑制干扰目标。第四部分分析了空时自适应处理算法流程,建立了STAP并行计算模型,结合本课题研制的某数字阵列雷达验证平台,给出了空时自适应处理全局流水,局部并行的工程实现方法,并用仿真数据对系统进行测试,测试结果验证了系统能够满足STAP处理实时要求。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章绪论  12-20
  1.1 课题背景与意义  12-13
    1.1.1 课题来源  12
    1.1.2 研究背景和选题依据  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-18
    1.2.1 空时自适应处理降维算法的发展概况  14-17
    1.2.2 非均匀环境下的STAP 研究现状  17-18
  1.3 论文的内容和结构安排  18-20
第二章空时二维自适应处理基本原理  20-35
  2.1 STAP 算法原理及模型  20-26
    2.1.1 空时信号模型  20-24
    2.1.2 全空时自适应处理  24-26
  2.2 空时二维杂波谱分析与仿真  26-29
    2.2.1 机载雷达空时二维杂波谱分布  26-28
    2.2.2 机载雷达空时二维杂波谱仿真与分析  28-29
  2.3 局域杂波自由度及STAP 杂波抑制机理  29-33
    2.3.1 Brennan 规则  29-31
    2.3.2 局域杂波自由度  31-33
    2.3.3 空时自适应处理抑制杂波机理  33
  2.4 本章小结  33-35
第三章降维STAP 算法  35-53
  3.1 降维STAP 概述  35-40
    3.1.1 降维STAP 算法基本原理  35-36
    3.1.2 降维STAP 算法分类  36-38
    3.1.3 降维转换矩阵分析  38-39
    3.1.4 降维信杂噪比损耗分析  39-40
  3.2 几种常见的STAP 降维方法及性能分析  40-46
    3.2.1 辅助通道法（ACR）  40-42
    3.2.2 和差波束法  42-46
  3.3 基于互谱思想的协方差矩阵特征向量分解法  46-52
    3.3.1 杂波协方差矩阵特征向量分解法  46-47
    3.3.2 互谱尺度法  47
    3.3.3 基于互谱思想的协方差矩阵特征向量分解法  47-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章非均匀环境下的STAP  53-68
  4.1 杂波功率非均匀  53-59
    4.1.1 杂波功率非均匀对STAP 性能的影响  53-57
    4.1.2 杂波功率非均匀性能损失仿真分析  57-58
    4.1.3 杂波功率非均匀的抑制方法  58-59
  4.2 干扰目标  59-64
    4.2.1 干扰目标对STAP 性能的影响  59-60
    4.2.2 干扰目标性能损失仿真分析  60-62
    4.2.3 干扰目标的抑制方法  62-64
  4.3 孤立干扰  64-67
    4.3.1 孤立干扰对STAP 性能的影响  64-65
    4.3.2 孤立干扰性能损失仿真分析  65-66
    4.3.3 孤立干扰的抑制方法  66-67
  4.4 本章小结  67-68
第五章基于TS201 的空时自适应处理实现研究  68-79
  5.1 空时自适应处理并行算法分析  69-71
    5.1.1 空时自适应处理计算量分析  69-70
    5.1.2 STAP 并行计算模型  70-71
  5.2 系统设计与实现  71-76
    5.2.1 处理器芯片选择  71-72
    5.2.2 高性能处理器 ADSP-TS201S 介绍  72-73
    5.2.3 多DSP 并行处理结构设计  73-75
    5.2.4 算法分解与任务映射  75-76
  5.3 数据实验及性能评估  76-78
  5.4 本章小结  78-79
第六章结束语  79-81
  6.1 工作总结  79
  6.2 工作展望  79-81
致谢  81-82
参考文献  82-87
作者在学期间取得的学术成果  87

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