三角排布圆形阵列天线降维STAP研究

    殷俊 张仁李 盛卫星

    

    

    

    摘 要：????? 本文對弹载三角排布圆形阵列天线STAP处理器的降维处理方法进行了研究。 针对现有子阵划分的不足， 提出了一种应用于弹载三角排布圆形阵列的子阵划分方法， 该方法采取矩形框行列步进固定长度遍历圆阵来实现子阵旋转布阵。 仿真分析对比了这种子阵划分方法与其他子阵划分方法在不同旋转角度下的杂波抑制性能。 结果表明： 本文子阵划分方案杂波抑制性能接近最优， 不会产生角度模糊， 并且在不同旋转角度下性能保持稳定， 可用于现实旋转弹载圆形阵的STAP。

    关键词：???? 空时自适应处理; 圆形阵列; 空域降维; 相控阵雷达

    中图分类号：??? TN957.2; V243.2文献标识码：??? A文章编号：???? 1673-5048（2018）01-0071-06

    0 引? 言

    空时联合自适应处理（STAP）技术是机载、 弹载雷达在强杂波环境中进行地面慢速运动目标检测的一种有效方法。 该方法可以解决由雷达平台运动导致的杂波谱展宽问题， 可有效抑制杂波， 提高雷达对淹没在杂波中的慢速运动目标的检测能力。 STAP技术应用于机载场景时为侧视阵， 杂波的空时分布呈线性关系， 而应用于弹载场景时为前视阵， 此时， 杂波的空时分布随距离非均匀变化， 杂波谱展宽， 杂波的空时分布呈现椭圆分布。

    在相控阵雷达中相控阵天线是最为重要的内容， 通常相控阵天线有多种形式， 如线性阵列、 矩形阵列、 圆形阵列， 三角排布圆形阵列已经在弹载前视雷达中广泛应用。 由于实际天线阵元数目庞大， 难以实现阵元级的STAP处理， 所以需要进行空域降维处理。

    关于子阵级STAP问题， 文献[1]研究了两种非均匀子阵结构， 提出构成子阵的相邻子阵中心间距无公约数原则。 文献[2]基于子阵级和差波束方向图性能提出了基于锥削函数的子阵优化方法。 文献[3]分析了等规模交叠子阵划分对STAP的影响。 文献[4]提出了等噪声功率法及等子阵加权法的子阵划分准则， 并研究了子阵划分对STAP的影响。 上述子阵划分方法是基于传感器等间隔排列的线形阵列（或矩形平面阵列）， 给实际非线性阵列提供参考。 而对于圆形前视天线的子阵级STAP研究资料较少， 国内几乎空白。 Klemm对圆形前视天线的STAP进行了研究， 提出圆形阵列的子阵划分的三种方法： 不规则子阵、 棋盘形子阵、 圆靶形子阵。 子阵数目相同且不锥削条件下， 上述三种方法的杂波抑制性能几乎相同， 不过没有考虑弹载阵面旋转对杂波抑制性能的影响[5]。

    本文对基于三角排布圆形阵列弹载条件下的降维STAP处理模型进行了研究。 在棋盘形子阵的基础上， 提出了一种基于类规则重叠子阵的新型子阵划分方法， 给出了在这种子阵划分情况下的空时联合处理结构， 仿真分析对比了该子阵划分方法与其他子阵划分方法在不同旋转角度下的杂波抑制性能。

    平面在杂波处均形成有效零陷， 没有产生角度模糊; 比较10（d）各旋转角度下杂波抑制性能， 可以发现IF性能保持稳定， 弹体旋转时有鲁棒的杂波抑制性能。 与前面的子阵划分方案相比， 在阵面旋转时也有较好的杂波抑制能力， 可以在弹载旋转条件下进行正常的空时处理。

    4 结 束 语

    本文对基于三角排布圆形阵列列弹载条件下， STAP降维处理器模型进行了研究， 并仿真对比了新型子阵划分方法与其他子阵划分方法在不同旋转角度下的杂波抑制性能。 结果表明， 该子阵划分方案杂波抑制性能接近最优， 不会产生角度模糊， 并且在不同旋转角度下性能保持稳定， 可用于现实旋转弹载圆形阵的STAP。 希望能够为开展三角排布圆形相控阵导引头阵列STAP研究提供参考。

    参考文献：

    [1] Nickel U.Subarray Configurations for Interference Suppression with Array Radar [C]∥Proceedings of? International? Conference on Radar， Paris， France， 1989： 82-86.

    [2] Nickel U.Subarray Configurations for Digital Beamforming with Low Sidelobes and Adaptive Interference Suppression [C]∥Proceedings of IEEE International Radar Conference， Alexandria， USA， 1995： 714-719.

    [3] Gaffney J B， Guttrich G， Babu B N S， et al.Performance Comparison of Fast-Scan GMTI /STAP Architectures [C]∥Proceedings of IEEE International Radar Conference， 2001： 252-257.

    [4] Xu Z Y， Bao Z， Liao G S.A Method of Designing Irregular Subarray Architectures for Partially Adaptive Processing[C]∥Proceedings of CIE International Conference on Radar， 2002： 461-464.

    [5] Klemm R.STAP for Circular Forward Looking Array Antennas [C]∥Proceedings of Radar 97， 1997： 14-16.

    [6] 王永良， 彭應宁.空时自适应信号处理 [M].北京： 清华大学出版社， 2000： 58-103.

    Wang Yongliang， Peng Yingning.Spatial-Temporal Adaptive Singal Processing [M].Beijing： Tsinghua University Press， 2000： 58-103.（in Chinese）

    [7] Klemm R.空时自适应处理原理 [M]. 3版. 北京： 高等教育出版社， 2009： 98.

    Klemm R.Principles of Space-Time Adaptive Processing [M].3rd ed. Beijing： Higher Education Press， 2009： 98.（in Chinese）

    [8] 袁汉钦， 陈玺羽.三角形栅格圆口径平面相控阵天线的分析与计算 [J].四川兵工学报， 2014， 35（11）： 31-33.

    Yuan Hanqin， Chen Xiyu.Calculations and Analysis of the Triangle-Grid Taylor and Bayliss Circular-Aperture Phased Array Antenna [J].Journal of Sichuan Ordnance， 2014， 35（11） ： 31-33.（in Chinese）

    [9] 伍勇， 汤俊， 彭应宁.雷达系统杂波自由度研究 [J].电子与信息学报， 2008， 30（5）： 1032-1036.

    Wu Yong， Tang Jun， Peng Yingning.On Clutter Degrees of Freedom of the Radar System[J]. Journal of Electronics & Information Technology， 2008， 30（5）： 1032-1036.（in Chinese）

    [10] 陈曦， 傅光， 龚书喜， 等.阵列天线相位中心的测量方法研究 [J].微波学报，? 2011， 27（1）： 36-39.

    Chen Xi， Fu Guang， Gong Shuxi， et al.Study on Mea-surement of Phase Center of Array Antenna[J]. Journal of Microwaves， 2011， 27（1）：? 36-39.（in Chinese）