王成浩, 廖桂生, 許京偉, 曾　操

(1. 西安電子科技大學雷達信號處理國家重點實驗室, 陜西 西安 710071;2. 信息感知技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心, 陜西 西安 710071)

?

超長基線雙基機載雷達空時雜波建模與特性

王成浩1,2, 廖桂生1,2, 許京偉1,2, 曾操1,2

(1. 西安電子科技大學雷達信號處理國家重點實驗室, 陜西 西安 710071;2. 信息感知技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心, 陜西 西安 710071)

超長基線雙基機載雷達雜波的空時分布特性不僅嚴重依賴于雙基雷達構(gòu)型,也取決于地球曲率引入的波束覆蓋問題。針對這一問題,推導(dǎo)了地心坐標系下超長基線雙基機載雷達等距離環(huán)解析表達式,得出等距離環(huán)在基線所在鉛錘面的投影為拋物線。通過對幾種典型雙基構(gòu)型及其公共波束覆蓋區(qū)域的分析,研究了超長基線雙基雷達雜波空時分布的條帶式截斷特性,給出了雜波分布的距離依賴性分析。仿真實驗驗證了本文分析結(jié)論的正確性和有效性。

超長基線; 雙基機載雷達; 空時雜波; 雜波建模; 雜波特性

0　引　言

雙基機載雷達能夠有效實現(xiàn)地面和空中運動目標檢測,在機載預(yù)警、戰(zhàn)場監(jiān)視與偵察等方面具有重要應(yīng)用,受到國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。相比于單基機載雷達而言,雙基機載雷達系統(tǒng)具有覆蓋范圍廣、作用距離遠、接收機隱蔽等諸多優(yōu)勢[1-2]。雙基地機載雷達通過增加基線長度將大大提高雷達系統(tǒng)的探測能力,具有重要的理論和應(yīng)用價值。

雙基機載雷達在運動目標檢測過程中面臨嚴重的雜波干擾,微弱目標信號將完全湮沒在雜波背景中。并且雙基機載雷達的雜波特性比單基雷達復(fù)雜得多,其分布特性受雙基構(gòu)型(如速度、高度及天線配置等)的影響顯著,且存在嚴重的距離依賴性[2-3]。空時自適應(yīng)處理(space-time adaptive processing, STAP)能夠利用空間和時間自由度,有效實現(xiàn)雜波的抑制。實際中,雜波的分布特性會嚴重影響STAP方法的性能[4-9],因此,雜波特性的研究對于機載雷達運動目標檢測具有重要意義。雙基機載雷達雜波特性隨距離空變,無法得到足夠的獨立同分布(independent and identically distributed, IID)樣本,致使STAP方法性能嚴重下降[5-10],角度多普勒補償方法(angle Doppler compensation, ADC)[6]通過兩維補償提高樣本一致性,導(dǎo)數(shù)更新方法(derivative based updating, DBU)[8]認為自適應(yīng)權(quán)是距離的函數(shù),通過更新不同距離的權(quán)值來適應(yīng)雜波的距離依賴性。目前,雙基機載雷達模型中,中短基線情況下通?？紤]地面為平面[3-4,11];長基線情況僅根據(jù)發(fā)射機和接收機的地平線距離確定有效地面散射區(qū)域而仍采用水平地面的假設(shè)[12]。實際上,對于長基線情況,特別是超長基線情況(基線長度在400～600 km),一方面地面彎曲帶來的模型誤差對于雜波特性的研究不可忽略(忽略地球曲率將造成高度誤差達7 km),另一方面公共波束覆蓋的有效地面散射區(qū)域?qū)﹄s波空時分布特性的影響嚴重。因此,現(xiàn)有的長基線雙基機載雷達模型不能準確描述超長基線雙基機載雷達雜波分布特性,需要進一步考慮地球曲率對雙基幾何構(gòu)型和雜波特性的影響,為后續(xù)STAP方法設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

本文充分考慮地球曲率對超長基線雙基機載雷達系統(tǒng)構(gòu)型和雜波散射區(qū)域的影響,對超長基線雙基機載雷達雜波分布特性進行了研究。不同于文獻[11,13]中轉(zhuǎn)換到極坐標下的復(fù)雜推導(dǎo),本文利用坐標系旋轉(zhuǎn)變換方法推導(dǎo)了超長基線雙基機載雷達等距離環(huán)在地心直角坐標系下的解析表達式,分析得出:等距離環(huán)在由基線和地心決定的平面上的投影是一條拋物線。通過對幾種典型雙基構(gòu)型的分析,受公共照射區(qū)域的限制,雜波的空時分布具有條帶式截斷特性,截斷部分是兩段孤立的譜線,并且雜波分布具有嚴重的距離依賴性。

1　超長基線雙基機載雷達構(gòu)型

圖1給出了超長基線雙基機載雷達的工作場景示意圖。實際上,當基線長度長達400～600 km量級時,必須在幾何模型中考慮地面彎曲對雜波建模的影響,否則最大地面高程誤差會高達約7 km?？紤]地面為球面建立地心直角坐標系:以地心為原點,接收機所在直線為Z軸,基線所在平面為XOeZ平面建立地心坐標系OeXYZ如圖1所示。設(shè)基線與X軸夾角為γ,基線長度為L,發(fā)射機與接收機的高度分別為HT和HR;速度分別為VT和VR;速度與X軸夾角分別為δVT和δVR,逆時針為正;發(fā)射機與接收機天線軸線相對速度方向偏角分別為δAT和δAR;散射點S相對發(fā)射機與接收機的速度錐角分別為φT和φR;發(fā)射機與接收機到散射點S的斜距分別為RT和RR;發(fā)射機與接收機相對地心的夾角為θe。

圖1　超長基線雙基機載雷達幾何構(gòu)型Fig.1　Geometry of ultralong baseline bistatic airborne radar

(1)

受地球曲率的限制,發(fā)射機和接收機的最大可視斜距分別為

(2)

地面上的任意散射點S(x,y,z)的雙基距離為其到發(fā)射機與接收機距離之和,即

(3)

且散射點S滿足地球表面的球面方程

(4)

圖2　雜波有效散射區(qū)域Fig.2　Effective clutter scattering region

2　超長基線雙基機載雷達空時雜波建模與分析

對于雙基雷達系統(tǒng),等距離環(huán)上所有散射點的回波疊加形成該距離門回波信號,然而雙基雷達等距離環(huán)的求解相比單基雷達更加復(fù)雜,在考慮地球曲率情況下,等雙基距離環(huán)是一條三維空間中的曲線,求解雙基雷達等距離環(huán)的解析表達式是雜波建模的難點,并且對信號建模和雜波特性分析至關(guān)重要,下面求解其解析表達式。

所有雙基距離為Rs的散射點分布在同一個橢球面上,該橢球面以發(fā)射機和接收機為焦點,以Rs為長軸長,其標準方程可表達為

(5)

式中

為表達簡潔,將式(5)中的常量做如下變量代換

(6)

則橢球面方程(5)可寫作

(7)

由于雙基雷達等距離環(huán)是式(7)代表的橢球面與地面的交線,因此需要聯(lián)立方程式(4)和式(7)以求解其表達式

(8)

文獻[13]在雙基星載雷達的情況下,將直角坐標系轉(zhuǎn)換到極坐標系來求解該方程,計算復(fù)雜,本文直接在地心直角坐標系下采用坐標系變換方法簡潔地推導(dǎo)出了等雙基距離環(huán)的解析表達式。將方程組(8)第2式代入第1式消去y,即將等距離環(huán)曲線投影到OeXZ平面,則方程組(8)等價于

(9)

為進一步揭示變量x與z的關(guān)系,將OeXYZ坐標系繞Y軸旋轉(zhuǎn)角度γ得OeX1Y1Z1坐標系,在該坐標系下基線將與X1軸平行。原坐標系中的點(x,y,z)在新坐標系OeX1Y1Z1下可表示為

(10)

因此可得式(9)代表的等距離環(huán)在OeX1Y1Z1坐標系下的表達式為

(11)

對式(11)第1式進行適當整理得

(12a)

(12b)

(13)

(14)

式(14)所示二次方程的系數(shù)為

(15)

求解式(14)可得

從而拋物線的定義域為

根據(jù)方程組(12)可得OeX1Y1Z1坐標系下任意等距離環(huán)上散射點的坐標(x1,y1,z1),對其做式(10)的逆旋轉(zhuǎn)變換即可將其還原到OeXYZ坐標系下的坐標(x,y,z)，即

(16)

根據(jù)上述模型仿真計算得到等距離環(huán)曲線如圖3和圖4所示,仿真結(jié)果驗證了模型的正確性和有效性。

圖3　地心直角坐標系下的等距離環(huán)Fig.3　Iso-range rings in geocentric cartesian coordinate

圖4　等距離環(huán)與公共照射區(qū)域的關(guān)系Fig.4　Relationship between iso-range rings and the common illumination region

通過上述模型得到散射點的坐標(x,y,z)后,其空間角頻率和多普勒角頻率可表示為

(17)

式中,“·”為矢量內(nèi)積；λ為波長；fPRF為脈沖重頻；d為接收陣列的陣元位置矢量，即

(18)

式中，dant為接收陣列的陣元間距。

式(17)中，kr和kt分別為散射點相對接收機和發(fā)射機的單位傳播矢量

(19)

式中，rt=(x-xt,y,z-zt)T；rr=(x,y,z-zr)T。假設(shè)發(fā)射機和接收機的速度平行于地面,在各自坐標系下其速度矢量分別為vtt=VT(cosδVT,sinδVT,0)T和vrr=VR(cosδVR,sinδVR,0)T。但考慮地球曲率影響,發(fā)射機坐標系相對接收機坐標系旋轉(zhuǎn)了角度θe,因此地心坐標系下的發(fā)射機速度矢量為

(20)

根據(jù)上述空時頻率的計算結(jié)果可以得到實際回波模型,第l個距離門的第n個陣元第k次脈沖的回波為同一距離環(huán)上所有散射點回波的疊加

(21)

式中，A(θR)為θR方位散射點回波的復(fù)幅度,需要注意A(θR)在有效散射區(qū)域以外全為零。本節(jié)針對地球曲率及公共波束覆蓋區(qū)域?qū)﹄s波模型的影響,推導(dǎo)了超長基線雙基機載雷達等距離環(huán)的解析表達式及雜波信號模型,得出不同于地平假設(shè)下的超長基線雙基機載雷達等距離環(huán)在基線所在鉛垂面的投影為拋物線。本節(jié)所得雜波信號模型能夠滿足超長基線雙基機載雷達雜波建模要求,能夠準確真實地描述實際雜波回波,下面根據(jù)上述模型進行仿真實驗并重點分析雜波特性,為進一步設(shè)計有效的STAP方法奠定基礎(chǔ)。

3　雜波仿真及特性分析

本節(jié)以3種典型的雙基構(gòu)型為例,首先從雜波的空時分布、雜波功率譜及其隨距離變化情況等角度出發(fā),分析超長基線雙基地機載雷達的雜波特性,其次分析了接收機偏航對雜波特性的影響,最后綜合本節(jié)實驗結(jié)果給出結(jié)論。為便于比較分析,下文所有仿真均采用統(tǒng)一的系統(tǒng)參數(shù),具體系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1　系統(tǒng)參數(shù)

3.1發(fā)射機與接收機平行飛行

在這種雙基構(gòu)型下,發(fā)射機與接收機均垂直于基線方向平行飛行。圖5選取了有效散射區(qū)域覆蓋到的若干距離門,其中圖5(a)為整個地面范圍雜波的多普勒-角度耦合特性曲線,圖5(b)為有效散射區(qū)域雜波的多普勒-角度耦合特性曲線。

圖5　平飛構(gòu)型下雜波的空時分布Fig.5　Space-time clutter distribution of parallel geometry

一方面,圖5(a)和圖5 (b)所示雜波的空時分布特性隨距離變化十分顯著,表現(xiàn)出嚴重的距離依賴性;另一方面,在任意給定距離單元,圖5(b)所示超長基線雙基機載雷達雜波曲線不再連續(xù),而是被一條帶狀區(qū)域截斷為兩段孤立的譜線,并且圖5(b)中被截斷部分對應(yīng)于圖5(a)中距離依賴性最強的區(qū)域。雖然雜波分布的條帶式截斷特性使單一距離門的雜波展寬范圍大大縮小,但這部分雜波的距離依賴性是整個地面最嚴重的部分,這會對超長基線雙基機載雷達雜波抑制方法帶來嚴重問題。

下面通過仿真實驗分析雜波功率譜特性。通過對一個CPI內(nèi)的單通道數(shù)據(jù)做30dB切比雪夫加權(quán)的插值傅里葉變換,得到如圖6所示的雜波的距離多普勒功率譜。圖6所示的雜波功率譜存在明顯的特點:單個距離的雜波在分布在兩個孤立的區(qū)域內(nèi),且該區(qū)域位置隨距離增加迅速向兩側(cè)移動。圖7為所有距離門雜波最小方差無矢真響應(yīng)(minimumvariancedistortionlessresponse,MVDR)功率譜平均的結(jié)果。圖7直觀反映了整個距離范圍所有雜波在空時平面的分布情況,據(jù)仿真結(jié)果可見所有距離雜波被限制在同一條帶內(nèi),雜波分布呈條帶式截斷特性,這也驗證了圖5對雜波空時分布特性的分析結(jié)果。

圖6　平飛構(gòu)型下的距離多普勒雜波譜　　　　　　　　　　　　　圖7　平飛構(gòu)型下距離平均的空時雜波譜　　　　　　　Fig.6　Range-Doppler clutter spectrum of parallel geometry　　　　Fig.7　Average space-time clutter spectrum of parallel geometry

圖6和圖7分別從不同方面反映了超長基線雙基機載雷達雜波的條帶式截斷特性,這是雙基構(gòu)型和有效散射區(qū)域共同作用的結(jié)果:不同于傳統(tǒng)雙基機載地雷達,地球曲率限制了發(fā)射機和接收機的有效散射區(qū)域,因此對接收機形成干擾的雜波僅來自于該區(qū)域,雜波的條帶式截斷特性本質(zhì)上來自于有效散射區(qū)域?qū)Φ染嚯x環(huán)的截斷效應(yīng)?？珊侠硗茰y雜波譜所在條帶區(qū)域的大小與有效散射區(qū)域的大小直接相關(guān)。

為進一步分析雜波的距離依賴性,以近程506.21km,中程536.18km和遠程656.18km為例,給出不同距離處雜波的空時功率譜如圖8所示。通過仿真實驗得到雜波加噪聲的真實協(xié)方差矩陣,從而采用MVDR方法得到圖8所示雜波的空時功率譜。相比圖5(b)所示不同距離雜波的空時耦合關(guān)系,圖8(a)和圖8(b)所示雜波譜的位置與理論分析相符,驗證了雜波模型的有效性。對比圖8(a)～圖8(c)所示功率譜可得,雜波在3個距離處的空時分布發(fā)生了巨大的變化,同樣反映了雜波嚴重的距離依賴性。

圖8　平飛構(gòu)型下不同距離雜波功率譜Fig.8　Space-time clutter spectrum of single range in parallel geometry

3.2發(fā)射機與接收機垂直飛行

在這種情況下,接收機垂直于基線飛行,發(fā)射機朝向接收機飛行。以基線為軸,接收機為原點,發(fā)射機與接收機速度相對軸向偏角分別為180°和90°。圖9為雜波的空時分布關(guān)系,其中圖9(a)為整個地面雜波的空時分布,圖9(b)為有效散射區(qū)域雜波的空時分布。雖然圖9(a)所示雜波的空時分布特性與第3.1節(jié)雙基結(jié)構(gòu)下圖5(a)所示雜波的空時分布存在較大差異,但圖9(b)所示有效散射區(qū)域雜波的空時分布特性與圖5(b)所示雜波的空時分布具有很高的相似性:二者均為完整連續(xù)的空時譜線被條帶截斷的部分,被截斷部分在每個距離都是孤立的兩段譜線,其同時保留了整個地面雜波最大的距離依賴性。

圖9　垂直構(gòu)型下不同距離雜波的空時分布Fig.9　Space-time clutter distribution of vertical geometry

下面對雜波的功率譜進行仿真分析,圖10為實際雜波的距離多普勒功率譜,圖11為536.18km距離處雜波的空時功率譜,功率譜的估計方法與第3.1節(jié)方法一致。相比圖6所示雜波的距離多普勒功率譜,圖10所示功率譜一方面展現(xiàn)出同樣的頻譜截斷現(xiàn)象,在單一距離處分布為兩段孤立的譜線,另一方面在頻譜中心位置、頻譜寬度等方面與圖6略有差異。同樣,相比圖8(b)所示相同距離處雜波的空時功率譜,圖11所示相同距離處雜波的空時功率譜一方面具有相同的條帶式截斷特性現(xiàn)象,另一方面雜波多普勒中心和軌跡形狀與圖8(b)略有差異。

圖10　垂直構(gòu)型下的距離多普勒雜波譜　　　　　　　　　　　　圖11　垂直構(gòu)型下的空時雜波譜(536.18 km)　　　　　　　Fig.10　Range-Doppler spectrum of vertical geometry　　　Fig.11　Space-time clutter spectrum of vertical geometry (536.18 km)

相比第3.1節(jié)的仿真分析結(jié)果,不同雙基構(gòu)型對雜波分布的中心位置、分布范圍和譜線形狀有略微影響,但整體來看,雜波分布的主要特性維持不變,即雜波分布的條帶式截斷特性和顯著的距離依賴性維持不變。

3.3發(fā)射機與接收機相交飛行

在這種雙基構(gòu)型下,發(fā)射機與接收機速度相對軸向偏角分別為45°和90°。同樣,首先分析雜波的空時分布特性,之后仿真分析雜波的功率譜及其距離依賴性。圖12(a)和圖12 (b)分別為整個地面和有效散射區(qū)域雜波的空時耦合特性曲線。對比不同雙基構(gòu)型下整個地面雜波的空時分布情況,圖12(a)所示雜波分布相比圖5(a)所示雜波分布具有一定相似性,而與圖7(a)所示雜波分布變化較大,因此整體來看不同雙基構(gòu)型會對雜波的空時分布產(chǎn)生較大影響。但在超長基線雙基機載雷達情況下,通過對比不同雙基構(gòu)型下雜波的分布特性如圖5(b)、圖9(b)和圖12(b)所示,3種情況下雜波的空時分布存在十分明顯的共同特性,有效散射曲雜波具有條帶式截斷特性,且被截斷部分保留了整個地面雜波距離依賴性最為顯著的部分。

發(fā)射機與接收機相交飛行情況下,超長基線雙基機載雷達雜波功率譜仿真結(jié)果如圖13和圖14所示。與第3.1節(jié)和第3.2節(jié)類似,圖13和圖14分別為雜波的距離多普勒功率譜和距離為536.18km處雜波的空時功率譜的估計結(jié)果。與上文的分析結(jié)果一致,雜波在距離多普勒域為孤立的兩段譜線,且隨距離變化顯著,在空時頻率域同樣是連續(xù)雜波譜線被條帶式截斷的兩段孤立譜線。相比第3.1節(jié),雜波譜除過輕微形變和一定的中心偏移,整體上幾乎保留了相同的分布特性。

圖12　交叉構(gòu)型下雜波的空時分布Fig.12　Space-time clutter distribution of cross geometry

圖13　交叉構(gòu)型下的距離多普勒雜波譜　　　　　　　　　　　圖14　交叉構(gòu)型下的空時雜波譜(536.18 km)　　　　　　Fig.13　Range-Doppler spectrum of cross geometry　　　Fig.14　Space-time clutter spectrum of cross geometry (536.18 km)

3.4接收機偏航對雜波特性的影響

接收機載機在飛行過程中由于氣流不穩(wěn)定等因素的影響,飛行方向一般存在5°～10°的偏航,這會在接收陣列和載機航向間引入一個偏航角,這樣的非正側(cè)視結(jié)構(gòu)一般會加重雜波統(tǒng)計特性的非平穩(wěn)性。下面仿真分析接收機偏航對雜波特性的影響?？紤]發(fā)射機和接收機平行飛行的雙基構(gòu)型,在接收陣列存在10°偏航的情況下,圖15分析了不同距離雜波理論上的空時分布特性,其中圖15(a)為整個地面雜波的空時分布,圖15(b)為有效散射區(qū)域雜波的空時分布。相較圖5(a),接收機偏航導(dǎo)致圖15(a)所示雜波的空時分布特性發(fā)生較大變化:雜波中心發(fā)生偏移且軌跡形狀發(fā)生變化?？紤]有效散射區(qū)域的雜波散射,相較圖5(b),圖15(b)所示雜波的空時分布并未發(fā)生明顯形變,但其沿空間頻率方向發(fā)生一定頻移,也就是說當偏航角不大時,接收機偏航會引入雜波的空間頻率位移,但對有效散射區(qū)域雜波的分布形狀影響較小。

圖15　接收機10°偏航下雜波的空時分布Fig.15　Space-time clutter distribution with 10° crab angle

在上述接收機偏航情況下,空時雜波譜仿真結(jié)果如圖16和圖17所示,其中圖16為雜波的距離多普勒功率譜,圖17為所有距離雜波的平均空時功率譜。圖16所示距離多普勒功率譜與圖6幾乎完全一致,這是因為距離多普勒譜不包含空域信息,不受接收機陣列偏航影響。為了反映雜波空域分布特性,圖17給出了所有距離處雜波的分布范圍,對比圖7可發(fā)現(xiàn)雜波分布條帶僅發(fā)生空域平移及很輕微的彎曲,與圖15(b)分析結(jié)果一致。通過計算單個距離環(huán)雜波的真實協(xié)方差矩陣,對其采用MVDR方法估計得到圖18所示雜波的空時功率譜。由圖18可見,其空時分布軌跡與圖8所示雜波空時功率譜高度相似,但雜波譜發(fā)生空間頻率生偏移。經(jīng)過仿真驗證,對于其他雙基幾何構(gòu)型,接收機陣列偏航對雜波空時分布特性也具有相似的影響:雖然整個地面雜波的空時分布受偏航影響較大,但有效散射區(qū)域雜波空時分布基本保持不變,雜波條帶有很輕微彎曲以及一定的空間頻率偏移。

圖16　接收機10°偏航下雜波的距離多普勒功率譜　　　　　　　圖17　接收機10°偏航下所有距離平均的雜波功率譜　　　Fig.16　Range-Doppler clutter spectrum with 10° crab angle　　　　Fig.17　Average space-time clutter spectrum with 10° crab angle

圖18　接收機10°偏航下不同距離雜波功率譜Fig.18　Space-time clutter spectrum of single range with 10° crab angle

通過以上3種典型雙基構(gòu)型及接收機偏航影響下雜波特性的詳細分析和對比,總結(jié)得出超長基線雙基機載雷達雜波的一些重要特性:在不同雙基構(gòu)型下,有效散射區(qū)域雜波的空時分布具有條帶式截斷的共同特性,雙基構(gòu)型不會嚴重影響該區(qū)域雜波的整體分布特性;雙基雷達構(gòu)型主要影響單個距離處譜線的形狀和多普勒中心的位置,而偏航主要改變單個距離處雜波空間頻率的中心位置;在固定雙基雷達構(gòu)型下,接收機偏航角會改變有效散射區(qū)域雜波空間頻率的中心位置,但對其空時分布軌跡形狀影響較小。

4　結(jié)　論

本文充分考慮地球曲率對超長基線機載雙基雷達構(gòu)型和雜波特性的影響,建立了地心直角坐標系下的模型,推導(dǎo)了等距離環(huán)的解析表達式,得出雙基雷達等距離環(huán)在基線-地心平面的投影是一條拋物線,并通過菲涅爾近似求得其定義域邊界的近似解析解。通過分析雜波的空時耦合特性、距離多普勒功率譜和空時功率譜,研究了超長基線雙基機載雷達雜波分布的條帶式截斷特性和距離依賴性:雜波的空時分布不再連續(xù),而是兩段孤立的譜線,被截斷部分雜波的距離依賴性是整個地面最顯著的部分。分析表明,超長基線雙基機載雷達雜波的展寬程度較普通雙基雷達小得多,但其距離依賴性依然十分顯著,雙基構(gòu)型影響其譜線形狀和多普勒中心,而接收機偏航主要影響其空間頻率中心,但二者幾乎不影響截斷條帶的形狀。在后續(xù)設(shè)計STAP方法時需要充分考慮并結(jié)合雜波的條帶式截斷特性,減輕雜波距離依賴性對濾波器訓(xùn)練的影響,從而充分利用空時自由度進行有效的雜波抑制。

[1]WillisNJ,GriffithsHD. Advances in bistatic radar[M].USA:SciTechPublishingIncorporated, 2007: 432-433.

[2]ZhangYH,HimedB.Effectsofgeometryoncluttercharacteristicsofbistaticradars[C]∥Proc.of the IEEE Radar Conference, 2003: 417-424.

[3]KlemmR.ComparisonbetweenmonostaticandbistaticantennaconfigurationsforSTAP[J].IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, 2000, 36(2): 596-608.

[4]MelvinWL,DavisME.Adaptivecancellationmethodforgeometry-inducednonstationarybistaticclutterenvironments[J].IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems,2007,43(2):651-672.

[5]HimedB.EffectsofbistaticclutterdispersiononSTAPsystems[C]∥Proc.of the IEEE National Radar Conference, 2002: 360-364.

[6]HimedB,ZhangYH,HajjariA.STAPwithangle-Dopplercompensationforbistaticairborneradars[C]∥Proc.of the IEEE National Radar Conference, 2002: 311-317.

[7]PearsonF,BorsariG.Simulationandanalysisofadaptiveinterferencesuppressionforbistaticsurveillanceradars[R].Lexington:AdaptiveSensorArrayProcessingWorkshopMITLincolnLab, 2001.

[8]ZatmanM.Performanceanalysisofthederivativebasedupdatingmethod[R].Lexington:AdaptiveSensorArrayProcessingWorkshop,MITLincolnLab, 2001.

[9]LapierreFD,VerlyJG.Registration-basedrangedependencecompensationforbistaticSTAPradar[J].EURASIP Journal of Applied Signal Processing, 2005(1): 85-98.

[10]HimedB,MichelsJH,ZhangYH.BistaticSTAPperformanceanalysisinradarapplications[C]∥Proc.of the IEEE Radar Conference, 2001: 198-203.

[11]WuH,WangYL.Modelingandanalysisofthegroundclutterspectrumonbistaticairborneearlywarningradar[J].Chinese Journal of Electronics,2006,34(12):2209-2213.(吳洪,王永良.雙基地機載預(yù)警雷達雜波建模與分析[J].電子學報,2006,34(12):2209-2213.)

[12]MengX,WangT,WuJ,etal.Bistaticclutteranalysisandrangeambiguityresolvingforspacetimeadaptiveprocessing[J].IET Radar, Sonar and Navigation, 2009,3(5): 502-511.

[13]LiH,TangJ,PengYN.Modelingofspace-timeclutterforbistaticspacebasedradar[J].Chinese Journal of Electronics,2008,36(3):417-420.(李華,湯俊,彭應(yīng)寧.星載雙基地雷達空時二維雜波建模方法[J].電子學報,2008,36(3):417-420.)

Modeling and characteristics analysis of space-time clutter for ultralong baseline bistatic airborne radar

WANG Cheng-hao1,2, LIAO Gui-sheng1,2, XU Jing-wei1,2, ZENG Cao1,2

(1. National Lab of Radar Signal Processing, Xidian University, Xi’an 710071, China;2.CollaborativeInnovationCenterofInformationSensingandUnderstanding,Xi’an710071,China)

Under the effect of earth curvature on geometry of ultralong baseline bistatic airborne radar, the space-time clutter distribution severely depends on bistatic geometry and area of beam coverage. To solve this problem, analytical expression of the iso-range ring is derived in geocentric coordinates and it turns out that the projection of the iso-range ring on plumb surface in which the baseline lies is parabolic. On analysis of several typical bistatic geometries and area of beam coverage, the stripped truncation characteristics of space-time distribution of clutter for ultralong baseline bistatic airborne radar and range-dependence of clutter are researched. Simulation results verify the validity and effectiveness of the conclusion.

ultralong baseline; bistatic airborne radar; space-time clutter; clutter modeling; clutter characteristics

2015-09-28；

2016-03-02；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期：2016-07-03。

國家自然科學基金(61231017, 61601339)資助課題

TN 957.52

A

10.3969/j.issn.1001-506X.2016.10.06

王成浩(1991-),男,博士研究生,主要研究方向為空時自適應(yīng)處理。

E-mail:wangchenghao1991@126.com

廖桂生(1963-),男,教授,博士,主要研究方向為雷達探測系統(tǒng)空時自適應(yīng)處理、天基預(yù)警和陣列信號處理。

E-mail:gsliao@xidian.edu.cn

許京偉(1987-),男,講師,博士,主要研究方向為空時二維信號處理、穩(wěn)健波束形成。

E-mail:xujingwei1987@163.com

曾操(1979-),男,副教授,博士,主要研究方向為陣列信號處、雷達地面動目標檢測。

E-mail:czeng@mail.xidian.edu.cn

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20160703.1241.006.html