STAP旁瓣干扰抑制与干扰对抗仿真

STAP的基本原理

  STAP技术通过设计一个空时联合的滤波器，最大可能的滤除杂波，其本质是一维滤波技术在空时两维空间的推广。
  以一维线阵进行说明，假设天线阵列数目为N，阵元之间的间距满足$d=\lambda /2$。机载雷达在一个相干处理间隔（CPI）内发射出M个脉冲。信号的重复间隔为T。那么对距离单元$l$，对其在时域上进行$m$次快拍采样，这个天线接收下来的信号为：
$$X_{ls}(m)=[x_l(1,m),x_l(2,m),...,x_l(N,m){]}^T$$
  因此，对这个距离单元内的信号，在一个CPI内的采样数据为：
$$X_l=[x_{ls}(1),x_{ls}(2),...,x_{ls}(M){]}^T$$
  当对多个距离单元的信号进行采样，一个CPI中可得到NML个数据，称之为数据立方，如图所示。

  STAP技术同时利用多个自适应相控阵天线单元中的接收信号（空域）和来自多个脉冲重复周期的信号（时域），以实现空域和时域的自适应处理。其实质是将一维空域滤波技术推广到时间与空间二维域中。如图为STAP处理的原理示意图，图中，${\omega }_{nk},n=[1,...,N],k=[1,...,K]$为空时二维权系数，其中N表示天线子阵数或空间通道数，其大小由雷达方位分辨率确定。K为时间脉冲数目，其大小由对杂波抑制性能的要求确定。用$NK\times 1$维W表示处理器的权矢量，则：
$$W=[{\omega }_{11},{\omega }_{12},...,{\omega }_{1K},{\omega }_{21},...,{\omega }_{2K},...{\omega }_{nk},...,{\omega }_{NK}{]}^T$$

  全空时最优处理器可以用数学优化问题描述：
$$\begin{gathered} min{W}^{H}RW \\ s.t.W^{H}S=1 \end{gathered}$$
其中，R为接收数据形成的协方差矩阵，为NK×NK维，物理意义在为保证目标增益一定的情况下，使得处理器输出杂波剩余功率最小；S为空时二维导向矢量：
$$\begin{gathered} R=E(X{X}^H) \\ S=S_s\otimes S_t \end{gathered}$$
其中，X为$NK\times l$维的雷达空时采样数据；$\otimes$代表Kronecker积；$S_s$为空域导向矢量；$S_t$为时域导向矢量：
$$\begin{gathered} S_s=[1,e^{j{\omega }_s},...,e^{j(N-1){\omega }_s}{]}^T \\ {S}_t=[1,e^{j{\omega }_t},...,e^{j(N-1){\omega }_t}{]}^T \end{gathered}$$
其中，${\omega }_s，{\omega }_t$分别为空间与时间归一化频率。
  因此可得到空时二维最优处理器的权矢量为：
$$W_{opt}=\mu R^{-1}S$$
其中，$\mu =1/(S^H{R}^{-1}S)$,为归一化常数。

杂波功率谱与最优STAP频响图仿真

阵元数目为16，脉冲数为16，目标方位角-30°，归一化多普勒频率为0，期望在-10°方位形成干扰凹口。
仿真结果
（1）杂波功率谱

（2）STAP最优频响图

  从图中可以看出，当不进行STAP处理时，信号被强杂波给掩盖，通过传统的一维滤波很难提取出目标的信息，而STAP处理后，沿着杂波分布形成凹口，并且在信号方向上输出最强，同时在期望干扰方向上形成了凹口。

STAP旁瓣干扰的抑制（针对压制干扰）

STAP处理时，对于每个距离单元，由在相干处理时间间隔内获取的样值形成一个相干矩阵，并根据接收的噪声和雷达回波不断自适应更新，以构成能让潜在的目标信号通过且能抑制噪声干扰的滤波器，这样以来，传统的压制噪声干扰手段对预警雷达的干扰很难奏效。

STAP旁瓣干扰抑制仿真

雷达信号：信号采用LFM信号，带宽1MHz，脉宽50us，重频256us。
干扰信号：干扰采用窄带瞄准噪声干扰，间歇采样4次，转发4次，占空比1:1。
目标位于第100个距离环上，目标方位角-30°，归一化多普勒频率0。存在两部干扰机，干扰位于第101个距离环上，干扰1在方位角-20°，干扰2在方位角-40°。干信比15dB
（1）STAP处理前

（2）STAP处理后

从图中可以看出，通过STAP处理后，压制干扰被抑制掉，目标脉压峰值处于第100个距离环。

STAP旁瓣干扰抑制对抗（采用间歇采样干扰）

STAP处理是一个相当复杂的过程，其需要具备足够的自由度，而有源干扰的引入将使系统进一步复杂，因此，当有多个有源干扰时，系统性能将因缺乏足够多的自由度而降低。

STAP旁瓣干扰抑制仿真

雷达信号：信号采用LFM信号，带宽1MHz，脉宽50us，重频256us。
干扰信号：干扰采用间歇采样转发干扰，噪声带宽1MHz。
目标位于第100个距离环上，目标方位角-30°，归一化多普勒频率0。存在两部干扰机，干扰1在方位角-20°，干扰2在方位角-40°。干信比15dB
（1）STAP处理前

（2）STAP处理后

  当两干扰机均从旁瓣进行干扰，当采样间歇采样转发干扰时，随着干扰机功率的提升，干扰效果逐渐提高，同时间歇采样可形成大量假目标，若结合多角度饱和干扰，将使得STAP处理后仍存留大量假目标，导致对目标进行有效干扰掩护。