طراحي و پياده‌سازي كارآمد STAP به‌روش چند‌برداري براي آشكارسازي هدف در رادارهاي هوايي

Design & Efficient Implementation of STAP with the Multi-Vector Method for the Target Detection in Airborne Radars

پردازش وفقي زماني- مكاني (STAP) يك روش اساسي در بهبود عملكرد رادارهايي است كه در حضور اختلالات شديد ديناميكي مانند كلاتر و جمينگ عمل مي­ كنند. عملكرد STAP بر اساس نمونه ­برداري با نرخ بسيار بالا از سيگنال­ هايي است كه به‌طور هم‌زمان از چندين آراية آنتني و تعدادي پالس دريافت شده ­اند. لذا، حجم محاسبات بسيار بالا بوده و پياده ­سازي آن نيز دشوار است. در اين مقاله، روش چند­برداري براي كاهش حجم محاسبات STAP ارائه گرديده است. نتايج پياده­ سازي نشان مي­ دهد كه روش پيشنهادي علاوه بر كاهش حجم محاسبات منجر به كاهش منابع سخت­ افزاري، كاهش توان مصرفي و افزايش حداكثر فركانس عملياتي نيز مي­شود. به­ طور مثال، حجم محاسبات با 6 آراية آنتني، 10 پالس دريافتي و 200 نمونه فاصله با اندازة بردار 17، GFLOPs 28.1 با حداكثر فركانس MHz 278 و زمان اجرايμs 262 روي تراشة Arria 10 به­ دست آمده است. بنابراين، روش چند­برداري مي­ تواند نيازمندي­هاي زمان- آني وزن­هاي STAP را برآورده سازد. الگوي وفقي زاويه- داپلر و تست استاتيكي براي آشكارسازي هدف نشان مي­ دهند كه استفاده از روش مذكور براي محاسبة وزن­ها بسيار كاربردي است.

Space-Time Adaptive Processing (STAP) is a fundamental technique in improving the performance of radars which are acted in the presence of severe dynamic disturbances such as clatter and jamming. STAP operation is based on very high sampling rates from signals received simultaneously from several antenna arrays and a number of pulses. Therefore, the volume of computation is very high and its implementation is difficult. In this paper, multi-vector method is proposed to reduce the amount of STAP calculations. Implementation results show that the proposed method, in addition to reducing the computational volume, leads to reduced hardware resources, reduced power consumption and increased maximum operating frequency. For example, the calculation volume for 6 antenna arrays, 10 receiving pulses and 200 range samples with a vector size of 17 is obtained 28.1 GFLOPS with maximum frequency of 278 MHz, and the computation time of 262 μs on the Arria 10 chip. Therefore, the multi-vectoring method can meet the real-time requirements of STAP weights. Angle-doppler adaptive pattern and the static test for the target detection indicate that using the above method is very practical for calculating weights.