Synthèse des Traitements Stap Pour la Détection en Environnement Hétérogène

Synthèse des Traitements Stap Pour la Détection en Environnement Hétérogène

Stéphanie Bidon | Olivier Besson  | Jean-Yves Tourneret 

Université de Toulouse, Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace, Département Électronique Optronique et Signal, 10 avenue Edouard Belin, F-31055 Toulouse Cedex 4

Université de Toulouse, IRIT - ENSEEIHT - TéSA, 2 rue Camichel, BP 7122, F-31071 Toulouse Cedex 7

Page: 
81-112
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DOI: 
https://doi.org/10.3166/TS.28.81-112
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OPEN ACCESS

Abstract: 

This paper presents a review of space-time adaptive processing techniques (STAP) that have been developed or used in heterogeneous environment. More specifically, the main causes that lead to non-homogeneous environments are recalled. Then, four main strategies aimed at counteracting the deleterious effect of heterogeneity are presented.

RÉSUMÉ

Cet article synthétise les différents algorithmes spatio-temporels adaptatifs (STAP) développés et/ou utilisés pour la détection en environnement non-homogène. Nous rappelons en premier lieu les causes principales qui peuvent conduire à un environnement hétérogène. Puis nous présentons les stratégies STAP les plus communément utilisées dans de tels environnements.

Keywords: 

filtering, space-time adaptive processing, heterogeneous environment, reducedrank algorithm, knowledge-aided algorithm.

MOTS-CLÉS

filtrage, traitement spatio-temporel adaptatif, environnement hétérogène, algorithme à rang réduit, algorithme à apprentissage supervisé.

1. Introduction
2. Modèle de Signal pour la Détection en Milieu Homogène
3. Classification des Types d’Hétérogénéité
4. Stratégies de Traitement en Environnement non Homogène
5. Conclusion
  References

Abramovich Y., Nevrev A. (1981). « n analysis of effectiveness of adaptive maximization of the signal-to-noise ratio which utilizes the inversion of the estimated correlation matrix ». Radio Eng. Electron. Phys., vol. 27, n° 10, p. 69-77.

Adve R. S., Hale T. B., Wicks M. C. (1999). « Transform Domain Localized Processing Using Mea-sured Steering Vectors and Non-Homogneity Detection ». Proc. IEEE Radar Conference, Boston, MA, p. 285-290, April.

Armstrong B. C., Griffiths H. D. (1993). « Performance of Adaptive Optimal Doppler Processors in Heterogeneous Clutter ». Proc. IEEE National, Radar Conference, Boston, MA, p. 140-145, April.

Ayoub T. F., Haimovich A. M. (2000). « Modified GLRT Signal Detection Algorithm ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 36, n° 3, p. 810-818, July.

Ayoub T. F., Haimovich A. M., Pugh M. L. (1999). « Reduced-Rank STAP for High PRF Radar ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 35, n° 03, p. 953-962, July.

Barlow E. J. (1949). « Doppler Radar ». Proc. IRE, vol. 37, p. 340-355, April.

Barton T. A., Smith S. T. (1997). « Structured Covariance Estimation for Space-Time Adaptive Pro-cessing ». Proc. ICASSP, Munich, Germany, April.

Berger S. D., Welsh B. M. (1999). « Selecting a Reduced-Rank Transformation for STAP– A Direct Form Perspective ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 35, n° 2, p. 722-729, April.

Bergin J. S., Teixeira C. M., Techau P. M., Guerci J. R. (2004). « STAP with Knowledge-Aided Data Pre-Whitening ». Proc. IEEE Radar Conf., Philadelphia, PA, p. 289-294, April 26–29.

Bergin J., Teixeira C. M., Techau P. M., Guerci J. R. (2003). « Space-Time Beamforming with Knowledge-Aided Constraints ». Proc. Adaptive Sensor Array Processing Workhsop, March 11-13.

Besson O. (2007). « Detection in the Presence of Surprise or Undernulled Interference ». IEEE Signal Processing Lett., vol. 14, n° 5, p. 352-354, May.

Besson O., Bidon S., Tourneret J.-Y. (2008). « Covariance Matrix Estimation With Heterogeneous Samples ». IEEE Trans. Signal Processing, vol. 56, n° 3, p. 909-920, March.

Besson O., Tourneret J.-Y., Bidon S. (2007). « Knowledge-Aided Bayesian Detection in Heterogenous Environments ». IEEE Signal Processing Lett., vol. 14, n° 5, p. 355-358, May.

Bidon S. (2011). « Introduction au STAP. Partie II : Modèle des signaux et principe du filtrage ». Revue Traitement du Signal.

Bidon S., Besson O., Tourneret J.-Y. (2008a). « A Bayesian Approach to Adaptive Detection in Non-homogeneous Environments ». IEEE Trans. Signal Processing, vol. 56, n° 1, p. 205-217, January.

Bidon S., Besson O., Tourneret J.-Y. (2008b). « Characterization of Clutter Heterogeneity and Estima-tionof its Covariance Matrix ». Proc. IEEE Radar Conference, Rome, p. 359-362, May.

Bidon S., Besson O., Tourneret J.-Y. (2008c). « The Adaptive Coherence Estimator is the Generalized Likelihood Ratio Test for a Class of Heterogeneous Environments ». IEEE Signal Proces-sing Lett., vol. 15, p. 281-284.

Bidon S., Besson O., Tourneret J.-Y. (2011a). « Knowledge-Aided STAP in heterogenous clutter using a hierarchical Bayesian algorithm ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 47, n° 3, p. 1863-1879.

Bidon S. (2011b). Montécot M., Savy L., « Introduction au STAP. Partie III : Les données du club STAP ». Revue Traitement du Signal.

Blunt S. D., Gerlach K., Rangaswamy M. (2006). « STAP using Knowledge-Aided Covariance Matrix Estimation and the FRACTA algorithm ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 42, n° 3, p. 1043-1057, July.

Boroson D. M. (1980). « Sample Size Considerations for Adaptive Arrays ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 16, n° 4, p. 446-451, July.

Borsari G. K. (1998). « Mitigating Effects on STAP Processing Caused by an Inclined Array ». Proc. IEEE Radar Conference, Dallas, TX, p. 135-140, May.

Borsari G. K., Steinhardt A. O. (1995). « Cost-Efficient Training Strategies for Space-Time Adaptive Processing Algorithms ». Proc. Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, p. 650-654.

Brennan L. E., Reed I. S. (1973). « Theory of adaptive radar ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 9, p. 237-252, March.

Burg J., Luenberger D., Wenger D. (1982). « Estimation of structured covariance matrices ». Proc. IEEE, vol. 70, n° 9, p. 963-974, September.

Cai L., Wang H. (1994). « Further Results on Adaptive Filtering with Embedded CFAR ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 30, n° 4, p. 1009-1020, October.

Capraro C. T., Capraro G. T., Bradaric I., Wicks M. C., Baldygo W. J. (2006). « Implementing Digital Terrain Data in Knowledge-Aided Space-Time Adaptive Processing ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., July.

Carlson B. D. (1988). « Covariance Matrix Estimation Errors and Diagonal Loading in Adaptive Ar-rays ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 24, n° 4, p. 397-401, July.

Chen P., Melvin W. L., Wicks M. C. (1999). « Screening Among Multivariate Normal Data ». Journal of Multivariate Analysis, vol. 69, p. 10-29.

Conte E., De Maio A., Farina A., Foglia G. (2006). « Design and Analysis of a KnowledgeAided Radar Detector for Doppler Processing ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 42, n° 3, p. 1058-1079, July.

Conte E., Lops M., Ricci G. (1995). « Asymptotically Optimum Radar Detection in Compound-Gaussian Clutter ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 31, n° 2, p. 617-625, April.

Conte E., Lops M., Ricci G. (1996). « Adaptive Matched Filter Detection in Spherically Invariant Noise ». IEEE Signal Processing Lett., vol. 3, n° 8, p. 248-250, August.

Conte E., Lops M., Ricci G. (1998). « Adaptive Detection Schemes in Compound-Gaussian Clutter ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 34, n° 4, p. 1058-1069, October.

De Maio A., Farina A. (2006). « Adaptive radar detection : a Bayesian approach ». Proc. 2006 Int. Radar Symp., Krakow, Poland, May 24–26.

De Maio A., Farina A., Foglia G. (2007). « Adaptive Radar Detection : A Bayesian Approach ». Proc. IEEE Radar Conf., Waltham, MA, p. 624-629, April 17–20.

DiPietro R. C. (1992). « Extended Factored Space-Time Processing for Airborne Radar Systems ». Proc. Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, vol. 1, p. 425- 430, October.

Fante R. L., Barile E. C., Guella T. P. (1994). « Clutter Covariance Smoothing by Subaperture Averaging ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 30, n° 3, p. 941-945, July.

Friedlander B. (2000). « The MVDR Beamformer for Circular Arrays ». Proc. Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, vol. 1, p. 25-29.

Fuhrmann D. R. (1991). « Application of Toeplitz Estimation to Adaptive Beamforming and Detec-tion ». IEEE Trans. Signal Processing, vol. 39, n° 10, p. 2194-2198, October.

Gerlach K. (1995). « The Effects of Signal Contamination on Two Adaptive Detectors ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 31, n° 1, p. 297-309, January.

Gerlach K., Blunt S. D., Picciolo M. L. (2004). « Robust Adaptive Matched Filtering Using the FRACTA Algorithm ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 40, n° 3, p. 929-945, July.

Gerlach K., Picciolo M. L. (2003). « Airborne/Spacebased Radar STAP Using a Structured Covariance Matrix ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 39, n° 1, p. 269-281, January.

Ginolhac G., Forster P., Ovarlez J.-P., Pascal F. (2011). « STAP à rang réduit, robuste et persymé-trique ». Revue Traitement du Signal.

Goldstein J. S., Reed I. S. (1997). « Theory of Partially Adaptive Radar ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 33, n° 4, p. 1309-1325, October.

Goldstein J. S., Reed I. S., Scharf L. L. (1998). « A Multistage Representation of the Wiener Filter Based on Orthogonal Projections ». IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 44, n° 7, p. 2943-2959, November.

Guerci J. R. (2003). Space-Time Adaptive Processing for Radar. Artech House, Norwood, MA.

Guerci J. R., Baranoski E. J. (2006). « Knowledge-Aided Adaptive Radar at DARPA ». IEEE Signal Processing Mag., vol. 23, n° 1, p. 41-50, January.

Haimovich A. (1996). « The Eigencanceler : Adaptive Radar by Eigenanalysis Methods ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 32, n° 2, p. 532-542, April.

Hayward S. D. (1996). « Adaptive Beamforming for Rapidly Moving Arrays ». Proc. International Conference of Radar, Beijing, China, p. 480-483, October.

Hiemstra J. D. (2002). « Colored Diagonal Loading ». Proc. IEEE Radar Conf., Chantilly, VA, USA, p. 386-390, April 22–25.

Kelly E. J. (1986). « An Adaptive Detection Algorithm». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 22, n° 1, p. 115-127, March.

Kirsteins I. P., Tufts D. W. (1994). « Adaptive Detection Using Low Rank Approximation to a Data Matrix ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 30, n° 1, p. 55-67, January.

Klemm R. (2002). Principles of Space-Time Adaptive Processing. IEE Press, London, U.K.

Klemm R. (2004). Applications of Space-Time Adaptive Processing. IEE Press, London, U.K.

Kogon S. M. (2004). « Adaptive weight training for post-Doppler STAP algorithms in nonhomogenous clutter », chapter 11, p. 359-374.

Kraut S., Scharf L. L., Butler R. W. (2005). « The Adaptive Coherence Estimator : A Uniformly Most-Powerful-Invariant Adaptive Detection Statistic ». IEEE Trans. Signal Processing, vol. 53, n° 2, p. 427-438, February.

Kraut S., Scharf L. L., McWhorter L. T. (2001). « Adaptive Subspace Detectors ». IEEE Trans. Signal Processing, vol. 49, n° 1, p. 1-16, January.

Kreyenkamp O., Klemm R. (2001). « Doppler Compensation in Forward-Looking STAP Radar ». IEE Proc. Radar, Sonar and Navigation, vol. 148, n° 5, p. 253-258, October.

Lapierre F. D., Verly J. G., Droogenbroeck M. V. (2003). « New Solutions to the Problem of Range De-pendencein Bistatic STAP Radars ». Proc. IEEE Radar Conference, Huntsville, Alabama, p. 452-459, May.

Marcos S., Beau S. (2011). « STAP à rang réduit, récursif en distance et utilisant un développement de Taylor ». Revue Traitement du Signal.

McDonald K. F., Blum R. S. (2000). « Exact Performance of STAP Algorithms with Mismatched Steering and Clutter Statistics ». IEEE Trans. Signal Processing, vol. 48, n° 10, p. 2750-2763, October.

McWorther L. T., Scharf L. L., Griffiths L. J. (1996). « Adaptive Coherence Estimation for Radar Si-gnal Processing ». Proc. Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, p. 536-540, November.

Melvin W. L. (1998). « Eigenbased modeling of nonhomogeneous airborne radar environments ». Proc. IEEE Radar Conference, Dallas, Texas, p. 171-176, May.

Melvin W. L. (2000). « Space-Time Adaptive Radar Performance in Heterogeneous Clutter ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 36, n° 2, p. 621-633, April.

Melvin W. L., Guerci J. R. (2006a). « Knowledge-Aided Signal Processing : A New Paradigm for Radar and Other Advanced Sensors ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 42, n° 3, p. 983-996, July.

Melvin W. L., Himed B., Davis M. E. (2003). « Doubly Adaptive Bistatic Clutter Filtering ». Proc. IEEE Radar Conference, Huntsville, Alabama, p. 171-178, May.

Melvin W. L., Showman G. A. (2006b). « An Approach to Knowledge-Aided Covariance Estimation ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 42, n° 3, p. 1021-1042, July.

Montécot M., Le Chevalier F., Savy L. (2011). « Introduction au STAP. Partie I : Contexte radar et enjeu du filtrage ». Revue Traitement du signal.

Nitzberg R. (1990). « An Effect of Range-Heterogeneous Clutter On Adaptive Doppler Filters ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 26, n° 3, p. 475-480, May.

Ovarlez J.-P., Pascal F., Forster P., Ginolhac G., Mahot M. (2011). « Traitement STAP et modélisation SIRV : robustesse et persymétrie ». Revue Traitement du Signal.

Page D., Scarborough S., Orwirka G., Crooks S. (2004). « Improving Knowledge-Aided STAP Perfor-mance using Past CPI Data ». Proc. IEEE Radar Conf., p. 295-300, April 26–29. Pailloux G., Ovarlez J.-P., Pascal F., Forster P., « Persymmetric adaptive radar detectors ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., n.d.

Parker P., Swindlehurst A. (2003). « Space-Time Autoregressive Filtering for Matched Subspace STAP ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., April.

Pascal F. (2006). Détection et Estimation en Environnement Non gaussien, PhD thesis, Université Paris X, Nanterre, France, December.

Pearson F., Borsari G. (2001). « Simulation and Analysis of Adaptive Interference Suppression for Bistatic Surveillance Radars ». Proc. ASAP Workshop, Lexington, MA, March.

Petitjean J., Grivel E. (2011). « STAP fondé sur une modélisation autoregressive (AR) des interfé-rences : estimation des paramètres AR par filtrage de Kalman ». Revue Traitement du Signal.

Pillai S. U., Kim Y. L., Guerci J. R. (2000). « Generalized Forward/Backward Subaperture Smoothing Techniques for Sample Starved STAP ». IEEE Trans. Signal Processing, vol. 48, n° 12, p. 3569-3574, December.

Rabideau D. J., Steinhardt A. O. (1999). « Improved Adaptive Clutter Cancellation Through Data-Adaptive Training ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 35, n° 3, p. 879-891, July.

Reed I. S., Mallett J. D., Brennan L. E. (1974). « Rapid Convergence Rate in Adaptive Arrays ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 10, n° 6, p. 853-863, November.

Richmond C. D. (2000). « Performance of a Class of Adaptive Detection Algorithms in Nonhomoge-neous Environments ». IEEE Trans. Signal Processing, vol. 48, n° 5, p. 1248-1262, May.

Román J. R., Rangaswamy M., Davis D. W., Zhang Q., Himed B., Michels J. H. (2000). « Parameteric Adaptive Matched Filter for Airborne Radar Applications ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 36, n° 2, p. 677-692, April.

Russ J. A., Casbeer D. W., Swindlehurst A. L. (2004). « STAP Detection Using Space-Time Autore-gressive Filtering ». Proc. IEEE Radar Conference, Phildalphia, p. 541-545, April.

Sangston K. J., Gerlach K. R. (1994). « Coherent Detection of Radar Targets in a NonGaussian Back-ground ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 30, n° 2, p. 330-340, April.

Savy L., Degurse J.-F. (2011). « Stop-Band APES : Traitement STAP sur données fortement hétéro-gènes ». Revue Traitement du Signal.

Scharf L. L., McWhorter L. T. (1996). « Adaptive Matched Subspace Detectors and Adaptive Cohe-rence Estimators ». Proc. Asilomar Conference Signals Systems Computers, Pacific Grove, CA, p. 1114-1117, November.

Skolnik M. I. (1970). Radar Handbook. McGraw-Hill.

Steiner M., Gerlach K. (2000). « Fast Converging Adaptive Processor for a Structured Covariance Matrix ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 36, n° 4, p. 1115-1126, October.

Stoica P., Li J., Zhu X., Guerci J. R. (2008). « On Using a priori Knowledge in Space-Time Adaptive Processing ». IEEE Trans. Signal Processing, vol. 56, n° 6, p. 2598-2602, June.

Teixeira C., Bergin J., Techau P. (2003). « Reduced Degree-of-Freedom STAP with Knowledge-Aided Data Pre-Whitening ». Proc. KASSPER Workshops 2003, Las Vegas, NV, April.

Varadarajan V., Krolik J. L. (2006). « Joint Space-Time Interpolation for Distorted Linear and Bistatic Array Geometries ». IEEE Trans. Signal Processing, vol. 53, p. 848-860, March.

Wang H., Cai L. (1994). « On Adaptive Spatial-Temporal Processing for Airborne Surveillance Radar Systems ». IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 30, n° 3, p. 660-670, July.

Ward J. (1994). Space-Time Adaptive Processing for Airborne Radar, Technical Report n° 1015, Lincoln Laboratory, MIT, Lexington, MA, December.

Zhu X., Li J., Stoica P., Guerci J. R. (2007). « Knowledge-Aided Space-Time Adaptive Processing ». Proc. 41st Asilomar Conf., Pacific Grove, CA, p. 1830-1834, November 4–7.

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