波束内群目标参数估计与跟踪技术研究

发布时间：2020-04-19 06:25

【摘要】：随着现代雷达探测技术的不断发展、目标状态特性以及环境复杂性的增加,常存在密集群目标的运动状态估计问题。雷达的分辨能力决定了是否可以对目标实现可靠而稳定的参数估计与跟踪。早期的跟踪雷达不能分辨出波束内相近的群目标,主要利用一维距离像的包络幅度信息进行距离、速度估计。此外,传统雷达的目标运动估计与跟踪是相对独立的,这种处理方式在群目标跟踪时存在很大问题,受限于信号模型等很难在信号处理上有实质性改善。为解决群目标场景下的参数估计问题,本文在信号处理方面通过增加速度观测维度进行群目标分离,并通过滤波和数据关联对群目标进行跟踪,利用航迹辅助信号处理分离个体目标与速度解模糊。由此,本文展开如下几方面研究。首先对窄带线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)体制的雷达信号模型进行深入研究,对实际雷达系统中的数字信号处理过程进行了详细地描述,并建立简易的模拟弹道模型生成仿真回波信号,为参数估计部分奠定信号基础。由于传统参数估计方法是基于一维距离像的复包络信息,无法实现群目标的参数估计。因此本文采用最大似然估计(Maximum Likelihood Estimation,MLE)的方法,该方法可以达到理论上的最优估计精度,但其计算量十分庞大。为此,本文结合IFFT和CZT方法提出了一种基于数据压缩的快速实现算法,可以显著减小该方法的计算复杂度。由于似然函数的分布特性,在群目标参数估计中存在距离-速度十字旁瓣叠加所引起的估计偏差,以及对速度的估计存在未知的模糊倍数。受限于信号特性,无法从信号处理单方面解决该问题。为解决最大似然估计算法中存在的问题,本文采取对参数估计的量测结果再进行一次数据处理的方法,即滤波与数据关联。首先对标准卡尔曼和自适应卡尔曼滤波进行了简单比较,再通过数据关联技术在群目标中进行个体分离形成稳定的跟踪航迹从而解决速度模糊问题,由此将传统雷达相对独立的参数估计和目标跟踪框架相结合构成闭环体系,最终实现群目标的参数高精度估计。
【图文】：

示意图,线性调频信号,示意图,脉冲压缩

目前常用雷达系统普遍采用窄带ＬＦＭ信号的工作模式。所谓窄带是指信号逡逑带宽远小于中心频率；线性调频是指信号的瞬时频率随时间线性变化。本章首先逡逑介绍了窄带ＬＦＭ信号模型，然后对信号进行脉冲压缩处理得到用于参数估计的逡逑信号，最后对弹道模型进行仿真并生成雷达回波，为后续的研究提供支撑。逡逑２．１邋ＬＦＭ信号模型逡逑ＬＦＭ信号普遍应用于脉冲压缩体制雷达，其瞬时频率与时间呈线性相关。逡逑脉冲压缩机制可以同时满足远距离探测和高精度距离分辨率两个要求。该体制的逡逑雷达通过发射宽脉冲形式信号来提高信号能量以获得较远的探测距离；在接收回逡逑波信号时，为提高距离分辨率，通过脉冲压缩技术将宽脉冲信号变换为窄脉冲形逡逑式，可见脉冲压缩技术可以兼顾雷达作用范围和距离分辨率。如图２－１所示的逡逑ＬＦＭ信号就是一种最为常见的脉冲压缩信号。逡逑

示意图,脉冲发射,示意图

逦（２－３）逡逑＆（／）为基带频段的噪声。逡逑雷达发射信号是以周期性的脉冲形式发射，如图２－２所示，其周期称为脉冲逡逑重复间隔（Ｐｕｌｓｅ邋Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ邋Ｉｎｔｅｒｖａｌ，邋ＰＲＩ邋），与相应的脉冲重复频率（Ｐｕｌｓｅ邋Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＰＲＦ）互为倒数，，即ＰＲＦ邋＝邋１／ＰＲＩ。在常规雷达参数中，发射信号脉冲逡逑宽度非常小，可以认为目标的瞬时时延ｒ邋＝邋２ｒ（0／ｃ在脉冲持续时间内无变化，逡逑那么在以脉冲串形式发射的信号中，接收到的第个脉冲回波信号可近似地表示逡逑为：逡逑ｘ？，邋（0邋＝邋Ａｓ（ｔ－邋ｒｍ）邋ｅｘｐ（－７邋２＾／ｃｒ，？邋）邋＋邋ｕ（ｔ）逦（２－４）逡逑其中，ｒｍ＝２ｒ（／Ｊ／Ｃ为第》，个脉冲对应的目标往返时延；为第／；；个脉冲的发送逡逑时刻。这里我们称／为快时间，表示脉冲内的时间序列；为慢时间，表示脉冲逡逑作为一个整体的时间序列。逡逑幅度个逦ＰＲＩ逡逑：★逦？：逡逑＼￣ｒ＼逦｜逦＼￣￣＼逦．．．逡逑ｉ＋ｉ逦ｉ十邋ｉ逡逑逦逦ｉ邋Ａ邋ｉ逦逦ｉ邋Ａ邋ｉ逦逦ｉ邋Ａ邋ｉ逦逦＾逡逑发射信号逦接收信号逡逑时间逡逑图２－２脉冲发射示意图逡逑在实际雷达应用时
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.51

【参考文献】