基于分布式组网的复杂环境微弱目标探测方法研究

发布时间：2020-07-30 20:09

【摘要】：近年来,小型无人机的使用日渐频繁,以小型无人机为代表的“低小慢”目标的检测与跟踪对于安全隐私的保护变得越来越重要。针对“低小慢”目标的检测与跟踪,可以采用分布式网络雷达系统进行联网探测目标的方案,通过多个小型节点雷达分散布设,对雷达回波进行信号级与位置级的融合,实现对微弱目标的识别与跟踪。本文针对分布式网络雷达信号级信息融合展开了一系列的研究,首先阐述了分布式网络雷达的研究背景及发展现状,分析了其基本原理和工作模式,推导出其信号模型和实现全相参的条件;然后针对实现信号级融合所面临的关键问题,提出了基于正交频分线性调频信号和相位编码信号的相参参数估计方法,并分析了相参参数估计误差对于合成性能的影响;最后重点分析了分布式网络雷达相参合成系统的核心,即相参参数估计误差的问题。本文的具体工作简述如下:1.介绍了一种由多个节点雷达组成的分布式网络雷达相参合成系统,详细给出了其信号处理框架和工作流程,建立了雷达回波信号的数学模型,设计了合适的正交波形,分析了雷达信号在目标处空间能量干涉的原理,并给出了实现发射相参的条件。2.首先对节点雷达发射的正交频分线性调频信号的正交性能进行仿真分析,保证分布式网络雷达可以正常工作;然后对两节点分布式网络雷达系统接收相参模式和全相参模式进行仿真验证,仿真表明接收相参融合可获得6dB信噪比增益,全相参融合可获得9dB信噪比增益。最后,对两种相参参数估计方法:峰值法和互相关法进行性能比较,同时分析了相参参数估计精度对于相参合成性能的影响。3.分析了在发射信号理想分离和非理想分离情况下,信号模型参数和接收机输入信噪比对于相参参数估计精度的影响;然后分析了目标散射特性,包括目标雷达散射截面和基于多散射点中心模型,对相参参数估计精度的影响。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.51
【图文】：

相参,合成系统,分布式网络,雷达

首先介绍了其实现相参合成的两种信号处理工作模式下的信号模型，接着分析了多个节点雷即实现发射相参的原理，最后对分布式网络雷达真验证。雷达相参合成基本原理信号处理框架，分布式网络雷达相参合成系统由多个可独立工作，其基本思想是让各个节点雷达在恰当的时间以标处的雷达信号能量相参合成达到最大。这些节经过合理的空间组织，所有节点雷达的发射波束中心对各个节点雷达的回波进行综合处理，得到调整各个节点雷达的发射参数以实现发射相参，同时同相到达目标处，形成能量干涉。

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上海交通大学硕士学位论文要实现上述功能有两种信号处理框架可以参考，一种是“主辅式”，另一种是协作式。“主辅式”信号处理框架如图 2-2 所示，两个节点雷达发射相互正交的信号，但是只有主雷达接收回波信号，经过匹配滤波器之后，单站回波和双站回波可以被分离出来，雷达与目标之间的距离和相位信息可以通过比较两个回波的匹配滤波器输出峰值得出，然后将这些信息应用到辅雷达上，对其发射信号的发射时间和初始相位进行调整。主辅式信号处理框架比较容易实现且消耗的计算资源也比较少，因为所有的数据处理都发生在主雷达上，而辅雷达仅仅是从主雷达那里接收更新的相参参数。当只有一个辅雷达时，主雷达也可以调整自己的发射时间和相位来配合辅雷达。

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图 2-3 “协作式”信号处理框架Fig.2-3 Cooperative signal processing architecture2.2.2 相参合成系统工作流程为了获得更加精确的相参参数估计及鲁棒的性能，分布式网络雷达相参合成系统采用的是协作式信号处理框架，其工作流程主要包括目标获取、MIMO 模式、全相参（fully coherent, FC）模式和相参性能评估这四个步骤，如图 2-4 所示。目标获取相参性能评估满足不满足发射正交信号相参参数估计调整发射时间和相位发射相参信号回波相参融合结束MIMO模式全相参模式

【参考文献】