舰载高频地波雷达阵列误差建模与校正算法研究

发布时间：2019-01-17 19:09

【摘要】：舰载高频地波雷达(High Frequency Surface Wave Radar,HFSWR)是一种新体制雷达,由于其机动灵活性以及超视距探测能力使其无论在民用领域还是军用领域都有着极为广泛而深刻的应用价值。目前舰载HFSWR已经得到了较为深入的研究,整体处理流程也基本趋于成熟,但仍有部分问题没有得到充分解决,例如雷达的阵列误差校正问题。阵列误差是所有体制雷达均会存在的问题,特别是在舰载HFSWR中,这一问题尤为突出。本文的主要贡献即为对舰载HFSWR中的阵列误差进行数学建模,并在其基础之上研究了可能的校正算法。文章的主要工作如下:(1)研究了舰载HFSWR的主要信号处理流程,并在其基础之上研究了阵列误差可能产生的环节,并建立了舰载HFSWR中阵列误差的数学模型,然后仿真分析了四种不同阵列误差类型对舰载HFSWR信号处理算法(杂波抑制算法和超分辨算法)的影响,得出相关结论。(2)研究了基于校正阵元的误差校正算法。分别从盲估计和旋转不变子空间(Estimation of signal parameters via rotational invariance,ESPRIT)两个角度研究利用校正阵元实现通道幅相误差校正的算法。研究结果表明对于部分校正ESPRIT算法无论是校正性能还是算法兼容性,相较于部分校正盲估计算法都具有一定优势。此外,还研究了针对幅相误差和互耦误差同时存在的基于校正阵元的误差校正算法。该算法利用互耦系数是Toeplitz矩阵,并且有一定的长度这一特点,结合线性均匀分布阵列(Uniform Linear Array,ULA)的结构特点,通过巧妙的布局实现互耦误差矩阵与幅相误差矩阵的分离,从而实现目标方位的正确估计。(3)研究了阵列误差自校正算法。这类算法可以不通过引入外部信息即可完成阵列误差校正,本质上是参数寻优,因而存在着局部最优的问题。本文主要考察了分别针对通道幅相误差和互耦误差的自校正算法,并给出了相关的仿真与性能分析。并且本文还尝试研究了幅相互耦联合自校正算法,给出了仿真结果与性能分析。需要指出的是,自校正算法由于不接收外部信息,完全通过自身的迭代来获得优化值,所以优化性能必然受限于起始值。要打破这种困境,要么引入新的信息量,要么使用生物进化计算理论。自校正算法在工程应用有一定的局限性,适合精细化校正。(4)研究了基于流形分离技术(Manifold Separation Technique,MST)的误差校正算法。该算法本质上是有源校正,相较于其他有源校正算法,MST能够针对方向图误差进行校正。MST通过将阵列流形分离为只依赖于阵列结构的采样矩阵和只依赖于波场方向的参数矢量两部分,具有很强的阵列流形拟合能力。本文中在MST基础之上提出了阵元空间正交加权(Element Space-Orthogonal Weighting,ES-OW)算法、阵元空间斜投影(Elemnt Space-Oblique Projecting,ES-OP)算法以及阵元空间递增阶数多参数(Elemnt Space-Incremental Multi-Parameter,ES-IMP)算法。其中,ES-OW算法具有很强的工程应用价值,ES-IMP算法相较于已经提出的ES-MUSIC(Element Space-MUtiple Signal Classification)算法,具有更高的稳定性和校正精度。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN957.51

【参考文献】