双基地MIMO雷达信号处理与算法研究

发布时间：2019-02-21 14:28

【摘要】：近年来,多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术的引入为雷达系统的进一步发展带来了新的契机。双基地MIMO雷达结合了MIMO技术以及双基地雷达体制的优势,拥有良好的技战术性能,引起了国内外研究者的广泛关注。本文围绕双基地MIMO雷达信号处理以及相关算法进行了研究,主要工作以及贡献如下:(1)本文给出了双基地MIMO雷达系统的基本配置;建立了双基地MIMO雷达回波信号模型,包括均匀线阵模型以及面阵模型;并且在雷达信号模型的基础上,结合工程实际,给出了双基地MIMO雷达的基本信号处理算法以及工作流程,并针对双基地MIMO雷达中较为特殊的波束形成、雷达不同工作过程的匹配滤波处理以及脉冲积累处理方案进行了介绍;同时针对实际应用中影响双基地MIMO雷达性能的常见的干扰以及非理想因素进行了分析;然后建立了基本的仿真平台实现构架。(2)对目标的搜索探测是雷达的基本功能之一。双基地MIMO雷达宽发宽收的工作模式以及对数字波束形成(Digital Beam Forming,DBF)技术和长时间积累技术的使用,能够解决常规雷达遇到的对责任空域的快速搜索以及对特定目标的精确测量之间的矛盾问题;但搜索过程过于复杂以及由等效发射波束形成失准所引起的匹配滤波输出损失却对雷达的性能造成了一定影响。本文对搜索处理中常用的步进频分线性调频(Stepped Frequency Division Linear Frequency Modulation,SFDLFM)信号的“距离-角度”耦合效应进行了分析讨论,优化了双基地MIMO雷达搜索处理结构,并利用此耦合效应,提出了双基地MIMO雷达在二维以及三维下的搜索距离段划分方法,此方法能够降低匹配滤波处理输出的损失。(3)双基地MIMO雷达通过信息融合技术能够提升整个系统对目标的测量精度和复杂条件下的探测跟踪能力,而数据关联是信息融合的前提。结合最近邻域关联算法,本文提出了基于发射视线角以及距离参数的数据关联决策,并推导了关联概率。该方法能有效规避发射阵列指向误差导致的关联失误,改善多个接收站之间数据关联的正确概率。另外通过与相控阵雷达比较,验证了双基地MIMO雷达数据关联方面的优良性能。(4)双基地MIMO雷达收发分置,发射阵列发射正交的探测信号波形,其在干扰对抗方面有着独特的优势和潜力。本文针对直达波以及多径干扰,提出将CLEAN算法应用于双基地MIMO雷达信号处理中,并与空域线性约束最小方差(Linearly Constrained Minimum Variance,LCMV)算法相结合,实现对直达波以及多径干扰的抑制;针对距离欺骗干扰,分别提出了利用对比不同途径得到的目标距离参数,以及通过最小二乘拟合误差构造二元检测器这两种方法来实现对距离欺骗干扰的识别,这两种方法分别针对两种不同的定位算法,利用的是定位过程的中间量,不会额外增加系统负担。(5)实际工程应用中,各种阵列误差的存在会严重影响雷达参数估计以及定位跟踪性能。针对此问题,本文对双基地MIMO雷达收发阵列中的幅相和互耦误差进行了联合校正,首先对误差矩阵进行了变形,然后利用迭代算法对误差进行了联合估计;提出了利用非线性最小二乘方法对双基MIMO雷达收发阵列指向误差进行收发联合校正的方法。仿真验证了本文所提方法具有良好的误差估计精度。(6)双基地MIMO雷达空、时、频同步系统的构造以及实现都较为复杂,并且会直接影响参数测量的性能。本文对双基地MIMO雷达同步系统的功能需求进行了研究,并且对同步误差对双基地MIMO雷达测距测速的影响进行了分析,并在此基础上进行了双基地MIMO雷达同步方案的对比选择。(7)除了理论分析以及仿真实验,硬件实验平台对完善一部雷达系统的功能和应用测试也是不可或缺的。本文对双基地MIMO雷达硬件实验平台进行了介绍。对其基本结构、工作原理以及工作流程进行了介绍,并展示了部分实验处理结果,验证了双基地MIMO实验系统目标探测性能。
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【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN957.51

【参考文献】