雷达方位超分辨关键技术研究

发布时间：2020-03-23 14:19

【摘要】：论文针对不同方位超分辨方法进行分析,总结了现有超分辨方法的优势与局限。对方法中存在的问题提出解决思路及相应的改进方法,并给出特定环境下改进方法的仿真结果。针对反卷积方位超分辨方法,通过对回波信号进行建模,阐述反卷积方位超分辨原理,并对现有方法进行分析,包括维纳滤波法、Richardson-Lucy(RL)法以及最大后验概率(MAP)法。在仅考虑接收机系统内部噪声情况下,给出上述超分辨方法的仿真结果。由于系统噪声未知且对分辨结果产生极大影响,导致反卷积方位超分辨问题具有“不适定”特性。针对反卷积“不适定”特性,首先,提出基于范数正则化的梯度投影(GP)方位超分辨方法,将“不适定”问题转换为约束优化问题,该方法可在信噪比为OdB环境下成功实现目标方位超分辨。通过对GP法进行分析,给出基于对偶理论与对数障碍函数的正则化超分辨方法,即对偶—对数障碍超分辨方法。信噪比为20dB以上时,该方法可提高雷达方位分辨率。其次,提出两种基于二次规划的方位超分辨方法:快速迭代收缩阈值(FIST)超分辨方法与拉格朗日超分辨方法。信噪比为10dB以上时,FIST法可有效提高方位分辨率。拉格朗日法则用于解决GP超分辨方法与FIST超分辨方法中无法对正则化参数自适应选取这一问题,无需引入正则化参数可直接恢复原始方位信号。针对波达方向(DOA)估计超分辨方法,为提高相干信源估计准确率,提出两种解相干方法。首先,结合奇异值分解(SVD)与四阶累积量(FOC)提出SVD-FOC法,在低信噪比环境下成功实现相干信源DOA估计。其次,针对大规模天线阵列,依据压缩感知理论,提出OR-MUSIC波达估计方法,采用正交匹配追踪(OMP)算法推导出导向向量的重构表达式,结合子空间算法可准确估计出相干信源的波达方向,仿真结果进一步证明了该方法的有效性。
【图文】：

多功能相控阵雷达,爱国者

高方位超分辨的最直接方法则是通过改进或更新系统的硬件（如增大天线孔径尺寸或天逡逑线孔径尺寸固定，增大发射信号频率）［１１，１２］。例如沃洛普斯岛上的ＡＮ／ＦＰＱ－６跟踪雷达逡逑采用２９英尺大口径天线，其方位精度可达０．０５密位，如图１．１所示。早期的雷达天线逡逑多数采用阵列天线，其原因在于雷达天线的性能与各辐射器的几何位置及其激励的幅逡逑度、相位紧密相关［１３］。后来由于分辨率的要求，而短波雷达一时难以得到广泛应用，因逡逑此阵列天线为单脉冲天线或抛物面天线所代替。随着电控相移器、电子开关及收发组件逡逑的出现，人们的目光再次投向阵列天线，并成功研制出相控阵雷达。相控阵雷达可利用逡逑控制单元的相位对孔径激励进行信号调制，从而实现雷达波束的定向扫描，即能够极大逡逑地缩短雷达的扫描时间，又可以有效地改善扫描灵活性。同时，相控阵雷达针对天线旁逡逑瓣对消可实现自适应控制，利用不同频率扫描得到的近远场数据可计算出精确的二维方逡逑向图。图１．２为爱国者多功能相控阵雷达，其天线包含大约五千个单元，呈圆形孔径。逡逑－２－逡逑

并沿一虚拟线性方向向前移动，当到达各虚拟阵元位置时，采用数据数据方式，将原来逡逑尺寸较小的真实天线孔径凭借目标与雷达间的相对运动特性融合成较大的等效虚拟孔逡逑径，这种通过运动小天线构造等效虚拟长天线的思想称为合成孔径雷达技术（图１．３为逡逑ＳＡＲ实测结果）。简而言之，当真实天线到达每个虚拟位置时，都会接收到相应的回波逡逑信号，而这些回波信号与发射信号间会存在特定相位差，将相位差与接收信号振幅进行逡逑叠加合成，即等效成为合成孔径天线的接收信号，其原理如图１．４所示。逡逑■丨逡逑（ａ）河南郑州逦（ｂ）山西平原逡逑图１．邋３邋ＳＡＲ图像逡逑Ｆｉｇ邋１．３邋ＳＡＲ邋Ｉｍａｇｅ逡逑－５－逡逑
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.51

【参考文献】