雷达目标检测互补波形设计研究

发布时间：2020-08-25 04:16

【摘要】：复杂电磁环境下,合理设计和选择雷达波形能够有效提升雷达的旁瓣抑制与目标检测性能。互补波形因其能够在理论上实现自相关函数的和为冲激函数,在增大匹配滤波后的信噪比、提高弱小目标的检测性能等方面具有重要研究价值。但是,互补波形的这一优势对目标多普勒频移引起的匹配滤波失配非常敏感。失配会导致时延—多普勒图像中出现显著旁瓣,从而影响对目标的检测。本文以提高互补波形旁瓣抑制与目标检测性能为目的,利用互补波形发射顺序与接收端各脉冲权重设计等技术手段,开展了互补波形的旁瓣抑制方法研究与目标检测性能分析。本文的主要研究工作和结果概括如下:1.从理想情况下简单形式的互补波形入手,分析了格雷互补波形多目标检测问题,提出了一种格雷互补波形多目标检测信号处理流程。该流程采用逐点最小值处理来综合二项式设计方法和本文提出的三种方法之一(基于Walsh矩阵的信号处理方法、基于目标多普勒的信号处理方法以及加权平均多普勒方法)的结果,可以使流程的最终输出结果在有效抑制多个目标多普勒附近距离旁瓣的同时,保持目标的多普勒分辨率不会显著下降。接着对该流程进行了性能分析讨论,包括各方法计算量分析、逐点最小值处理对Swerling II目标的有效性分析、时延—多普勒图像中显著旁瓣区域的分布情况估计。之后通过对固定目标场景和随机目标场景分别进行仿真,验证了所提信号处理流程的目标检测性能。2.将格雷互补波形扩展到了互补波形组的情况,研究了互补波形组旁瓣抑制波形设计方法,提出了一种广义二项式设计方法处理流程。该流程将互补波形组发射脉冲串分为前半部分和后半部分,并分别对应采用两种独立的接收端加权方法——中部旁瓣消隐方法和两侧旁瓣消隐方法进行处理,两种方法的输出结果通过逐点相加处理结合,输出该流程的最终时延—多普勒图像。作为一种针对互补波形组的接收端加权类波形设计方法,该流程可以获得与二项式设计方法相似的旁瓣抑制区域大小与多普勒分辨率,并只需发射更少的脉冲数目。然后计算了流程的主要性能参数(峰值—峰值旁瓣之比与积分损失因子),推导分析了不同生成方法获得的互补波形组对时延—多普勒图像的旁瓣抑制性能影响,并通过仿真实验验证了理论分析的结果。3.验证了简化后的格雷互补波形多目标检测信号处理流程在海杂波情况下的有效性。基于零均值SαS分布模型对海杂波进行了建模,讨论了简化流程对海杂波的抑制能力。然后分析了Swerling II目标的各种振荡对逐点最小值处理输出的结果中目标虚警概率与检测概率的影响。仿真结果说明该流程可以在更短的处理时间内获得比同样参数下的线性调频波形更好的海杂波抑制效果和时延分辨率。4.研究了互补波形组在分布式多基地雷达中的目标检测性能。基于互补波形组的分布式多基地雷达系统模型,讨论了该模型中天线载频与初始相位对旁瓣抑制性能的影响。研究发现互补波形组的互补性能够有效抑制天线通道间交叉项与不同初始相位带来的干扰,从而只需调制单一载频进行发射,减小了系统占用的频带范围,并可以在理论上获得没有旁瓣的静止目标距离像。互补波形组可以容忍一定程度的信号载频抖动,但过大的抖动会显著降低距离像中的信噪比。5.讨论了多载频格雷互补波形的目标检测性能。研究发现基于多载频格雷互补波形回波模型发射单个脉冲时,多载频格雷互补波形在测距时对目标速度的变化不敏感,有望提高高速运动目标的测距与测速精度。多载频多脉冲处理可以较好地抑制时延—多普勒图像中的距离旁瓣,并获得相比同样参数下的单载频格雷互补波形更好的速度分辨率,但是此时系统的总带宽同样被显著提升,却并没有相应地提高目标的时延分辨率。因此关于本文讨论的多载频格雷互补波形方案仍需进一步研究。本文的研究成果不仅丰富完善了互补波形理论和波形设计方法,也为互补波形可能的应用设想提供了有益参考。
【学位授予单位】：国防科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.51

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