频控阵波束的距离角度依赖特性研究

发布时间：2020-10-15 06:36

　　 频控阵雷达(Frequency Diverse Array,FDA)近年来受到了国内外科研工作者的高度研究关注。与传统的相控阵雷达(Phased Array,PA)相比,频控阵的各阵元采用不同的发射载波频率,而相控阵采用相同的发射载波频率来发射信号。与多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达相比,频控阵发射信号本身不正交,从而可以获得相干的阵列增益;而MIMO雷达各阵元发射信号相互正交,具有空间增益,但不具有相干阵列增益。基本频控阵给每个阵元施加的频率偏移是线性递增的,这种频率偏移会导致距离和角度依赖性的发射波束,而且这种波束也是在距离维和角度维相互耦合的,这就增大了其阵列优化和参数估计难度。因此,本文针对频控阵波束图的距离依赖特性,研究频控阵参数优化设计方法及其在新体制雷达技术的应用,主要的研究工作和创新点包括:(1)提出了一种基于Costas序列的频控阵频偏设计方法:这种非线性频率偏移可以产生伪随机的能量分布特性,而且其角度和距离维也不再耦合,这样目标的角度和距离可以在接收信号处理中,通过匹配滤波器和子空间分解算法无模糊地被估计出。此外,这种伪随机的能量分布图也可用于设计低截获概率(Low Probability of Intercept,LPI)雷达。(2)研究了一种基于多通道混频-匹配滤波的频控阵信号接收机设计方法:不同于传统单载波混频,该接收机使用与发射频偏相对应的多个载波对频控阵信号进行多通道下变频,然后使用匹配滤波压缩基带波形,输出同时包含目标的距离和角度参数的矢量数据模型。这种接收机能够同时处理重叠频谱和非重叠频谱的频控阵信号,分别对应于发射相干波形和正交波形的频控阵信号。利用距离和角度依赖性,该接收机能够通过距离和角度依赖自适应波束形成算法来实现抑制干扰,亦能通过空间谱估计算法进行目标在距离和角度域的联合定位。(3)提出了一种改进的嵌套频控阵阵列设计方法:引入嵌套阵设计技术,进一步增大频控阵的自由度并通过优化设计发射和接收阵元的位置和权重,从而在给定阵元个数条件下大大增加阵列的自由度,从而能够探测和分辨更多雷达目标,并能有效抑制阵列栅瓣。同时,还提出一种基于最小二乘法(Least Squares,LS)的大尺度阵列任意波束图综合新方法,该方法优于传统的多项式因式分解方法,特别是在设计一个有数百甚至数千个阵元的大型阵列波束图设计中更具优势。(4)提出了一种具有认知功能的频控阵雷达技术:通过综合利用认知雷达智能获取的环境信息和频控阵雷达距离依赖的发射波束,自适应优化频控阵雷达在目标跟踪过程中采取的频偏参数,使得频控阵发射波束聚焦在目标位置,从而实现在提高接收机信噪比(Signal-to-interference-plus-noise ratio,SINR)的同时,能够有效避免目标位置以外的干扰源影响。而且为了去除发射波束在距离维和角度维的耦合效应,提出了一种基于发射信干噪比最大化的非线性频偏系数更新优化算法,能够根据目标和干扰的位置信息自适应优化非线性频偏参数,将发射波束聚焦于目标并且抑制干扰区域的辐射能量,从而改善频控阵雷达的发射信干噪比,提高其目标跟踪性能。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN958
【部分图文】：

最大似然估计方法在输出端得到距离角度的二维波束图。文献[28] 结合了频控阵和稀疏孔径雷达的特点，成功抑制了阵列稀疏带来的高旁瓣问题。文献[29] 研究了基于连续波的频控阵雷达波束图特点，并分析了其模糊函数，丰富了频控阵雷达所使用的波形。文献[30] 首次研究了平面阵列的频控阵雷达，主要分析了三维发射波束图的特点。文献[31] 以提高 SINR 为目的，提出了一种可以得到最优频偏的频控阵自适应优化选择方法。文献[32] 中，C. Cetintepe 主要研究分析了基于频控阵 Radar cross section(RCS)特性的功率波动改善。文献[33] 在极化频控阵上应用了多维协同倾斜滤波技术，并且为了扩展频控阵的应用范围，比较了不同滤波器的SINR 抑制性能。文献[34] 中的雷达系统接收机为传统的均匀线阵相控阵，而发射机则采用了非均匀间隔阵列的频控阵，并利用发射接收波束形成对静止平台情况下进行单目标和多目标成像。文献[35] 采用了一种非线性的对数频偏频控阵，由于其频率增量的非线性可以在空间中形成点状波束图，这是一种解决频控阵距离-角度耦合问题的有效方法。在文献[36] 中，为了得到在目标处时不变的波束图，作者提出了一种基于时变频偏的频控阵模型，该模型的提出对今后的雷达-通信一体化技术研究奠定了一定的技术基础。

只能指向特定的角度。 波束图的角度依赖特性分析 每个天线发射相干信号，并利用移相器实现波列处理，近年来又出现了 MIMO 雷达。MIM号，所以 MIMO 雷达相对于相控阵雷达而言输入多输出系统，所以可以简单地定义发射为 MIMO 系统。而只有一端采用多阵元，另入多出 SIMO 系统或多入单出 MISO 系统。 方式，MIMO 雷达可分为分布式 MIMO 雷达对于分布式 MIMO 雷达，收发天线放置在不同步时序。而集中式 MIMO 雷达指的是发射也是最常见的雷达形式，如无特殊说明，本文IMO 雷达（以下均称为 MIMO 雷达）。

据不同目标位置来适当调整频偏 f 是必要的，在本文的后续章节中，这一点也有所体现。图 2-4 表示在 t 0 s时刻频控阵雷达的三维发射波束图，其中发射信号的载频0f 10GHz，频率偏移 f 30kHz，发射阵元数M 12。通过分析图 2-4，可以发现频控阵雷达的波束图具有距离—角度联合依赖性，而且在距离维和角度维具
【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 杨杰;廖桂生;;基于空域稀疏性的嵌套MIMO雷达DOA估计算法[J];电子与信息学报;2014年11期

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1 王永兵;频控阵阵列参数优化设计及其目标定位研究[D];电子科技大学;2015年

本文编号：2841834