分布式多舰载高频地波雷达测角性能研究

发布时间：2017-09-19 22:28

  本文关键词：分布式多舰载高频地波雷达测角性能研究

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【摘要】：分布式多舰载高频地波雷达是由多个具有一定排列方式的舰载雷达平台构成的一种新体制的对海探测系统,具有机动性高、雷达系统资源配置灵活、测角性能好、相互协作性强等优点。相比其它体制的雷达平台,它的系统更复杂且信号处理的难度也更大,存在诸多关键技术需要解决,尤其是跨平台的相参信号处理,因此本文研究的重点是利用虚拟插值变换对各接收载舰进行阵列重构和信号重构,具体为首先通过阵列重构将各接收子阵映射为虚拟大阵列,然后通过信号重构将各子阵接收数据重构为虚拟数据,最后对虚拟数据利用传统波达方向估计算法进行处理并得到目标的方位估计。虚拟插值变换能够将结构任意或时变的阵列重构为虚拟阵列,重构之后会使得接收数据的信噪比发生衰减,因此虚拟阵列结构的选择需要考虑使得信噪比衰减尽可能小,且对应的虚拟数据易于后续算法处理,通常将中点时刻的物理阵列结构或虚拟均匀线阵做为虚拟阵列的结构。影响虚拟阵列设计的主要因素有插值宽度、虚拟阵列结构等,插值宽度影响着物理阵列到虚拟阵列的插值精确性,虚拟阵列结构影响着信噪比的衰减。通过仿真实验对静止阵列和时变阵列的重构误差进行分析,并利用基于虚拟插值的DOA估计算法进行目标方位分辨,将基于虚拟插值的空间平滑MUSIC算法放弃色噪声的预白化,并通过增加空间平滑子阵数的方法压缩噪声基底以减弱色噪声的影响。对分布式多舰载雷达系统的动态几何关系进行推导,得到了发射载舰、目标和接收载舰的距离和与速度和的关系。研究了分布式多舰载雷达系统的双基地角的变化和载舰运动对一阶海杂波谱展宽的影响,将二阶海杂波和大气噪声作为空间色噪声处理,并用迭代法构建了空间色噪声模型。在动态几何关系的基础上,对目标处于分布式阵列的同一距离多普勒单元时系统需要满足的距离条件和速度条件进行推导。建立不同情形下的分布式多舰载雷达的接收信号模型,并在一阶海杂波和空间色噪声的干扰下,对处于同一距离多普勒单元的目标利用基于虚拟插值的空间平滑MUSIC算法进行方位分辨,并与单子阵分辨的结果做了对比,得出在低信噪比下基于虚拟插值的分布式多舰载雷达具有更好的DOA估计性能。
【关键词】：分布式多舰载高频地波雷达 虚拟插值变换 阵列重构 信号重构 DOA估计
【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】：2016
【分类号】：TN953.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 高频地波超视距雷达国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外高频地波雷达的发展10-11
• 1.2.2 国内高频地波雷达的发展11-12
• 1.3 基于虚拟插值的阵列重构技术研究概述12-13
• 1.4 课题主要研究内容及结构安排13-14
• 第2章 阵列信号处理的基本理论14-28
• 2.1 阵列接收信号的数学模型14-16
• 2.1.1 窄带信号14
• 2.1.2 相关信号14-15
• 2.1.3 阵列接收信号描述15-16
• 2.2 数字波束形成技术16-23
• 2.2.1 阵列方向图16-17
• 2.2.2 空间匹配滤波器17
• 2.2.3 统计最优波束形成17-21
• 2.2.4 两种常见的波束形成器21-23
• 2.3 波达方向(DOA)估计算法23-27
• 2.3.1 标准MUSIC算法23-25
• 2.3.3 空间平滑MUSIC算法25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 基于虚拟插值的分布式阵列重构及DOA估计28-47
• 3.1 虚拟插值变换的原理及性能分析28-35
• 3.1.1 基于虚拟插值的阵列重构过程28-32
• 3.1.2 基于虚拟插值的信号重构过程32-33
• 3.1.3 重构前后的信噪比衰减分析33-35
• 3.2 时变阵列虚拟插值变换的原理及性能分析35-39
• 3.2.1 时变阵列的数学模型35-36
• 3.2.2 时变阵列虚拟插值变换过程36-39
• 3.3 基于虚拟插值的分布式阵列的DOA估计39-44
• 3.3.1 基于虚拟插值的Capon波束形成器39
• 3.3.2 基于虚拟插值的MUSIC算法39-40
• 3.3.3 基于虚拟插值的空间平滑MUSIC算法40-41
• 3.3.4 仿真实验及结果分析41-44
• 3.4 基于预估计虚拟插值的分布式阵列DOA估计44-46
• 3.4.1 预估计的虚拟插值过程44-45
• 3.4.2 仿真实验及结果分析45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 分布式多舰载高频地波雷达目标方位估计47-68
• 4.1 分布式多舰载雷达系统数学模型建立47-51
• 4.1.1 系统布局与工作原理47-48
• 4.1.2 动态几何关系48-51
• 4.2 分布式多舰载雷达目标检测的背景环境51-55
• 4.2.1 一阶海杂波51-53
• 4.2.2 二阶海杂波和大气噪声53-55
• 4.3 分布式多舰载雷达信号联合处理条件55-58
• 4.3.1 目标处于同一距离分辨单元的条件55-56
• 4.3.2 目标处于同一多普勒分辨单元的条件56-58
• 4.4 基于虚拟插值的分布式多舰载雷达DOA估计58-66
• 4.4.1 同一距离多普勒单元中目标与一阶海杂波的方位特性59
• 4.4.2 同一基线的分布式多舰载雷达信号模型描述59-63
• 4.4.3 不同基线同一方向分布式多舰载雷达信号模型描述63-65
• 4.4.4 不同基线不同方向分布式多舰载雷达信号模型描述65-66
• 4.5 本章小结66-68
• 结论68-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果73-75
• 致谢75

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本文编号：884277