导引头相控阵与MIMO雷达自适应杂波抑制研究

发布时间：2020-05-23 15:59

【摘要】：随着隐身涂装材料、低空突防等装备技术的发展,战场的电磁环境变得日益复杂,精确的导弹制导技术也变得尤为迫切。相控阵雷达具有波束扫描灵活、波位驻留时间短、探测多目标能力、主瓣增益高等特点;MIMO雷达具有全空域波束覆盖、抗截获能力强、虚拟孔径大等优点。将相控阵与MIMO雷达两种工作模式应用于导引头必然给制导技术带来新的突破和技术革新。本文围绕导引头相控阵与MIMO雷达,对不同场景下的信号模型、杂波特性与杂波抑制算法展开研究,主要工作与贡献如下:1.俯冲运动平台下杂波秩估计算法研究针对导引头相控阵与MIMO雷达俯冲运动平台下的杂波场景提出了一种杂波秩估计算法。根据雷达导引头前下视几何模型,推导了空间频率和多普勒频率与俯冲角度的关系。将空间频率与多普勒频率信息投影到地面惯性坐标系的坐标轴上,得到三个维度下的虚拟孔径。利用不同维度波位间的耦合关系和由虚拟孔径产生的空间分辨单元推导出杂波秩估算公式。2.杂波距离依赖性补偿算法研究针对雷达导引头近距离目标探测场景下的杂波距离依赖性问题给出了两种杂波补偿算法。根据空间-多普勒频率特点阐述了距离样本的杂波距离依赖特性和杂波脊扩散问题。利用平面阵方位-俯仰-多普勒维回波数据构造了三维子孔径平滑窗,对各距离样本的协方差矩阵和杂波空时频率信息进行估计,通过补偿距离样本与待检测样本的频率差来消除杂波的距离依赖性。利用MIMO雷达虚拟孔径的概念将收发联合阵列等效为一个孔径更大的均匀线阵,构造更大维数的子孔径平滑窗,从而提高杂波频率估计精度,改善杂波补偿效果。3.距离模糊下的近距离杂波抑制算法研究针对距离模糊下远距离探测场景提出了两种俯仰波束设计算法来抑制近距离杂波。第一种算法以最小化近距离杂波区的旁瓣电平能量为目标函数,同时兼顾目标信号无损失输出、主瓣不发生畸变和整体旁瓣电平控制等需求,构造了可利用凸函数求解的二次规划问题(Quadratic Program,QP)。第二种算法在近距离杂波区构造数个辅助通道,对近距离杂波进行覆盖和采样,然后构造基于MVDR稳健波束形成的俯仰波束权值优化问题。算法具有较强的系统稳健性,同时还降低了系统处理维度。4.均匀子阵结构高栅瓣杂波抑制算法研究针对相控阵雷达导引头均匀子阵结构下的高栅瓣杂波问题提出了两种发射波束权值优化设计算法。第一种算法以最小化高栅瓣杂波区的旁瓣电平能量为目标函数,同时兼顾发射权值矢量二范数为1、整体旁瓣电平控制等需求,构造了非凸的二次约束二次规划问题(Quadratically Constrained Quadratic Program,QCQP),该问题可以采用半正定松弛(Semidefinite Relaxation,SDR)技术进行求解。第二种算法假定目标与杂波的先验信息已知,以最大化输出信杂噪比(Signal-to-Clutter-plus-Noise Ratio,SCNR)为准则,对发射波束形成与接收空时滤波器联合优化,该优化问题同样可以采用SDR技术转换为凸问题,并通过交替优化进行求解。5.非均匀子阵划分与辅助通道构造算法研究针对MIMO雷达导引头子阵结构给出了一种基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的非均匀子阵划分方法,以适应度函数为准则,对种群个体进行交叉、遗传和变异等运算,寻求合理的子阵划分方式。针对非均匀子阵下的降维STAP处理提出了一种基于知识的辅助通道构造方法。根据杂波谱的能量分布,找到影响目标检测的强杂波频率点,构造辅助通道,对消主通道杂波。该方法可以用更少的降维通道获得更好的杂波抑制效果。
【图文】：

示意图,多模导引头,战斧,示意图

第一章绪论和意义战场中发挥着重要的作用，面对日益复杂的电磁打击目标是雷达导引头的首要任务[1-4] 导弹首次打击目标的精准度不高，但是在战争中表现出的金进行研究在 20 世纪后期，随着电子技术与引头迎来了高速发展期，导弹打击目标的精准度军事强国，在导弹发展中走在世界前列，如雷神，将平面阵相控阵天线安装在导弹导引头，实现了了相关研究[7]，如俄罗斯玛瑙研究院的 K-77M 相S 公司的毫米波相控阵雷达导弹，日本 Ka 波段的弹研究上的起步较晚，，但是近年来随着军工科研力，也取得了较大的进步和丰硕的成果

曲线,多普勒,水平运动,方位

电子科技大学博士学位论文由于在实际雷达工作中，阵列背面辐射的能量较小，因此只对阵列辐射方向的杂波频率特性进行具体研究假定观察距离为 R 10km，距离样本为 100 个，距离环跨越的距离区间为[9.25,10.75]km，并且定义9.25km 为第 l 1个距离环，而10.75km 为第 l 100个距离环图 3-3 给出了不同俯冲角度在不同维度下的角度-多普勒关系，其中，方位角度扫描范围为半空域，即[ 9 0 ,90 ] 由方位-多普勒维曲线可以看出，每个距离环中方位空间频率与多普勒频率呈半椭圆关系，且随着距离的变化，半椭圆的形状也随之发生变化而当俯冲角度变化时，角度多普勒关系也随之变化俯仰-多普勒频率有平直线变为斜直线，而方位-多普勒频率曲线在阵列法线方向则变得更密集，当然这在一定程度上缓解了杂波的频率扩散现象另外，在当前参数下，特性参数为 3，方位空间的变化区间为[ 1 .5,1.5]，当被归一化到区间[ 0 .5,0.5]时，区间[ 1 .5, 0.5]和区间[0.5,1.5]的空间频率折叠到区间 τ即速度模糊υ
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TJ765.331;TN958

【参考文献】