基于稀疏重构的电子侦察技术研究

发布时间：2017-10-10 04:37

  本文关键词：基于稀疏重构的电子侦察技术研究

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【摘要】：电子侦察是电子对抗的一个重要领域,也是作战、指挥以及决策的基础。在平时电子侦察可以用来收集情报,而在战时则可以为己方提供支援。随着现代电磁环境的日益复杂,传统模拟体制的侦察接收机已很难适应时代的需求,数字侦察接收机成为了电子侦察技术发展的必然选择。数字侦察接收机中信号处理算法的好坏直接决定了其性能,因此,寻求有效的侦察信号处理方法已经成为了电子侦察中的重要研究课题。近年来,稀疏重构和压缩感知理论成为了信号处理领域的研究热点,利用信号的稀疏性,以少量的观测数据就可以对信号实现重构。为了提高截获概率,侦察接收机往往要覆盖全空域和全频段,而某一时刻侦收到的信号在空域或频域是稀疏的,因此将稀疏重构和压缩感知理论应用到电子侦察领域进行侦察信号处理具有广阔的发展前景。本论文旨在研究基于稀疏重构的电子侦察技术,主要包括多窄带信号的高精度测频方法,高分辨阵列测向方法,频率和角度联合估计方法以及基于信号截获样本的侦察处理方法等内容。论文围绕国家“973”计划课题“xx×××x×××××技术基础研究”和国家“863”计划课题“××××x×技术”等项目的研究,全文的主要研究内容可以概括为以下几个部分：第一部分研究了电子侦察中的频率估计问题,分析了基于多相滤波结构的信道化测频方法和基于子空间分解的测频方法,并做了仿真验证。在此基础上,提出了一种基于稀疏重构的窄带信号频率估计方法。在预先估计出的频率附近建立冗余字典,有效地降低了字典的长度和稀疏分解的运算量,并将频率预估计的结果应用到每次的迭代过程中,以便于更好地寻找最佳匹配原子和更新残差向量。仿真表明,该方法能够达到较高的估计精度,且在低信噪比条件下也具有较为稳健的性能。第二部分研究了电子侦察中信号到达角度估计问题,提出了一种信源数未知条件下的DOA估计算法,该方法扩展了阵列孔径,能够利用较少的阵元个数同时估计多个信源的DOA,仿真表明算法具有较高的估计精度和分辨力,对信噪比要求也不高。对稀疏重构应用于DOA估计的合理性进行了分析,建立了基于稀疏重构的DOA估计算法模型,并做了仿真验证。针对LFM信号的DOA估计问题,利用FRFT对LFM信号的能量聚集特性,提出了基于FRF域稀疏重构的DOA估计算法,采用分维构建冗余字典的方式,有效地降低了字典的长度和稀疏重构的运算量。第三部研究了电子侦察中频率和角度联合估计问题,提出了一种基于稀疏重构的频率和方位角联合估计方法,在空间频率域建立稀疏重构模型,再通过空域滤波,FFT实现频率和方位角的配对。针对频率和二维DOA联合估计问题(方位角和俯仰角),文中又将上述方法进行了推广,提出了一种基于稀疏重构的宽频段二维DOA估计算法,利用方位向和俯仰向空间频率的定义分维进行处理,再根据FFT输出的信号频率和空域滤波输出数据的相关性进行配对处理。针对有限阵元情况下的频率和方位角联合估计问题,提出了一种基于嵌套阵列的宽频段DOA估计算法,算法有效地扩展了阵列孔径,不仅节约阵元数量,还提高了方位角的估计精度与分辨力,且采用了稀疏重构的方法进行配对处理,与基于空域滤波的配对算法相比,避免了矩阵求逆矩的过程,更为简单高效。第四部分研究了已知雷达信号的侦察处理方法,利用信号截获样本构建冗余字典,将侦收信号的检测与识别过程转变为在冗余字典内的最佳原子匹配问题,并分析了信号初相,时间同步误差,脉冲到达时间等因素的影响。该算法不需要传统侦察处理流程中参数测量的过程,特别适用于特定威胁雷达信号的快速检测与识别。
【关键词】：电子侦察 电子对抗 数字侦察接收机 稀疏重构 信道化 DOA估计
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN971
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-17
• 第一章 绪论17-29
• 1.1 选题缘由和意义17-20
• 1.2 国内外研究现状分析20-26
• 1.2.1 侦察接收机的发展历程20-21
• 1.2.2 现有的测频、测向技术研究状况21-25
• 1.2.3 稀疏重构理论及其应用25-26
• 1.3 论文的主要工作及内容安排26-29
• 第二章 稀疏重构与压缩感知理论29-39
• 2.1 引言29
• 2.2 压缩感知基本理论29-32
• 2.3 稀疏重构的条件与重构算法32-36
• 2.4 MWC压缩采样结构36-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 宽频段数字测频算法39-57
• 3.1 引言39
• 3.2 基于多相滤波结构数字信道化测频方法39-43
• 3.3 基于子空间分解的频率估计算法43-46
• 3.3.1 MUSIC算法43-45
• 3.3.2 ESPRIT算法45-46
• 3.4 基于稀疏重构的窄带信号频率估计方法46-55
• 3.4.1 算法原理46-50
• 3.4.2 性能分析50-51
• 3.4.3 仿真实验51-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第四章 基于稀疏重构的测向算法57-81
• 4.1 引言57
• 4.2 阵列孔径扩展57-60
• 4.3 基于嵌套阵列的测向算法60-67
• 4.3.1 算法原理61-63
• 4.3.2 性能分析63-64
• 4.3.3 仿真实验64-67
• 4.4 基于稀疏重构的窄带信号测向算法67-71
• 4.4.1 空域稀疏性67-68
• 4.4.2 空域稀疏重构模型68-70
• 4.4.3 仿真实验70-71
• 4.5 基于FRF域稀疏重构的LFM信号二维DOA估计71-79
• 4.5.1 信号模型71-73
• 4.5.2 算法原理73-76
• 4.5.3 仿真实验76-79
• 4.6 本章小结79-81
• 第五章 频率和角度联合估计算法81-105
• 5.1 引言81
• 5.2 基于稀疏重构的频率和角度联合估计81-89
• 5.2.1 信号模型81-82
• 5.2.2 算法原理82-84
• 5.2.3 性能分析84-85
• 5.2.4 仿真实验85-89
• 5.3 基于稀疏重构的宽频段二维DOA估计89-97
• 5.3.1 信号模型89-90
• 5.3.2 算法原理90-92
• 5.3.3 性能分析92-94
• 5.3.4 仿真实验94-97
• 5.4 基于嵌套阵列的宽频段DOA估计97-103
• 5.4.1 算法原理98-100
• 5.4.2 仿真实验100-103
• 5.5 本章小结103-105
• 第六章 基于信号截获样本的电子侦察方法105-117
• 6.1 引言105
• 6.2 传统的电子侦察处理流程105-106
• 6.3 基于截获样本稀疏重构的侦察方法106-115
• 6.3.1 算法原理106-109
• 6.3.2 性能及影响因素分析109-111
• 6.3.3 仿真实验111-115
• 6.4 本章小结115-117
• 第七章 结论与展望117-121
• 7.1 研究结论117-118
• 7.2 研究展望118-121
• 参考文献121-131
• 致谢131-133
• 作者简介133-134

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 陶然,周云松;基于分数阶傅里叶变换的宽带LFM信号波达方向估计新算法[J];北京理工大学学报;2005年10期

2 林波;张增辉;朱炬波;;基于压缩感知的DOA估计稀疏化模型与性能分析[J];电子与信息学报;2014年03期

3 殷兆伟,戴国宪;不断发展的现代电子战接收机[J];舰船电子对抗;2002年05期

4 王洪洋,曾操,廖桂生;一种新的宽频带信号频率欠采样估计方法[J];西安电子科技大学学报;2005年01期

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本文编号：1004408