频控阵雷达接收系统与参数估计的研究
发布时间：2021-06-18 08:31
频控阵雷达（Frequency Diverse Array,FDA）是近年来备受关注的一种新体制雷达。与传统相控阵雷达相比,频控阵雷达主要通过在各发射阵元间引入载波频率偏移实现了同时依赖于时间、角度和距离的发射波束图,这使得其具有更高的可控自由度和更大的应用潜力。当前关于频控阵雷达的研究主要集中在发射端,而关于接收端的理论研究相对较少。因此,本文以频控阵雷达接收机研究为出发点,主要探寻面向频控阵雷达发射信号的合理而有效的接收处理方法;同时深入研究频控阵雷达的参数估计问题,具体研究内容与创新点包括:1.研究了有效的频控阵雷达接收处理及其目标参数估计方法:首先对现有的三种频控阵雷达接收结构进行了深入的比较研究,分析了噪声环境下三种接收结构的目标距离与角度参数估计性能,且考虑了发射信号频谱重叠与非重叠两种情况。指出当信号频谱不重叠时,混合结构是最优的频控阵雷达接收方式:当信号频谱重叠时,全带结构接收信号后进行数字域离散傅里叶变换（DFT）是比较好的接收方式。然后,为了更好地利用频控阵雷达发射信号的相干增益,提出采用频域模型对频谱重叠信号进行建模,它可以更为客观地去比较频控阵雷达和相控阵雷达的...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１＿３王文钦团队研制的频控阵雷达验证系统ｎ叫⑷多通道信号源，（ｂ）发射天线??６??
?频控阵雷达接收系统与参数估计的研究??本章内容安排如下：２．２节简单介绍了频控阵基本原理与特性，提出了基于光纤延??迟线的申通道频控阵发射机；２．３节研究了频控阵雷达的接收方式，同时分析了两种信??号模型下的频控阵雷达目标参数佔计性能，并与相控阵雷达进行了比较；２．４节研究了??适用于脉冲体制的频控阵雷达接收机；２．５节为本章小结。??２．２频控阵基本原理??２．２．１频控阵波束图及其特性??ｙ??ｔ?ｒ．?ｒ、?ｒＭ??Ｖｊｙ．：Ａ??ａ?．／；?乂?．八，??图２．１线性频控阵发射原理图??考虑－个具有Ｍ阵元的均匀线阵（ＵＬＡ），阵元间距为￡／，其中第ｍ阵元的发射载??波频率为：??／，，?＝．／丨＋（ｍ－ｌ）从，＂；?＝?１，．．．，Ｍ?（２．１）??其中，．／；表示参考（第一个）阵元的发射载频，４／＾为相邻阵元间的频率偏移。显然载??频由低到高是线性增加的。定义这种阵列为线性频控阵，其发射结构如图２．１所示。则??第ｍ阵元发射的单频信号可以表示为：??Ｓｍ［ｔ）?＝?ｅｉ２ＫＬ＼?ｍ?＝?（２．２）??考虑远场空间中任意一点目标，假设其位置为⑷４），０和＾分别表示方位角和此目标与??参考阵元之间的距离。那么各阵元所发射的信９到达此位置的合信９吋以灰示为（忽略??距离衰减因素）：??（２－３）??ｍ＝ｌ?Ｖ?＾?Ｊ?ｍ＝＼??其中，ｃ为光速。式（２．３）相当于各阵元采用均匀加权的发射方向??图，也可以看作线性频控阵在远场的阵列因子，其展开表达式为ｎ（＞７１：??ｙ｛ｔ）＾ｅ?［?１?ｃ?ｃ?ｃ?Ｊ?（２．４）??ｍ＝Ｉ??通常情况卜，因为（Ｍ－１）４／《．／丨，公式（２．４）丨
???Ｖ?＇?ｃ?ｃ?）＼??观察上式可以看出线性频控阵的阵列增益为ｓｉｎｅ函数，并与时间、角度和距离参数均有??关。当满足条件??ｎ［?Ａｆｔ－＾＋?－＾Ｓｉｎ?＾?ｋＫ，?ｋｅＺ?（２．７）??Ｖ?ｃ?ｃ?Ｊ??时，式（２．６）取极大值即波峰，此波峰对应的位置也就是波束主瓣的指向。取阵元数Ｍ＝８，??频偏４／＾ｌＯＫＨｚ，初始载频．／ｉ＝１０ＧＨｚ，为避免角度栅瓣效应阵元间距取最高频率对应的??波长一半，即＾＝＜：／＾／＾－｜，线性频控阵在／＝０时的能量分布如图２．２（３）所示：??ｍ?？?！〇＂?????？?ｉ〇Ｊ??????ＨｌＨｉ??（ｄｅｇｒｅｅｓ）?５＜，?ｆｔ？?（ｄｅｇｒｅｅｓ）??（ａ）?（ｂ）??图２．２发射波束图（ａ）频控阵，（ｂ）相控阵??可以发现频控阵波束呈多条“Ｓ”型分布，扭曲程度和疏密程度是由阵列参数共同决定??的［１１（）］，其特点可总结如下：??１）角度－距离耦合性??当时间ｆ固定时，满足条件的０和卩成对出现且有无数组可能。在发射端即表现为??发射波束聚焦不仅依赖于角度而且与距离有关，这就是很多文献中提到的距离依赖性；??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]频控阵雷达技术及其应用研究进展[J]. 王文钦,陈慧,郑植,张顺生. 雷达学报. 2018(02)
[2]频率分集阵雷达技术探讨[J]. 许京伟,朱圣棋,廖桂生,张玉洪. 雷达学报. 2018(02)
[3]微波光子雷达及关键技术[J]. 潘时龙,张亚梅. 科技导报. 2017(20)
[4]微波光子雷达技术综述[J]. 田跃龙,刘志国. 电子科技. 2017(05)
[5]频控阵MIMO雷达中基于稀疏迭代的多维信息联合估计方法[J]. 巩朋成,刘刚,黄禾,王文钦. 雷达学报. 2018(02)
[6]频控阵雷达:概念、原理与应用[J]. 王文钦,邵怀宗,陈慧. 电子与信息学报. 2016(04)
[7]基于稀疏表示的频控阵MIMO雷达多目标定位[J]. 陈慧,邵怀宗,潘晔,王文钦. 雷达科学与技术. 2015(03)
[8]Microwave Photonics for Modern Radar Systems[J]. 潘时龙,朱丹,张方正. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2014(03)
[9]前视阵频率分集雷达空时杂波特性研究[J]. 胡柏林,廖桂生,许京伟,朱圣棋,巩继玲. 电子与信息学报. 2013(11)
[10]多抽头宽带光纤延迟线的设计与分析[J]. 李希明,黄鹏飞. 光电技术应用. 2012(01)
博士论文
[1]频控阵雷达阵列优化设计及其目标参数估计方法研究[D]. 高宽栋.电子科技大学 2016
[2]频率分集阵列雷达运动目标检测方法研究[D]. 许京伟.西安电子科技大学 2015
硕士论文
[1]频控阵特性及其发射波束控制研究[D]. 李静迟.电子科技大学 2015
[2]频控阵阵列参数优化设计及其目标定位研究[D]. 王永兵.电子科技大学 2015
[3]频率分集阵列雷达波束控制及应用研究[D]. 张福丹.南京航空航天大学 2012
本文编号：3236331
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１＿３王文钦团队研制的频控阵雷达验证系统ｎ叫⑷多通道信号源，（ｂ）发射天线??６??
?频控阵雷达接收系统与参数估计的研究??本章内容安排如下：２．２节简单介绍了频控阵基本原理与特性，提出了基于光纤延??迟线的申通道频控阵发射机；２．３节研究了频控阵雷达的接收方式，同时分析了两种信??号模型下的频控阵雷达目标参数佔计性能，并与相控阵雷达进行了比较；２．４节研究了??适用于脉冲体制的频控阵雷达接收机；２．５节为本章小结。??２．２频控阵基本原理??２．２．１频控阵波束图及其特性??ｙ??ｔ?ｒ．?ｒ、?ｒＭ??Ｖｊｙ．：Ａ??ａ?．／；?乂?．八，??图２．１线性频控阵发射原理图??考虑－个具有Ｍ阵元的均匀线阵（ＵＬＡ），阵元间距为￡／，其中第ｍ阵元的发射载??波频率为：??／，，?＝．／丨＋（ｍ－ｌ）从，＂；?＝?１，．．．，Ｍ?（２．１）??其中，．／；表示参考（第一个）阵元的发射载频，４／＾为相邻阵元间的频率偏移。显然载??频由低到高是线性增加的。定义这种阵列为线性频控阵，其发射结构如图２．１所示。则??第ｍ阵元发射的单频信号可以表示为：??Ｓｍ［ｔ）?＝?ｅｉ２ＫＬ＼?ｍ?＝?（２．２）??考虑远场空间中任意一点目标，假设其位置为⑷４），０和＾分别表示方位角和此目标与??参考阵元之间的距离。那么各阵元所发射的信９到达此位置的合信９吋以灰示为（忽略??距离衰减因素）：??（２－３）??ｍ＝ｌ?Ｖ?＾?Ｊ?ｍ＝＼??其中，ｃ为光速。式（２．３）相当于各阵元采用均匀加权的发射方向??图，也可以看作线性频控阵在远场的阵列因子，其展开表达式为ｎ（＞７１：??ｙ｛ｔ）＾ｅ?［?１?ｃ?ｃ?ｃ?Ｊ?（２．４）??ｍ＝Ｉ??通常情况卜，因为（Ｍ－１）４／《．／丨，公式（２．４）丨
???Ｖ?＇?ｃ?ｃ?）＼??观察上式可以看出线性频控阵的阵列增益为ｓｉｎｅ函数，并与时间、角度和距离参数均有??关。当满足条件??ｎ［?Ａｆｔ－＾＋?－＾Ｓｉｎ?＾?ｋＫ，?ｋｅＺ?（２．７）??Ｖ?ｃ?ｃ?Ｊ??时，式（２．６）取极大值即波峰，此波峰对应的位置也就是波束主瓣的指向。取阵元数Ｍ＝８，??频偏４／＾ｌＯＫＨｚ，初始载频．／ｉ＝１０ＧＨｚ，为避免角度栅瓣效应阵元间距取最高频率对应的??波长一半，即＾＝＜：／＾／＾－｜，线性频控阵在／＝０时的能量分布如图２．２（３）所示：??ｍ?？?！〇＂?????？?ｉ〇Ｊ??????ＨｌＨｉ??（ｄｅｇｒｅｅｓ）?５＜，?ｆｔ？?（ｄｅｇｒｅｅｓ）??（ａ）?（ｂ）??图２．２发射波束图（ａ）频控阵，（ｂ）相控阵??可以发现频控阵波束呈多条“Ｓ”型分布，扭曲程度和疏密程度是由阵列参数共同决定??的［１１（）］，其特点可总结如下：??１）角度－距离耦合性??当时间ｆ固定时，满足条件的０和卩成对出现且有无数组可能。在发射端即表现为??发射波束聚焦不仅依赖于角度而且与距离有关，这就是很多文献中提到的距离依赖性；??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]频控阵雷达技术及其应用研究进展[J]. 王文钦,陈慧,郑植,张顺生. 雷达学报. 2018(02)
[2]频率分集阵雷达技术探讨[J]. 许京伟,朱圣棋,廖桂生,张玉洪. 雷达学报. 2018(02)
[3]微波光子雷达及关键技术[J]. 潘时龙,张亚梅. 科技导报. 2017(20)
[4]微波光子雷达技术综述[J]. 田跃龙,刘志国. 电子科技. 2017(05)
[5]频控阵MIMO雷达中基于稀疏迭代的多维信息联合估计方法[J]. 巩朋成,刘刚,黄禾,王文钦. 雷达学报. 2018(02)
[6]频控阵雷达:概念、原理与应用[J]. 王文钦,邵怀宗,陈慧. 电子与信息学报. 2016(04)
[7]基于稀疏表示的频控阵MIMO雷达多目标定位[J]. 陈慧,邵怀宗,潘晔,王文钦. 雷达科学与技术. 2015(03)
[8]Microwave Photonics for Modern Radar Systems[J]. 潘时龙,朱丹,张方正. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2014(03)
[9]前视阵频率分集雷达空时杂波特性研究[J]. 胡柏林,廖桂生,许京伟,朱圣棋,巩继玲. 电子与信息学报. 2013(11)
[10]多抽头宽带光纤延迟线的设计与分析[J]. 李希明,黄鹏飞. 光电技术应用. 2012(01)
博士论文
[1]频控阵雷达阵列优化设计及其目标参数估计方法研究[D]. 高宽栋.电子科技大学 2016
[2]频率分集阵列雷达运动目标检测方法研究[D]. 许京伟.西安电子科技大学 2015
硕士论文
[1]频控阵特性及其发射波束控制研究[D]. 李静迟.电子科技大学 2015
[2]频控阵阵列参数优化设计及其目标定位研究[D]. 王永兵.电子科技大学 2015
[3]频率分集阵列雷达波束控制及应用研究[D]. 张福丹.南京航空航天大学 2012
本文编号：3236331
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