微波综合脉冲孔径雷达若干关键技术研究

发布时间：2017-06-13 13:10

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【摘要】：综合脉冲与孔径技术在米波段和地波段取得的巨大成功,显示了其在抗反辐射导弹、抗有源定向干扰、抗隐身以及抗低空突防能力等方面的巨大优势。为了获得更高的角度与距离分辨率,本文研究了微波综合脉冲孔径雷达(SIAR),其发射端采用大型密布阵发射多载频正交信号以保证对全空域各向同性照射,接收端采用小型均匀阵列或单根天线的形式。该系统具有小型、高机动、高精度的特点,也将这类雷达称为多载频MIMO雷达。论文围绕着MIMO雷达的相关理论和微波SIAR实现的关键技术进行研究,具体内容概括如下:1.简单介绍了微波SIAR系统的组成及特点,研究了调频连续波(FMCW)的波形特点及其参数选择问题,推导了发射阵和接收阵均为均匀面阵时该信号接收数字波束形成(DBF)和发射综合处理的数学过程,最后对双基地体制下的时间、频率同步技术进行了简要介绍。2.建立了微波SIAR的幅相误差模型,针对收发分置情况下直达波信号信噪较强的特点,将直达波视为目标信号,当直达波的来波方向精确已知时,研究了应用子空间拟合(SF)和最大似然(ML)两种方法估计幅相误差,而当直达波的来波方向未知时,根据微波SIAR天线尺寸较小,实际工程中发射阵可以转动并且转动角精确已知的特点,提出了旋转阵列校正法实现直达波的来波方向与幅相误差的联合估计,同时对阵列幅相误差估计的Cramer-Rao界进行了推导。当阵列存在位置误差的时候,提出了改进的旋转阵列矫正法和数据协方差矩阵拟合(CMF)法估计位置误差。同时给出相应的计算机仿真结果。3.分析微波SIAR直达波的特性,研究了直达波抑制方法。可以将直达波视为具有特定的多普勒频率、来自特定距离和特定方位的干扰,根据此特性分别研究了时域、距离-方位域以及多普勒域直达波抑制方法。并分析了三种方法的运算量和处理增益,同时给出相应的计算机仿真以及实测数据处理结果。4.研究了不同阵型下SIAR雷达的角度估计方法,针对SIAR雷达计算量较大的问题,研究了几种降维算法。首先针对单基地SIAR雷达提出了降维重复迭代超分辨(RD-RISR)算法,当存在相关目标的情况下,例如多径条件下,现有的子空间类算法性能会严重恶化,RD-RISR算法不需要估计数据协方差矩阵和特征值分解,在多径条件下也可以实现对目标角度的精确估计,而且该算法在降低计算量的同时,可以对目标的数量、幅度和角度信息完成同时估计;双基地SIAR雷达数据处理时存在巨大的运算量,而当已知目标的大概角度时,在波束域可以通过仅仅合成包含目标大概角度方向的波束,此时运算量和运算时间都能够有效的减少,如果没有目标角度的先验信息,亦可以通过平行处理几个波束来实现运算复杂度的减少,因此可以将接收信号转化到波束域进行处理,基于这个理念研究了基于波束域的实值ESPRIT算法,该算法首先将接收信号转化到波束域,然后验证了波束域信号的旋转不变性,以此为前提采用实值ESPRIT算法求解目标的波离方向(DOD)和波达方向(DOA),同时完成DOD与DOA的自动配对;非同构分布式SIAR雷达在波束形成时会产生栅瓣,导致测角模糊,且非同构分布式SIAR雷达的各个子阵尺寸不同,无法使用现有的双尺度ESPRIT算法求解目标角度,因此提出了基于求根降秩估计器(root-RARE)的角度估计算法,算法以root-RARE与多重信号分类算法(multiple signal classification,MUSIC)联合解模糊,以root-RARE得到的粗估计为参考,解整个非同构分布式阵列MUSIC谱估计的模糊,从而得到高精度无模糊的估计,推导了非同构分布式阵列方向估计的克拉美罗界,分析了算法的波达方向估计性能,同时验证了分布式SIAR雷达测角时SNR门限与基线模糊门限的存在;最终通过计算机仿真结果验证了所提方法的有效性。
【关键词】：综合脉冲与孔径雷达 MIMO雷达 幅相误差校正 直达波抑制 超分辨算法 波束域实值ESPRIT算法 求根降秩估计器 克拉美罗界
【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】：TN958
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 符号对照表12-14
• 缩略语对照表14-18
• 第一章 绪论18-28
• 1.1 研究的背景和意义18-19
• 1.2 研究历史和现状19-25
• 1.2.1 MIMO雷达的研究历史和现状19-23
• 1.2.2 综合脉冲与孔径雷达的研究历史与现状23-25
• 1.3 本文的主要工作25-28
• 第二章 微波SIAR系统简介与发射波形分析28-44
• 2.1 引言28
• 2.2 微波SIAR系统的组成及特点28-30
• 2.2.1 微波SIAR的系统组成28-30
• 2.2.2 微波SIAR的系统的特点30
• 2.3 微波SIAR系统的发射波形以及信号处理30-40
• 2.3.1 微波SIAR发射信号模型31-33
• 2.3.2 微波SIAR发射信号参数选取33-35
• 2.3.3 微波SIAR接收信号处理35-40
• 2.4 微波SIAR系统的同步40-42
• 2.4.1 时间同步41
• 2.4.2 频率同步41-42
• 2.5 本章小结42-44
• 第三章 微波SIAR阵列误差的估计与校正44-60
• 3.1 引言44-45
• 3.2 阵元误差模型45-46
• 3.3 阵列幅相误差估计46-54
• 3.3.1 子空间拟合法46-47
• 3.3.2 最大似然法47-48
• 3.3.3 旋转阵列校正法48-50
• 3.3.4 幅相误差估计的Cramer-Rao界50-51
• 3.3.5 计算机仿真51-54
• 3.4 幅相误差校正54-55
• 3.4.1 幅相误差校正方法54
• 3.4.2 计算机仿真54-55
• 3.5 阵元位置误差估计与校正55-59
• 3.5.1 CMF法55-57
• 3.5.2 改进的旋转阵列校正法57-58
• 3.5.3 计算机仿真58-59
• 3.6 本章小结59-60
• 第四章 收发分置微波SIAR的直达波抑制60-70
• 4.1 引言60
• 4.2 直达波抑制方法60-63
• 4.2.1 时域直达波抑制法60-61
• 4.2.2 基于动目标显示(MTI)的直达波抑制法61-62
• 4.2.3 基于子空间投影的直达波抑制法62-63
• 4.3 直达波抑制性能分析63-65
• 4.3.1 运算量分析63-64
• 4.3.2 处理增益64-65
• 4.4 计算机仿真及实测数据结果65-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 微波SIAR的角度估计算法研究70-98
• 5.1 引言70
• 5.2 基于RD-RISR的单基地SIAR雷达DOA估计方法70-78
• 5.2.1 单基地SIAR雷达信号模型71-72
• 5.2.2 基于RD-RISR算法的角度估计72-75
• 5.2.3 计算机仿真75-78
• 5.2.4 本节小结78
• 5.3 基于波束域实值ESPRIT的双基地SIAR雷达DOA估计方法78-88
• 5.3.1 双基地SIAR雷达信号模型78-79
• 5.3.2 波束域实值ESPRIT算法79-84
• 5.3.3 计算复杂度分析84
• 5.3.4 计算机仿真84-88
• 5.3.5 本节小结88
• 5.4 非同构分布式SIAR雷达高精度方向估计88-97
• 5.4.1 非同构式阵列及其信号模型89-91
• 5.4.2 基于root-RARE算法的角度估计91-92
• 5.4.3 非同构式分布式阵列CRB推导92-93
• 5.4.4 计算机仿真93-97
• 5.5 本章小结97-98
• 第六章 结论和展望98-102
• 6.1 本文内容总结98-99
• 6.2 创新性贡献99
• 6.3 研究展望99-102
• 参考文献102-112
• 致谢112-114
• 作者简介114-115

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 ;Direction synthesis in DOA estimation for monostatic multiple input multiple output (MIMO) radar based on synthetic impulse and aperture radar (SIAR) and its performance analysis[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);2008年06期

2 程春悦,吕英华;基于子空间的阵列天线幅相误差校正算法[J];无线电工程;2005年06期

3 党晓方;杨明磊;陈伯孝;;双基地MIMO雷达发射阵列幅相误差的旋转阵列校正法[J];系统工程与电子技术;2013年12期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 朱守平;某地波雷达发射天线设计与阵列误差校正[D];西安电子科技大学;2007年

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本文编号：446614