基于外輻射源信號的無源雷達關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)代戰(zhàn)爭在時域上表現(xiàn)為實施謀略、策劃、博弈和評估等過程，在空域上表現(xiàn)為控制陸、海、空和天等主權(quán)的爭奪。無論在時域還是在空域，信息的獲取、處理與應用尤為重要。隨著高新技術(shù)武器裝備的飛速發(fā)展，目標的信息成為敵我雙方控制的焦點，從某種意義上講，現(xiàn)代戰(zhàn)爭就是信息戰(zhàn)。軍用雷達是目標信息的傳感器，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的主要功能為目標探測、定位、跟蹤、分類、成像、識別、告警和傳送，其重要意義不言而喻。然而隨著反雷達技術(shù)的迅速發(fā)展，任何軍用雷達都將面臨著隱身、

2、反輻射摧毀、低空突防及綜合電子干擾等四大威脅。
　　基于外輻射源信號的無源雷達（Passive Radar），利用多通道在不同區(qū)域進行空間分集接收處理隱身目標的非后向散射能量，實現(xiàn)抗隱身；使用外輻射源信號作為發(fā)射信號，反輻射導彈無的可尋，天然具有抗反輻射導彈的功能；采用MIMO體制，增加雙基角，可有效改善低空探測性能，實現(xiàn)抗低空突防；借用干擾源信號作為發(fā)射信號，可通過多站或單站接收對干擾源實施有效定位跟蹤，達到抗干擾的目的。因此受

3、到各國雷達研究者的廣泛關(guān)注。本文針對GSM或DVB-T作為外輻射源，從系統(tǒng)的可行性、構(gòu)成以及理論算法等方面，對無源雷達的關(guān)鍵技術(shù)開展了深入研究。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：
　?。?）提出改進的基于阻塞信號的自適應波束形成方法用于提取直達波信號
　　參考信號是外輻射源雷達相干檢測的基準信號，直接影響到目標信號的檢測性能。僅利用普通波束形成可能導致獲得的信號不純凈，而直接利用自適應波束形成也可能無法獲得主基站的直達波信號。本文提出

4、一種基于阻塞信號的自適應波束形成方法，在主基站直達波來波方向處形成主瓣，同時在其他比較強的干擾方向上形成零陷。首先將陣列天線接收信號中主基站直達波信號消去，然后利用自適應波束形成算法求得最優(yōu)波束形成權(quán)值因子，再進行波束形成以獲得主基站的直達波信號。首先通過仿真數(shù)據(jù)驗證了所提方法的有效性，然后利用實測數(shù)據(jù)進行對比分析，實驗結(jié)果表明所提方法相對于傳統(tǒng)的LCMV自適應波束形成方法性能更好，更適合于工程實踐。
　?。?）先時域相消后波束形

5、成的無源雷達干擾抑制方法
　　由于外輻射源雷達采用第三方非合作信號作為發(fā)射源，接收機不僅能夠接收到主基站的發(fā)射信號，而且能夠接收到附近其他基站發(fā)射的同頻干擾信號和多徑干擾，同時受到環(huán)境噪聲的影響。本文提出首先利用時域干擾相消算法，消除陣列天線各個陣元中接收到的主基站直達波和多徑干擾，然后再對天線各個陣元中的剩余信號進行穩(wěn)健自適應波束形成。在直達波和多徑干擾消除的基礎上，將天線的全部自由度應用在抑制同頻基站的干擾上，從而能夠獲得更好

6、的在空域上抑制同頻干擾的效果。在噪聲環(huán)境中，本文考慮到可能存在的直達波殘留，提出改進的小波重構(gòu)算法，選擇含目標成分較多的低頻層進行重構(gòu)，而非傳統(tǒng)方法中的低頻層，根據(jù)信號與直達波的差別進行選擇性重構(gòu)。仿真結(jié)果表明，本文所提出的小波閾值去噪方法，不僅對噪聲有良好的抑制效果，而且對殘留的直達波干擾也能有效去除。
　　（3）基于OFDM信號的無源雷達雜波信道估計
　　本文針對OFDM(Orthogonal Frequency Div

7、ision Multiplexing)外輻射源雷達探測存在的問題，提出基于信號特性的處理方法，研究基于OFDM信號調(diào)制特性的外輻射源雷達雜波信道狀態(tài)信息估計方法。針對該體制雷達中純凈的直達波信號獲取問題，提出基于模糊函數(shù)的方法提取導頻的周期信息，從而得到導頻的位置信息，然后利用導頻信息得到雜波信道脈沖響應信息估計。相比常規(guī)的處理方法，本文方法能夠在參考信號包含多徑時得到正確的雜波信道狀態(tài)信息。
　?。?）基于馬爾可夫鏈蒙特卡羅（M

8、arkov Chain Monte Carlo, MCMC）過程權(quán)值優(yōu)選的改進的粒子濾波跟蹤算法
　　在外輻射源雷達定位中，觀測量有信號到達角、信號時差、信號的多普勒頻率等，對應于已有的定位方法有很多，如測向定位法、時差定位和差分多普勒定位法，以及融合多種參數(shù)和方法的聯(lián)合定位法等等。本文選擇 TDOA和DOA的聯(lián)合定位方法，提高定位精度和穩(wěn)定性。在跟蹤方面，針對外輻射源目標跟蹤中粒子濾波退化問題，研究權(quán)值優(yōu)選的粒子濾波和基于MCM

9、C過程的粒子濾波算法，并在對兩者分別進行優(yōu)劣分析的基礎上提出了基于MCMC過程權(quán)值優(yōu)選的粒子濾波算法，結(jié)合了兩者的優(yōu)點。實驗結(jié)果表明，本文算法能夠在一定程度上解決了粒子多樣性喪失的問題，提高了跟蹤精度。
　　（5）基于多頻段DVB-T信號和時頻分析法的無源雷達ISAR成像
　　目標的運動會導致 ISAR成像模糊，因此，在傳統(tǒng)的雷達成像方法中，需要花大力氣做回波的距離對準和相位對準的運動補償。本文選擇了多頻段的DVB-T信號，

10、通過獲取非相鄰通道的信號，巧妙的擴展了信號頻帶，使頻帶足夠?qū)拸亩诔上裰蝎@得足夠高的分辨率。本文提出利用時頻分析的方法，避免復雜的運動補償，只要在距離向上對準，多普勒頻率即可認為是非時變的。這在很大程度上減少對運動補償?shù)囊蕾?，使目標在做較為復雜的運動時也能得到清晰的成像結(jié)果。并且，針對噪聲較大的情況下的成像，在采用了短時傅立葉變換（STFT）的時頻分析方法的基礎上，利用CLEAN算法，通過對圖像的解卷積濾波，去掉噪聲帶來的干擾，提取出散