微波綜合脈沖孔徑雷達(dá)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、綜合脈沖與孔徑技術(shù)在米波段和地波段取得的巨大成功，顯示了其在抗反輻射導(dǎo)彈、抗有源定向干擾、抗隱身以及抗低空突防能力等方面的巨大優(yōu)勢。為了獲得更高的角度與距離分辨率，本文研究了微波綜合脈沖孔徑雷達(dá)(SIAR)，其發(fā)射端采用大型密布陣發(fā)射多載頻正交信號(hào)以保證對(duì)全空域各向同性照射，接收端采用小型均勻陣列或單根天線的形式。該系統(tǒng)具有小型、高機(jī)動(dòng)、高精度的特點(diǎn)，也將這類雷達(dá)稱為多載頻MIMO雷達(dá)。論文圍繞著MIMO雷達(dá)的相關(guān)理論和微波SIAR實(shí)現(xiàn)

2、的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，具體內(nèi)容概括如下：
　　1．簡單介紹了微波SIAR系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)，研究了調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)的波形特點(diǎn)及其參數(shù)選擇問題，推導(dǎo)了發(fā)射陣和接收陣均為均勻面陣時(shí)該信號(hào)接收數(shù)字波束形成(DBF)和發(fā)射綜合處理的數(shù)學(xué)過程，最后對(duì)雙基地體制下的時(shí)間、頻率同步技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹。
　　2.建立了微波SIAR的幅相誤差模型，針對(duì)收發(fā)分置情況下直達(dá)波信號(hào)信噪較強(qiáng)的特點(diǎn)，將直達(dá)波視為目標(biāo)信號(hào)，當(dāng)直達(dá)波的來波方向精確已知時(shí)

3、，研究了應(yīng)用子空間擬合（SF）和最大似然（ML）兩種方法估計(jì)幅相誤差，而當(dāng)直達(dá)波的來波方向未知時(shí)，根據(jù)微波SIAR天線尺寸較小，實(shí)際工程中發(fā)射陣可以轉(zhuǎn)動(dòng)并且轉(zhuǎn)動(dòng)角精確已知的特點(diǎn)，提出了旋轉(zhuǎn)陣列校正法實(shí)現(xiàn)直達(dá)波的來波方向與幅相誤差的聯(lián)合估計(jì)，同時(shí)對(duì)陣列幅相誤差估計(jì)的Cramer-Rao界進(jìn)行了推導(dǎo)。當(dāng)陣列存在位置誤差的時(shí)候，提出了改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)陣列矯正法和數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣擬合（CMF）法估計(jì)位置誤差。同時(shí)給出相應(yīng)的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果。
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4、．分析微波SIAR直達(dá)波的特性，研究了直達(dá)波抑制方法。可以將直達(dá)波視為具有特定的多普勒頻率、來自特定距離和特定方位的干擾，根據(jù)此特性分別研究了時(shí)域、距離-方位域以及多普勒域直達(dá)波抑制方法。并分析了三種方法的運(yùn)算量和處理增益，同時(shí)給出相應(yīng)的計(jì)算機(jī)仿真以及實(shí)測數(shù)據(jù)處理結(jié)果。
　　4．研究了不同陣型下SIAR雷達(dá)的角度估計(jì)方法，針對(duì)SIAR雷達(dá)計(jì)算量較大的問題，研究了幾種降維算法。首先針對(duì)單基地 SIAR雷達(dá)提出了降維重復(fù)迭代超分辨（R

5、D-RISR）算法，當(dāng)存在相關(guān)目標(biāo)的情況下，例如多徑條件下，現(xiàn)有的子空間類算法性能會(huì)嚴(yán)重惡化，RD-RISR算法不需要估計(jì)數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣和特征值分解，在多徑條件下也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)角度的精確估計(jì)，而且該算法在降低計(jì)算量的同時(shí)，可以對(duì)目標(biāo)的數(shù)量、幅度和角度信息完成同時(shí)估計(jì)；雙基地SIAR雷達(dá)數(shù)據(jù)處理時(shí)存在巨大的運(yùn)算量，而當(dāng)已知目標(biāo)的大概角度時(shí)，在波束域可以通過僅僅合成包含目標(biāo)大概角度方向的波束，此時(shí)運(yùn)算量和運(yùn)算時(shí)間都能夠有效的減少，如果沒有

6、目標(biāo)角度的先驗(yàn)信息，亦可以通過平行處理幾個(gè)波束來實(shí)現(xiàn)運(yùn)算復(fù)雜度的減少，因此可以將接收信號(hào)轉(zhuǎn)化到波束域進(jìn)行處理，基于這個(gè)理念研究了基于波束域的實(shí)值 ESPRIT算法，該算法首先將接收信號(hào)轉(zhuǎn)化到波束域，然后驗(yàn)證了波束域信號(hào)的旋轉(zhuǎn)不變性，以此為前提采用實(shí)值ESPRIT算法求解目標(biāo)的波離方向（DOD）和波達(dá)方向（DOA），同時(shí)完成DOD與DOA的自動(dòng)配對(duì)；非同構(gòu)分布式SIAR雷達(dá)在波束形成時(shí)會(huì)產(chǎn)生柵瓣，導(dǎo)致測角模糊，且非同構(gòu)分布式SIAR雷達(dá)的

7、各個(gè)子陣尺寸不同，無法使用現(xiàn)有的雙尺度ESPRIT算法求解目標(biāo)角度，因此提出了基于求根降秩估計(jì)器（root-RARE）的角度估計(jì)算法，算法以root-RARE與多重信號(hào)分類算法(multiple signal classification，MUSIC)聯(lián)合解模糊，以root-RARE得到的粗估計(jì)為參考，解整個(gè)非同構(gòu)分布式陣列MUSIC譜估計(jì)的模糊，從而得到高精度無模糊的估計(jì)，推導(dǎo)了非同構(gòu)分布式陣列方向估計(jì)的克拉美羅界，分析了算法的波達(dá)方