米波雷達(dá)由于具有較遠(yuǎn)的探測距離、抗反輻射導(dǎo)彈和天然的反隱身性能等優(yōu)勢而備受關(guān)注。然而,米波雷達(dá)波長較長,通常波束較寬,角度分辨力較差。對于低仰角目標(biāo),由于受到嚴(yán)重的多徑效應(yīng)的影響,米波雷達(dá)難以從空域、時(shí)域和頻域上對直達(dá)波和多徑回波進(jìn)行區(qū)分。尤其是在實(shí)際的復(fù)雜陣地條件下,多徑回波呈現(xiàn)出多路徑、幅度及相位不規(guī)則變化的特征,導(dǎo)致米波雷達(dá)低仰角測高問題成為低空目標(biāo)探測與跟蹤領(lǐng)域內(nèi)亟待解決的工程難題之一。本文以米波雷達(dá)實(shí)際的工程應(yīng)用為背景,在前人研究工作的基礎(chǔ)上,針對實(shí)際復(fù)雜陣地下米波雷達(dá)低仰角測高若干問題進(jìn)行了研究,主要的研究內(nèi)容概括如下:1.研究米波雷達(dá)低仰角測高技術(shù),并對某型號米波雷達(dá)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。首先,研究了三種米波雷達(dá)低仰角目標(biāo)的信號模型:經(jīng)典多徑模型、擾動多徑模型和多反射中心多徑模型。隨后,研究了常用的米波雷達(dá)測高算法,推導(dǎo)了經(jīng)典多徑模型下陣列輸出信號的幅相特性,并對三種典型陣地的米波雷達(dá)實(shí)測數(shù)據(jù)處理分析,分析了不同陣地條件對回波幅相特性的影響以及常用測高算法的測角和測高效果。2.研究復(fù)雜陣地條件下基于正交匹配追蹤的低仰角測高方法。首先,針對經(jīng)典多徑模型與實(shí)際陣地環(huán)境中的回波不匹配的問題,本文提出了擾動多徑模型。隨后,通過陣列輸出信號的空域超完備表示構(gòu)建稀疏重構(gòu)模型,采用正交匹配追蹤算法對入射信號進(jìn)行稀疏重構(gòu)。當(dāng)算法收斂,可以根據(jù)入射信號的稀疏結(jié)構(gòu)求得目標(biāo)仰角的估計(jì),進(jìn)而得到目標(biāo)高度。計(jì)算機(jī)仿真表明所提算法能夠高精度的估計(jì)出預(yù)設(shè)的擾動參數(shù)、具有較強(qiáng)的相干信號分辨能力。最后,通過對某型號雷達(dá)的實(shí)測數(shù)據(jù)處理對所提算法進(jìn)行驗(yàn)證。3.研究基于稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)的復(fù)雜陣地低仰角測高方法。首先,本文將擾動多徑信號模型中的擾動參數(shù)作為一個(gè)超參數(shù)代入到稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)信號模型中。隨后,根據(jù)入射信號的稀疏結(jié)構(gòu),借助EM算法迭代優(yōu)化求得目標(biāo)仰角的估計(jì),進(jìn)而得到目標(biāo)高度。計(jì)算機(jī)仿真對擾動參數(shù)、不同信噪比和不同擾動大小下所提算法進(jìn)行了分析,結(jié)果表明所提算法能夠?qū)︻A(yù)設(shè)的擾動參數(shù)進(jìn)行高精度的估計(jì),在不同信噪比及擾動大小下所提算法性能優(yōu)于現(xiàn)有算法。最后,通過實(shí)測數(shù)據(jù)處理對所提算法進(jìn)行了驗(yàn)證,對比了兩條不同方位區(qū)間、同一時(shí)間段內(nèi)的兩條航線的實(shí)測數(shù)據(jù)處理結(jié)果,所提算法能夠得到較好的測角和測高效果,并且對復(fù)雜陣地的影響并不敏感。4.研究基于陣列協(xié)方差向量稀疏重構(gòu)的多反射中心多徑的低仰角測高方法。首先,本文引入多反射中心多徑信號模型,將多徑回波建模為一組角度間隔較近同時(shí)多徑信號的數(shù)目未知的相干信號。隨后,將陣列測向的觀測數(shù)據(jù)從陣列輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為陣列協(xié)方差向量的形式,并利用稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)靈活算法的結(jié)構(gòu),提出了一種基于陣列協(xié)方差矩陣稀疏重構(gòu)的多反射中心多徑低仰角測高方法。計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)測數(shù)據(jù)處理結(jié)果均表明本章算法相比于現(xiàn)有DOA估計(jì)算法具有更高精度的角度估計(jì)性能。同時(shí),多反射中心多徑模型一定程度上反映了實(shí)際環(huán)境中回波在空間上的分布情況,相比于經(jīng)典多徑模型更適用于復(fù)雜陣地條件下米波雷達(dá)低仰角測高問題。5.研究基于空域?yàn)V波的相鄰相干信號角度估計(jì)方法。圍繞空域相鄰相干信號的分辨及角度估計(jì)問題,提出了一種基于空域?yàn)V波的相鄰相干信號的角度估計(jì)算法。首先,分析了現(xiàn)有的相干信號角度估計(jì)算法如子空間類超分辨算法、最大似然類算法以及稀疏恢復(fù)類算法的優(yōu)缺點(diǎn)。并著重指出稀疏重構(gòu)類算法內(nèi)在的目標(biāo)函數(shù)約束與高精度DOA估計(jì)的要求并不吻合,并沒有從根本上解決高精度DOA估計(jì)的問題,當(dāng)角度間隔較小或信號之間具有強(qiáng)相關(guān)性時(shí),稀疏重構(gòu)類算法性能會出現(xiàn)明顯下降。最后,本章采用空域?yàn)V波的方法,將相干信號彼此分離,最大限度的消弱信號之間的相干性對角度估計(jì)的影響,同時(shí)也避免最大似然算法多維非線性的角度搜索。仿真分析了本章所提算法的測角性能隨信噪比、采樣點(diǎn)數(shù)和目標(biāo)角度間隔的變化,相比于其他類型的算法,本章算法能夠取得更高精度的測角結(jié)果,同時(shí)能夠接近Cramer-Rao界。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN958
【部分圖文】：

西安電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文2圖1.1 裝載在戰(zhàn)斗機(jī)上的“哈姆”反輻射導(dǎo)彈反輻射導(dǎo)彈在發(fā)射后需要不斷接收目標(biāo)雷達(dá)輻射的電磁波信號，通過導(dǎo)引頭發(fā)出的控制指令以指向目標(biāo)雷達(dá)。因此，反輻射導(dǎo)彈為了能夠準(zhǔn)確的獲得目標(biāo)雷達(dá)的位置信息必定依賴導(dǎo)引頭上裝載的天線陣列，其尺寸至少大于目標(biāo)雷達(dá)輻射的電磁信號的波長。在導(dǎo)彈的孔徑固定的條件下，目標(biāo)雷達(dá)的電磁信號的波長越長，反輻射導(dǎo)彈的定位精度也就越差。美國的“哈姆”反輻射導(dǎo)彈主要針對工作頻率為 0.8~20GHz 的雷達(dá)系統(tǒng)，其中并不包括米波雷達(dá)。因此，米波雷達(dá)相比于微波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)具有天然的抗反輻射導(dǎo)彈打擊的優(yōu)勢。反輻射導(dǎo)彈使現(xiàn)代雷達(dá)在戰(zhàn)場上的生存受到巨大威脅，面對反輻射導(dǎo)彈，雷達(dá)只能“躲著”消極工作。而隱身技術(shù)（StealthTechnology）的出現(xiàn)和應(yīng)用則可使雷達(dá)“無效化”，使現(xiàn)代雷達(dá)面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[6]。隱身技術(shù)近年來得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用

第一章 緒論3圖1.2 采用隱身技術(shù)的第五代戰(zhàn)斗機(jī) F22 和 F35隱身飛機(jī)的隱身手段主要針對工作頻段為微波段的雷達(dá)系統(tǒng)，對米波雷達(dá)而言，大部分的隱身手段的效果不明顯甚至無效[8,9]。隱身飛機(jī)獨(dú)特的外形設(shè)計(jì)對米波雷達(dá)的隱身效果并不明顯，這是因?yàn)閼?zhàn)斗機(jī)的尺寸與米波雷達(dá)的波長相近，當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)的任何一個(gè)部分的尺寸與電磁波的波長處在同一個(gè)數(shù)量級時(shí)，就會出現(xiàn)諧振效應(yīng)，大大增加隱身飛機(jī)的 RCS。此外，目前應(yīng)用的吸波材料只針對部分頻段（1~20GHz），同時(shí)涂層型吸波材料的吸收效果與涂層的厚度有關(guān)，通常隱身材料涂層的厚度為波長的1/10~1/4。為了達(dá)到對米波雷達(dá)的隱身效果，隱身飛機(jī)需要涂覆厚達(dá)幾十厘米甚至一百多厘米的吸波材料

、飛行高度為 10000m 時(shí)巡航導(dǎo)彈，探測距離為 50km，當(dāng)飛行高度為 6500m 時(shí)，探測距離為 300km。圖1.3 俄羅斯 Nebo-UE 型米波雷達(dá)Nebo-SVU 型米波雷達(dá)是世界上第一款米波固態(tài)有源相控陣?yán)走_(dá)，每個(gè)天線陣元都安裝了一個(gè) T/R 組件，并連接了一個(gè)獨(dú)立的移相器，可自動調(diào)整陣列的天線方向
【參考文獻(xiàn)】

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3 吳劍旗;;反隱身與發(fā)展先進(jìn)米波雷達(dá)[J];雷達(dá)科學(xué)與技術(shù);2015年01期

4 洪升;萬顯榮;柯亨玉;;空間色噪聲背景下雙基地多輸入多輸出雷達(dá)低仰角估計(jì)方法[J];電子與信息學(xué)報(bào);2015年01期

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9 朱偉;陳伯孝;;基于二維干涉式APES算法的分布式相參陣盲DOA估計(jì)[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2013年02期

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5 劉俊;米波雷達(dá)低仰角估計(jì)方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2012年

6 楊雪亞;米波雷達(dá)陣列超分辨和測高方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

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本文編號：2841156