隨著雷達技術的發(fā)展,雷達的功能要求已經由目標檢測和目標定位,向目標識別、跟蹤和高分辨力成像等方向發(fā)展。雷達體制也由單基地、單天線、單脈沖和窄帶體制逐漸向多基地、多天線、相控陣、MIMO、SAR、脈沖壓縮、寬帶與超寬帶(UWB)等方向發(fā)展。提升整個雷達系統(tǒng)探測與定位能力的主要途徑是增大陣列孔徑與提高信號帶寬。本文針對傳統(tǒng)基于相位控制的波束形成方法在UWB信號波束形成時會導致主旁瓣比惡化、掃描角度范圍受限和波束指向偏移等問題,重點研究了適用于UWB信號的數字延時補償技術及其波束形成方法,以及基于外推虛擬陣的波束形成技術。論文主要工作與成果如下:1)研究了現(xiàn)有分數延時濾波器的工作原理與設計方法,分析了相應的頻響特性以及延時信號重構誤差特性,為后續(xù)基于數字延時技術的波束形成技術打下基礎。2)研究了基于Lagrange分數延時濾波器的UWB信號波束形成技術,采用超寬帶線性調頻信號和基于Logistic映射的超寬帶混沌調頻信號進行了仿真驗證,結果表明該方法存在高頻區(qū)信號波束增益下降,旁瓣升高的缺陷。為彌補這一缺陷,設計了一種基于Hermite分數延時濾波器的超寬帶波束形成技術,仿真驗證了方法的可行性。然后,進一步提出了一種基于上采樣和高階Hermite插值濾波器實現(xiàn)直接延時補償的波束形成技術,超寬帶信號實例仿真表明該方法與上述方法相比不僅結構簡單、計算量小,而且實時性更好。3)探討了UWB信號的Caratheodory表示法,提出了一種將Hermite插值與Caratheodory表示法相結合的延時補償與波束形成技術。通過典型信號仿真表明該改進方法能夠保證高插值精度、同時降低采樣模塊復雜度的情況下實現(xiàn)UWB信號的延時和波束形成。4)為進一步提高有限陣元情況下UWB雷達的分辨力,研究并提出了四種基于外推虛擬陣技術的波束形成與成像方案。第一種方案是基于二維AR外推虛擬陣并結合Hermite分數延時濾波器的UWB信號波束形成方案。第二種方案在總結AR模型特點的基礎上,使用Caratheodory表示法構建虛擬陣并結合Hermite分數延時濾波器實現(xiàn)了超寬帶信號的波束形成。接著將二維AR外推技術應用于外推虛擬面陣從而實現(xiàn)高分辨力UWB信號波束形成。最后將二維AR矢量外推技術與空譜分解技術結合實現(xiàn)了高分辨力時間反演成像。這些高分辨力方案均能有效提升空間分辨能力。
【學位單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN957.51;TN925
【部分圖文】：

學位論文?基于數字延時補償與外推虛擬陣的ＵＷＢ信號高分辨力波束形成技術研宄??針對頻域ＵＷＢ信號波束形成存在運算量大及時域輸出波形失真的缺點，曹運合等??提出了基于拉伸處理的寬帶線性調頻信號波束形成方法，能夠大大降低數據量，并抑??寬帶干擾１３２］。胡謹賢等人提出一種采用交疊ＤＦＴ處理的寬帶頻域波束形成方法，改??了時域輸出波形的失真［３３］。李寧等人提出一種先對數據做一次連續(xù)的ＦＦＴ變換，再??頻率柜實現(xiàn)寬帶波束形成的新方法，保證了脈壓性能｜３４］。鮑玥等人提出了多迭代約束??軛梯度的頻域寬帶波束形成，避免了矩陣求逆運算［３５］。??２）?ＵＷＢ波束形成的時域方法??時域法的基本思想是對每個陣元接收的ＵＷＢ信號進行直接延時補償并求和，從而??現(xiàn)波朿形成，該方法克服了頻域方法輸出信號相位不連續(xù)的問題，能夠輸出實時波形??７１。時域方法實現(xiàn)波束形成通常采用抽頭延遲線結構與ＦＩＲ／ＩＩＲ濾波器對ＵＷＢ信號??行時間延遲并加權，其結構原理示意圖如圖１．２．２所示。??

博士學位論文?基于數字延時補償與外推虛擬陣的ＵＷＢ信號高分辨力波束形成技術研究??及全文組織結構如圖１．３．１所示。????播，中您龍??Ｉ?棍屮需求????

圖２．３．２?Ｄ取值不同時的沖擊響應??理想分數延時濾波器無限長且非因果，實際應用中不可實現(xiàn)，因此我們需要使用物理上??可實現(xiàn)的濾波器去逼近該理想濾波器。實際分數延時濾波器的原理圖如圖２．３．３所示，??＂（４為實際分數延時濾波器。實際分數延時濾波器的作用與圖２．３．１中虛線框內的系統(tǒng)??所起的所用等效。??采樣??ｘ（０?Ｘ?４？］?輸出咖］???＇?？?Ｈ｛ｚ）?？??圖２．３．３實際分數延時濾波器原理圖??從上圖可以看出，圖２．３．１中虛線框內的系統(tǒng)可以等效為一個數字濾波器／／（ｚ）??由式２．３．７可得到／Ｕ？］的頻率響應表達式如下??ＨｌＤ（ｅＪ，０）?＝?ｅ－ＪｒｏＤ，?＼（〇＼＜ｔｔ?（２．３．８）??上式中ｗ為歸一化角頻率，Ｄ可由整數部分／和分數部分Ｊ組成，即??Ｄ?＝?Ｊ＋ｃＬ?ｄｅ［－０．５，０．５］?（２．３．９）??
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本文編號：2864755