發(fā)布時間：2019-09-11 14:37

【摘要】：隨著電子對抗技術(shù)的不斷發(fā)展,雷達(dá)需要提高自身的抗偵察、抗截獲性能,從而減小被檢測、截獲甚至被干擾、打擊的概率。具備一定低截獲概率(low probability of intercept,LPI)的雷達(dá)已成為對抗各種電子偵察及干擾的必然需求。針對現(xiàn)代電子戰(zhàn)場在低截獲信號檢測、參數(shù)估計方法及波束掃描技術(shù)等方面的新發(fā)展,本文一方面主要考慮雷達(dá)發(fā)射方向圖的優(yōu)化設(shè)計與參數(shù)估計,另一方面充分開發(fā)利用現(xiàn)代新體制雷達(dá)技術(shù)如寬帶雷達(dá)技術(shù)、多輸入多輸出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷達(dá)技術(shù)以及頻率分集陣列(frequency diversity array,FDA)雷達(dá)技術(shù)的先天優(yōu)勢來提高雷達(dá)的低截獲性能,提出LPI雷達(dá)波形優(yōu)化設(shè)計與參數(shù)估計的新方法。本論文的主要工作及創(chuàng)新概括為以下幾個方面:(1)寬帶MIMO雷達(dá)LPI發(fā)射方向圖優(yōu)化設(shè)計寬帶MIMO雷達(dá)具有低截獲特性與便于靈活設(shè)計發(fā)射方向圖的優(yōu)勢,已成為研究LPI雷達(dá)的重要方向之一。本文針對寬帶MIMO雷達(dá)LPI發(fā)射方向圖的合成,提出了兩種通過設(shè)計功率譜密度矩陣逼近期望的發(fā)射方向圖的方法。提出的方法將整個寬頻帶發(fā)射信號劃分成若干個窄帶;針對每個子窄帶,建立具有期望的旁瓣值和總發(fā)射功率限制條件的優(yōu)化問題來設(shè)計發(fā)射信號矢量的功率密度矩陣,以使其方向圖主瓣逼近期望主瓣響應(yīng)。提出的問題被轉(zhuǎn)化為一個二階錐規(guī)劃問題,并利用凸優(yōu)化工具箱CVX進(jìn)行有效求解。與近幾年提出的寬帶MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖合成方法相比較,本文所設(shè)計的發(fā)射方向圖的主瓣具有恒定束寬特性,并且其旁瓣值嚴(yán)格低于期望的旁瓣值,進(jìn)一步地確保了其LPI性能。大量的仿真結(jié)果證明了本方法的有效性。(2)FDA低截獲特性及其應(yīng)用研究FDA作為一種新型陣列天線模型,通過在陣元間引入一個較小的頻率增量,無需移相器就可在空間實(shí)現(xiàn)波束掃描,是一種靈活的能實(shí)現(xiàn)距離、時間和角度依賴性波束的掃描方式,對雷達(dá)提高LPI性能也具有獨(dú)特潛在優(yōu)勢。本文以雷達(dá)和電子戰(zhàn)為重點(diǎn),探討了FDA及其頻率掃描特性,從本質(zhì)上展示了FDA作為時間調(diào)制陣列在降低旁瓣電平以及產(chǎn)生多個波束等方面的一些特征;理論建立了FDA的數(shù)學(xué)模型,表明了陣元間采用頻率增量會產(chǎn)生一個距離、時間和角度依賴性的方向圖;創(chuàng)新性地研究FDA的應(yīng)用,探討其潛在的低截獲性能應(yīng)用能力。(3)基于子陣方案的FDA雷達(dá)距離-角度聯(lián)合估計方法非合作目標(biāo)的二維定位不能由傳統(tǒng)線性相控陣?yán)走_(dá)的波束峰值得到,均勻線性陣列FDA雷達(dá)由于距離和方位角耦合也不能直接實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離和方位角的二維聯(lián)合估計。針對FDA的波束特性,本文提出了一種FDA雷達(dá)的子陣方案以解決距離-角度聯(lián)合估計問題。子陣列采用不同的頻偏,為了擴(kuò)展陣列孔徑,子陣列均采用差分陣列結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用接收數(shù)據(jù)的二階統(tǒng)計量進(jìn)行處理時,N個實(shí)際物理陣元可提供2O(N)維的自由度。由于子陣列對距離和角度維的解耦能力,目標(biāo)可利用基于子空間的多信號分類算法定位。進(jìn)一步地,推導(dǎo)了相對于信噪比的克拉美-羅下限來檢驗?zāi)繕?biāo)參數(shù)的估計性能。最后的數(shù)值仿真結(jié)果驗證了方法的有效性。(4)認(rèn)知FDA-MIMO雷達(dá)LPI波束優(yōu)化設(shè)計雷達(dá)信號的LPI本質(zhì)上是期望能夠在各種復(fù)雜的電磁環(huán)境下發(fā)現(xiàn)目標(biāo)(即增加雷達(dá)自身接收回波信號的探測概率),同時又期望己方的發(fā)射信號盡可能不被敵方所發(fā)現(xiàn)(即降低雷達(dá)發(fā)射信號的被探測概率)。本文根據(jù)FDA雷達(dá)波形的時變特性,提出一種降低發(fā)射波形被截獲概率的方案,即考慮使目標(biāo)處雷達(dá)的能量達(dá)到最小化,該最小化的能量被反射之后,在雷達(dá)自身接收處的能量達(dá)到最大化。這一思想可通過采用認(rèn)知雷達(dá)的方式以不同距離不同抑制的方法來實(shí)現(xiàn)。最終將FDA雷達(dá)波束方向圖的能量分布問題轉(zhuǎn)化為二階的非凸優(yōu)化問題,通過引入新的變量求解得到最優(yōu)解。文中給出了兩種求解最優(yōu)解的方法。數(shù)值仿真結(jié)果表明,所提出的方法是有效的,即降低了雷達(dá)信號在目標(biāo)處的被檢測概率,同時提高了在雷達(dá)自身接收處的檢測性能。
【圖文】：

圖 4- 8 沒有采用頻率增量時的陣列方向圖圖 4- 9 采用頻率增量 f 500Hz時的陣列方向圖到，與傳統(tǒng)陣列不同的是，F(xiàn)DA 的波束指向僅靠，實(shí)現(xiàn)空間波束掃描而無需移相器。這在實(shí)際雷成本。

圖 4- 9 采用頻率增量 f 500Hz時的陣列方向圖到，與傳統(tǒng)陣列不同的是，F(xiàn)DA 的波束指向僅靠，實(shí)現(xiàn)空間波束掃描而無需移相器。這在實(shí)際雷成本。方向圖是空間模式, 完全針對陣列本身性質(zhì)，假設(shè)。然而，要看時變遠(yuǎn)電場，就應(yīng)該從時間和頻率域�，F(xiàn)在，，假設(shè)有一個 N 元件陣列，元件間的間。當(dāng)介紹陣列天線理論的時候，通常采用相量表示將考慮時間依賴性。因此，在遠(yuǎn)場的每個陣元的1( )0( , ) n n nNnjt k RennaE f eR n ，0 nk k n k ， k c，0 sinnR R nd
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN957.51

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本文編號：2534480