本文關鍵詞：頻率分集陣列雷達運動目標檢測方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：運動目標檢測是雷達系統(tǒng)的重要功能之一,機載/星載雷達下視工作面臨嚴重的地海雜波,空時自適應處理(STAP)通過聯(lián)合空域和時域信息能夠大大改善慢速目標的檢測性能,對實現(xiàn)運動目標的連續(xù)偵查、監(jiān)視和跟蹤具有重要作用,廣泛應用在軍用和民用領域。在高速運動雷達平臺下,雜波多普勒譜嚴重擴散導致多普勒多重模糊,需要采用高重復頻率雷達體制以降低多普勒模糊程度,然而高重復頻率造成嚴重的距離模糊問題,此時距離模糊雜波抑制成為制約運動目標檢測的關鍵問題。此外,在實際運動目標檢測中,由于目標的精確參數(shù)通常是未知的,目標的約束導向矢量與其真實導向矢量是失配的,加之實際環(huán)境中存在小樣本、樣本非均勻非平穩(wěn)以及目標信號污染訓練樣本等問題,造成傳統(tǒng)方法性能的惡化。研究穩(wěn)健波束形成方法解決實際誤差條件下的雜波抑制和運動目標檢測對于實際應用至關重要。另外,隨著現(xiàn)代電子環(huán)境的復雜化,電子干擾手段在實際應用中時有出現(xiàn),成為對雷達系統(tǒng)運動目標檢測的重要威脅,亟需開展雷達系統(tǒng)有效的抗干擾方法以應對實際干擾環(huán)境,特別是欺騙式干擾條件下的運動目標檢測困難的問題。本論文針對現(xiàn)代復雜電子環(huán)境下高速運動平臺雷達目標檢測所面臨的電子干擾、地海雜波距離模糊、目標約束不準確、目標參數(shù)估計模糊等問題,充分挖掘雷達系統(tǒng)的空間、時間和頻率多維信息,研究基于頻率分集陣列(FDA)新體制雷達的運動目標檢測信號處理方法,提高實際高速平臺雷達系統(tǒng)的抗干擾能力、雜波抑制能力、靈活性以及穩(wěn)健性。論文圍繞國家自然科學基金重點項目“高速平臺動目標檢測方法研究”、“基于空間平臺的空間目標檢測、成像與識別方法研究”以及國家自然科學基金重大項目群“基于空間平臺的微弱時敏目標協(xié)同檢測與識別”等科研項目,對高速平臺雷達系統(tǒng)運動目標檢測進行了系統(tǒng)性研究,內容涵蓋雜波與欺騙式干擾同時抑制、距離模糊雜波抑制、穩(wěn)健波束形成方法以及目標參數(shù)無模糊估計,概括如下：1、針對現(xiàn)代電子環(huán)境下的復雜干擾抑制,特別是欺騙式干擾抑制問題,提出了基于FDA體制的多輸入多輸出(MIMO)雷達自適應距離角度二維波束形成方法,能夠有效地抑制欺騙式干擾信號,實現(xiàn)真實目標的檢測。首先建立了FDA信號模型,分析了FDA-MIMO雷達體制下目標信號在發(fā)射-接收二維空間頻率域的分布特性,同時研究了存儲轉發(fā)欺騙式干擾信號形成機制,并分析了其在FDA-MIMO雷達體制下與真實目標信號可區(qū)分的維度。研究發(fā)現(xiàn),由于FDA提供了信號處理距離維的自由度,真實目標與欺騙式干擾在發(fā)射空域頻率域是可分的,基于此,提出基于直接數(shù)據(jù)域的穩(wěn)健距離角度二維波束形成方法實現(xiàn)欺騙式干擾抑制。實質上,所提方法綜合利用了真實目標和欺騙式干擾的距離和角度信息,因此,即便是主瓣方向的欺騙式干擾也能夠被有效抑制。2、針對機載雷達運動目標檢測面臨的地海雜波和干擾抑制問題,提出了FDA體制下的空時距離三維自適應處理(STRAP)方法。利用MIMO虛擬發(fā)射孔徑技術將發(fā)射自由度虛擬到接收端,由于FDA具有距離維可控自由度,STRAP方法能夠綜合利用空間角度、距離和多普勒三維信息進行自適應雜波和干擾同時抑制。實際上,由于雜波和欺騙式干擾在三維空間中的分布特性不一致,所提方法分兩步實現(xiàn)：首先在補償前數(shù)據(jù)域基于空間投影方法實現(xiàn)欺騙式干擾抑制,然后在補償后數(shù)據(jù)域實現(xiàn)雜波和壓制干擾同時抑制。3、針對高速平臺雷達運動目標檢測面臨的距離模糊雜波抑制困難的問題,提出基于俯仰維FDA的STAP雷達距離模糊雜波分離與抑制方法。建立了俯仰維FDA體制下機載雷達回波信號模型,分析了雜波在俯仰頻率域的分布特性,相比傳統(tǒng)相控陣STAP雷達中雜波的俯仰頻率分布特性而言,俯仰FDA體制下的距離模糊雜波在俯仰頻率域具有明顯的可分性,經(jīng)過所提的雜波補償方法處理后,不同距離模糊區(qū)域的雜波在偏仰頻率域互相分開。所提的STAP預處理方法能夠進一步實現(xiàn)距離模糊雜波分離。因而,所提方法能夠有效地實現(xiàn)距離模糊雜波分離與抑制。由于不同距離模糊區(qū)域的雜波實現(xiàn)了分離,一定程度上克服了雜波的非平穩(wěn)問題。此外,后續(xù)的雜波抑制可并行處理且所提方法同時解決了運動目標參數(shù)估計的距離模糊問題。4、針對目標約束不準確以及目標信號污染問題造成STAP處理器目標檢測性能惡化的問題,提出了基于幅相聯(lián)合約束的STAP方法。該方法增加了響應矢量的相位特性,并基于線性濾波器無失真響應特性,推導了相位約束的形式,不僅能夠有效地提高目標的輸出信雜噪比,具有良好的穩(wěn)健性,而且能夠確保輸出的相位響應在空時二維空間的線性特性。考慮在高速前視陣列情況下,通過幅相聯(lián)合約束的方法能夠有效地提高雷達運動目標的檢測性能,克服目標約束不準確和目標信號污染訓練樣本造成STAP性能惡化的問題。5、針對目標約束不準確造成傳統(tǒng)波束形成和STAP方法性能下降的問題,提出了一種基于響應矢量優(yōu)化的穩(wěn)健波束形成方法。通過對傳統(tǒng)線性約束最小方差(LCMV)波束形成器全1約束的一般化,考慮幅度和相位聯(lián)合約束問題,基于最大化輸出信噪比和最大化主瓣響應,建立了響應矢量最優(yōu)化的目標函數(shù)和約束條件。為實現(xiàn)原始非凸優(yōu)化問題的求解,進一步將約束矢量擴展到高維空間,通過半正定優(yōu)化技術求得準最優(yōu)的響應矢量。由于約束矢量的維數(shù)很小,所提方法的計算復雜度幾乎可以忽略。通過理論分析證明了最優(yōu)響應矢量的存在性,分析了目標信號污染情況下所提方法的有效性,仿真實驗驗證了所提方法在波束主瓣保形、旁瓣抑制以及輸出信雜噪比上性能的優(yōu)越性。6、針對高速平臺下運動目標參數(shù)估計存在的模糊問題,提出了基于FDA體制的MIMO雷達目標距離角度參數(shù)聯(lián)合估計方法。利用FDA陣列的距離維可控自由度,并聯(lián)合角度自由度,實現(xiàn)了目標距離角度聯(lián)合估計。為了克服目標參數(shù)估計的距離模糊度問題,提出了基于目標主值距離先驗信息的補償方法,并分析了補償后的目標在發(fā)射-接收二維空間中的分布特性,理論分析發(fā)現(xiàn),目標的距離模糊數(shù)導致了目標在發(fā)射-接收二維空間中的分離特性。所提的目標參數(shù)估計方法包含三步：首先利用目標接收空域頻率僅依賴于角度的特征估計目標的角度參數(shù),然后在發(fā)射-接收二維空間實現(xiàn)目標的距離模糊數(shù)估計,最后通過超分辨估計方法提高目標距離參數(shù)的估計精度。仿真實驗驗證了所提方法能夠有效地實現(xiàn)目標的無模糊參數(shù)估計,并大大提高了目標的距離估計精度。
【關鍵詞】：運動目標檢測 空時自適應處理 模糊雜波抑制 頻率分集陣列 穩(wěn)健波束形成
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN957.51
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-16
• 符號對照表16-18
• 縮略語對照表18-24
• 第一章 緒論24-40
• 1.1 研究背景與意義24-25
• 1.2 運動平臺陣列雷達動目標檢測的研究現(xiàn)狀25-30
• 1.2.1 機載運動目標檢測雷達系統(tǒng)25-28
• 1.2.2 機載運動目標檢測面臨的關鍵問題28-29
• 1.2.3 頻率分集陣列雷達實驗系統(tǒng)29-30
• 1.3 運動平臺陣列雷達動目標檢測方法的研究現(xiàn)狀30-36
• 1.3.1 STAP方法研究歷史及現(xiàn)狀30-33
• 1.3.2 穩(wěn)健波束形成研究歷史與現(xiàn)狀33-35
• 1.3.3 頻率分集陣列研究現(xiàn)狀35-36
• 1.4 本論文的內容與安排36-40
• 第二章 頻率分集陣列MIMO雷達干擾抑制40-58
• 2.1 引言40-42
• 2.2 頻率分集陣列雷達模型42-45
• 2.2.1 頻率分集陣列發(fā)射方向圖42-44
• 2.2.2 頻率分集陣列接收方向圖44-45
• 2.3 頻率分集陣列MIMO雷達信號45-47
• 2.4 頻率分集陣列MIMO雷達干擾抑制方法及性能分析47-51
• 2.5 實驗結果及分析51-57
• 2.5.1 頻率分集陣列方向圖51-53
• 2.5.2 頻率分集MIMO雷達干擾抑制53-57
• 2.6 本章小結57-58
• 第三章 機載雷達空時距離自適應信號處理方法58-72
• 3.1 引言58-59
• 3.2 機載頻率分集陣列雷達信號模型59-62
• 3.3 雜波及干擾的分布特性62-64
• 3.4 雜波和欺騙式干擾同時抑制方法64-66
• 3.5 實驗結果及分析66-71
• 3.5.1 雜波和干擾的頻譜分布67-68
• 3.5.2 FDA-MIMO STAP雷達三維處理68-69
• 3.5.3 性能分析69-71
• 3.6 本章小結71-72
• 第四章 機載頻率分集陣列雷達距離模糊雜波抑制方法72-94
• 4.1 引言72-73
• 4.2 俯仰頻率分集空時二維信號模型73-76
• 4.3 距離模糊雜波抑制方法76-83
• 4.3.1 頻率步進量的設計準則79-81
• 4.3.2 雷達跟蹤模式應用分析81
• 4.3.3 雷達廣域監(jiān)視模式應用分析81-83
• 4.4 仿真實驗與討論83-91
• 4.4.1 雜波的空時二維分布83-84
• 4.4.2 俯仰維雜波譜分布84-85
• 4.4.3 離模糊雜波分離結果85-87
• 4.4.4 空時自適應處理預濾波設計87-89
• 4.4.5 雷達跟蹤模式仿真分析89-90
• 4.4.6 信雜噪比損失性能分析90-91
• 4.5 本章小結91-94
• 第五章 基于幅相聯(lián)合約束的穩(wěn)健空時自適應處理方法94-116
• 5.1 引言94-95
• 5.2 空時二維信號模型95-97
• 5.3 基于幅相聯(lián)合約束的穩(wěn)健空時自適應處理方法97-101
• 5.4 高速平臺前視陣空時處理應用分析101-105
• 5.4.1 雜波自由度分析101-102
• 5.4.2 基于幅相約束的降維穩(wěn)健STAP方法102-105
• 5.5 實驗結果及分析105-114
• 5.5.1 STAP雷達的幅度響應比較105-106
• 5.5.2 STAP雷達的相位響應比較106-107
• 5.5.3 信號雜波噪聲比(SCNR)損失性能比較107-110
• 5.5.4 高速前視陣雷達降維STAP方法性能分析110-114
• 5.6 本章小結114-116
• 第六章 響應矢量約束的穩(wěn)健LCMV方法116-134
• 6.1 引言116-117
• 6.2 信號模型與問題描述117-119
• 6.3 響應矢量約束的穩(wěn)健處理方法119-121
• 6.4 性能分析與討論121-125
• 6.4.1 秩一解的存在條件與求解方法121-123
• 6.4.2 對角加載技術分析123-124
• 6.4.3 約束矩陣的低秩逼近124-125
• 6.4.4 計算復雜度分析125
• 6.5 實驗結果與分析125-133
• 6.5.1 陣列自適應波束形成方向圖125-127
• 6.5.2 輸出信干噪比性能分析127-129
• 6.5.3 空時自適應處理二維頻率響應129-131
• 6.5.4 輸出信雜噪比性能分析131-132
• 6.5.5 信雜噪比損失性能分析132-133
• 6.6 本章小結133-134
• 第七章 頻率分集陣列雷達目標參數(shù)解模糊方法134-156
• 7.1 引言134-135
• 7.2 共址頻率分集MIMO雷達信號模型135-137
• 7.3 無模糊距離角度聯(lián)合估計方法137-143
• 7.3.1 距離依賴補償方法138-141
• 7.3.2 距離角度聯(lián)合估計方法141-142
• 7.3.3 頻率步進量設計準則142-143
• 7.4 參數(shù)估計性能分析143-146
• 7.5 仿真實驗與分析146-154
• 7.5.1 發(fā)射接收二維空域的Capon譜分布147-149
• 7.5.2 距離角度聯(lián)合估計性能149-152
• 7.5.3 克拉美羅界分析152-154
• 7.6 本章小結154-156
• 第八章 總結和展望156-160
• 8.1 研究結論156-157
• 8.2 研究展望157-160
• 參考文獻160-174
• 致謝174-176
• 作者簡介176-178

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  本文關鍵詞：頻率分集陣列雷達運動目標檢測方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：388323