米波数字阵列雷达低仰角测高方法研究

米波数字阵列雷达论文 波达方向论文 数字单脉冲论文 低仰角测高论文 约束MUSIC论文 地形匹配论文
论文详情
米波雷达波长较长,在反隐身、抗反辐射导弹等方面具有独特的优势,且作用距离远,衰减比微波小,近年来受到世界各国的普遍重视。但受天线尺寸的限制,米波阵列雷达天线主瓣波束较宽,角分辨率差,天线副瓣高,抗干扰能力差。在探测远距离目标时,由于波束较宽,俯仰维波束会打地,雷达接收信号中除了直接从目标反射回来的信号外,还有从多径效应产生的镜面反射和漫反射等多径信号。多径效应对低空目标的仰角测量影响较大,从而影响了对目标高度的准确测量。因此提高米波雷达在低仰角区的测角和测高精度是亟待解决的关键难题。本人在前人工作的基础上,结合目前承担的科研任务,从若干方面围绕米波数字阵列雷达的低仰角测高问题展开工作,具体工作概括如下:1.在综合考虑数字阵列雷达信号处理系统的基础上,采用DSP和FPGA相结合的方法,设计一种高性能软件化数字信号处理机,整个信号处理机基于CPCI总线,采用高速串行通道提高板间数据传输速率,采用交叉开关技术实现信号处理板间的动态互联,提高雷达信号处理机的性能。该系统结构简单,具有很好的通用性和可扩展性,具有较高的实用价值。另外,研究两维数字阵列雷达的数字单脉冲测角方法,分析基本单脉冲测角过程中存在的问题,提出一种改进的基于窗函数的二维数字阵列雷达单脉冲测角方法。该方法在差波束形成过程中考虑不同工作频率、不同波位的天线等效孔径的变化。针对测角误差信号的非线性特征,在根据误差信号计算目标角度时采用多阶多项式拟合的方法,不仅减少单脉冲误差曲线的数目,而且简化数据处理中大量的数据存储和查表的运算,便于工程实现,更重要的是消除建立误差曲线表时的量化误差和减小线性近似时的测量误差。2.研究基于广义约束MUSIC算法的低仰角测高方法。约束MUSIC算法利用已知的信源方向来提高未知信源估计精度,而且不受信源相干的影响。把该算法应用于米波雷达低仰角测高中,提出一种广义约束MUSIC算法,将多径方向的导向矢量构成约束矩阵,生成投影算子,通过对协方差矩阵的投影来消除多径信号对协方差矩阵的影响,从而提高直达波的DOA估计精度。该算法的优点在于能直接处理相干信号,并且不用考虑地面反射系数的影响。再结合雷达测高的特点,对该算法进行改进,将二维搜索降为一维搜索,在保持良好性能的同时降低运算量。该方法在快拍数大于阵元数时就能超过空间平滑MUSIC的测角精度。3.研究基于精确多径信号模型的合成导向矢量测高方法。精确多径信号模型考虑入射信号极化信息、镜面反射、散射、漫反射、地形及掠射角等因素对多径信号的影响,利用天线高度、目标和雷达之间的距离、地球曲率、大气折射等先验信息,给出球面模型复杂地形下反射系数以及直达波、反射波波程的计算方法,提出基于地形匹配的合成导向矢量超分辨算法,将搜索导向矢量表示为直达波和反射波导向矢量之和的形式,然后使用超分辨算法进行DOA估计,提高角度估计精度。另外,当地面粗糙度增加到不能满足瑞利准则时,雷达天线接收的信号应该看成是镜面反射分量与漫反射分量之和,表面越粗糙,雷达仰角越低,漫散射功率越占主导地位,建立存在地面漫反射时的信号模型,将多径信号认为是相干分布源,提出利用多维交替投影和合成导向矢量超分辨算法进行低仰角测高。但是实际中,地面反射区的多径分布源模型很难确定,需要通过大量的实验来进行验证。4.将稀疏分析应用于米波数字阵列雷达低仰角测高中,利用实际空间中被测目标在空域内分布的稀疏性,利用压缩感知思想来进行低仰角估计。提出协方差矩阵压缩感知、内插阵压缩感知和波束空间压缩感知DOA估计算法,分别在协方差矩阵、虚拟内插阵和波束空间上进行压缩采样,构建出新的DOA估计压缩感知模型,最后通过稀疏重建算法来进行信号重构,得到目标的高分辨DOA估计。该方法突破阵列分辨率的瑞利限,降低信号功率谱和空间谱的旁瓣,在低信噪比和快拍数较少的环境下也能达到较好的效果,而且对空域信号的相关性不敏感,可以直接用于相干信号的DOA估计,具有较高的角度分辨力。5.研究干涉式APES算法在分布式相参阵列DOA估计中的应用。利用干涉式APES算法得到的空间谱和模型阶数选择准则获得目标个数和目标方向余弦的粗估计,同时利用子阵间的相位中心偏移来获得目标方向余弦的精估计,再使用双尺度解模糊算法得到高精度且无模糊的目标DOA估计。该算法不依赖于信源数、信源相关性等参数,是一种盲DOA估计方法,而且在样本少时性能较好。该算法以增大运算量为代价来得到更高的角度分辨率和测角精度,能有效地应用于米波雷达低仰角多径环境下的测高问题。同时对分布式阵列中的基线模糊门限与信噪比门限进行讨论,并对算法的运算量和克拉美罗界进行分析。论文针对这些方法,在仿真分析的基础上,结合了实际雷达的实测数据结果。因此,论文理论紧密联系实际,解决了某型米波雷达在一些典型阵地上遇到的实际问题,并给出了实际的测高结果。本论文为该型雷达的研制发挥了重要作用。
作者简介第3-4页
摘要第4-6页
ABSTRACT第6-8页
目录第9-13页
第一章 绪论第13-27页
    1.1 研究背景和意义第13-19页
    1.2 米波雷达低仰角测高技术发展现状第19-24页
    1.3 本文的主要工作与内容安排第24-27页
        1.3.1 论文符号说明第24页
        1.3.2 论文主要工作与内容安排第24-27页
第二章 数字阵列雷达第27-49页
    2.1 引言第27-28页
    2.2 数字阵列雷达研究进展第28-30页
        2.2.1 数字阵列雷达概念性研究第28-29页
        2.2.2 数字阵列雷达关键技术研究第29页
        2.2.3 数字阵列雷达实验系统研究第29-30页
    2.3 数字阵列雷达第30-33页
        2.3.1 数字阵列雷达原理第30页
        2.3.2 数字阵列单元及数字阵列模块第30-31页
        2.3.3 数字 T/R 组件第31-32页
        2.3.4 高速大容量数据传输技术第32页
        2.3.5 数字阵列雷达的工作模式第32-33页
        2.3.6 数字阵列雷达的优势第33页
    2.4 高性能软件化数字信号处理机第33-37页
        2.4.1 信号处理机整体结构第33-34页
        2.4.2 信号处理板设计第34-36页
        2.4.3 交叉开关板设计第36-37页
    2.5 数字单脉冲测角技术第37-45页
        2.5.1 阵列和信号模型第38-39页
        2.5.2 数字单脉冲测角过程第39-40页
        2.5.3 基于窗函数的单脉冲测角方法第40-44页
        2.5.4 数字单脉冲测角过程第44-45页
        2.5.5 性能分析第45页
    2.6 计算机仿真与实测数据处理第45-48页
        2.6.1 计算机仿真第45-46页
        2.6.2 实测数据处理第46-48页
    2.7 本章小结第48-49页
第三章 广义约束 MUSIC 算法在低仰角测高中的应用第49-59页
    3.1 引言第49-50页
    3.2 约束 MUSIC 算法第50-52页
    3.3 广义约束 MUSIC 算法第52-53页
    3.4 计算机仿真与实测数据处理第53-58页
        3.4.1 计算机仿真第53-57页
        3.4.2 实测数据处理第57-58页
    3.5 本章小结第58-59页
第四章 基于地形匹配的合成导向矢量超分辨算法第59-85页
    4.0 引言第59-60页
    4.1 地面反射系数第60-64页
        4.1.1 平坦光滑表面镜面反射系数第60-61页
        4.1.2 粗糙地面判断准则第61-62页
        4.1.3 粗糙地面反射系数第62-64页
    4.2 精确地面反射模型第64-68页
        4.2.1 理想的平坦阵地情况下的信号模型第64-65页
        4.2.2 实际阵地情况下的信号模型第65-67页
        4.2.3 地形匹配第67-68页
    4.3 基于合成导向矢量的超分辨算法第68-69页
    4.4 计算机仿真与实测数据处理第69-74页
        4.4.1 计算机仿真第69-71页
        4.4.2 实测数据处理第71-74页
    4.5 复杂地形下的低仰角测高技术研究第74-84页
        4.5.1 地面有效反射区第74-77页
        4.5.2 存在漫反射的信号模型第77-79页
        4.5.3 多维交替投影算法第79-80页
        4.5.4 计算机仿真第80-81页
        4.5.5 实测数据处理第81-84页
    4.6 本章小结第84-85页
第五章 压缩感知在低仰角测高中的应用研究第85-97页
    5.0 引言第85-86页
    5.1 压缩感知简介第86-90页
        5.1.1 压缩感知数学模型第86-87页
        5.1.2 信号的稀疏表示第87-88页
        5.1.3 观测矩阵的设计第88-89页
        5.1.4 信号重构算法第89-90页
    5.2 基于压缩感知的 DOA 估计模型第90-91页
    5.3 压缩感知在 DOA 估计中的应用第91-93页
        5.3.1 协方差矩阵 CS 算法第91-92页
        5.3.2 阵列内插 CS 算法第92-93页
        5.3.3 波束空间 CS 算法第93页
    5.4 计算机仿真与实测数据处理第93-96页
        5.4.1 计算机仿真第93-95页
        5.4.2 实测数据处理第95-96页
    5.5 本章小结第96-97页
第六章 基于干涉式 APES 算法的低仰角测高方法第97-119页
    6.1 引言第97-98页
    6.2 干涉式 APES 算法第98-104页
        6.2.1 干涉阵和信号模型第98-99页
        6.2.2 干涉式 APES 算法描述第99-101页
        6.2.3 模型阶数选择第101-102页
        6.2.4 解模糊算法第102-103页
        6.2.5 算法计算量分析第103页
        6.2.6 算法流程第103-104页
    6.3 计算机仿真与实测数据处理第104-108页
        6.3.1 计算机仿真第104-106页
        6.3.2 实测数据处理第106-108页
    6.4 干涉式 APES 算法的二维推广第108-118页
        6.4.1 二维干涉阵和信号模型第108-109页
        6.4.2 二维干涉式 APES 算法第109-111页
        6.4.3 Bayesian 信息准则第111-112页
        6.4.4 解模糊算法第112-113页
        6.4.5 算法计算量分析第113页
        6.4.6 算法流程第113-114页
        6.4.7 克拉美-罗界第114页
        6.4.8 计算机仿真第114-118页
    6.5 本章小结第118-119页
第七章 总结与展望第119-123页
    7.1 本文内容总结第119-120页
    7.2 工作展望第120-123页
致谢第123-125页
参考文献第125-141页
攻读博士学位期间的研究成果第141-143页
论文购买
论文编号ABS2500125,这篇论文共143页
会员购买按0.30元/页下载,共需支付42.9
不是会员,注册会员
会员更优惠充值送钱
直接购买按0.5元/页下载,共需要支付71.5
只需这篇论文,无需注册!
直接网上支付,方便快捷!
相关论文

点击收藏 | 在线购卡 | 站内搜索 | 网站地图
版权所有 艾博士论文 Copyright(C) All Rights Reserved
版权申明:本文摘要目录由会员***投稿,艾博士论文编辑,如作者需要删除论文目录请通过QQ告知我们,承诺24小时内删除。
联系方式: QQ:277865656