雷达低仰角目标跟踪的测角误差实时估计算法研究

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雷达系统是识别敌方飞行器和巡航导弹的重要手段,对保卫国土安全发挥着至关重要的作用,受到世界各国的普遍重视。近年来,随着数字信号处理技术的发展,雷达系统在性能方面取得了长足提升。但是,在对低仰角目标进行跟踪时,雷达接收信号会混杂有多径干扰波,造成雷达系统性能的退化。为实现低仰角目标的稳定跟踪,就需要对多径干扰进行有效的抑制。偏轴跟踪技术具有算法原理简单、稳定性好等优点,成为了目前最为常用的抗多径技术之一。偏轴跟踪技术的实质是将天线轴线偏转一个角度,用以抵消多径干扰的影响,这个偏转的角度就是测角误差。如何获取准确且稳定的测角误差值成为了制约偏轴跟踪技术进一步发展的重要因素,也成为了雷达界面临的一个难题。本文从雷达多径效应几何模型入手,分析了多径效应对低仰角目标跟踪的影响和左右多径效应的因素。在此基础上,对测角误差估计问题进行了研究,基于多信元递推最小二乘思想,提出了一种低仰角目标跟踪测角误差实时估计算法。理论仿真实验结果表明,本文算法可以获得稳定、平滑的测角误差估计结果,实现对低仰角目标的稳定跟踪,证明了本文算法的有效性。本文的主要工作概括如下:1.从雷达多径效应几何模型入手,分析了不同物理量之间的关系。按照干扰波特性的不同,将干扰波分为镜面反射波和漫反射波,并分别对镜面反射波和漫反射波的性质进行了分析。在此基础上,结合雷达工作原理,定性讨论了多径干扰波对雷达性能的影响,分析了抑制多径干扰的必要性。2.讨论分析了单信元和多信元递推最小二乘算法的原理和实现过程。在此基础上,比较了单信元方法和多信元方法在性能方面的差异。研究结果表明,多信元递推最小二乘算法在性能上要优于单信元递推最小二乘算法。综合考虑雷达系统的实际情况,将多信元递推最小二乘算法引入到雷达测角误差估计领域当中。3.针对低仰角目标跟踪中存在的多径问题,提出了一种雷达测角误差实时估计算法。算法以最小二乘算法为基础,假设前续时刻估计值对当前时刻估计值是存在影响的,在综合考虑前续估计值后得到当前时刻的测角误差估计值。算法中利用遗忘因子来控制前续时刻对当前时刻估计值影响的强弱。利用本文提出的实时估计算法进行了仿真分析,实验结果表明本文提出的算法可以得到相对稳定的测角误差估计结果,有效地改善了偏轴跟踪算法的性能,实现了对低仰角目标的稳定跟踪。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
第1章 绪论第10-15页
    1.1 选题背景及意义第10-11页
    1.2 经典多径干扰抑制算法及存在问题第11-13页
    1.3 本文主要工作及结构安排第13-15页
第2章 雷达多径效应及其影响第15-26页
    2.1 多径效应几何模型第15-17页
    2.2 海面反射系数第17-23页
        2.2.1 镜面反射系数第18-21页
        2.2.2 漫反射系数第21-23页
    2.3 多径效应对低仰角跟踪的影响第23-24页
    2.4 本章小结第24-26页
第3章 实时递推最小二乘估计算法第26-37页
    3.1 单信元递推最小二乘算法第26-28页
    3.2 多信元递推最小二乘算法第28-30页
    3.3 算法性能比较及参数分析第30-36页
        3.3.1 遗忘因子 ? 的作用第30-34页
        3.3.2 算法性能比较第34-36页
    3.4 本章小结第36-37页
第4章 多径效应下低仰角目标测角误差实时估计算法第37-52页
    4.1 多径模型及仿真场景建立第37-43页
        4.1.1 实验仿真场景设定第37-38页
        4.1.2 镜面反射分量影响第38-41页
        4.1.3 漫反射分量影响第41-43页
    4.2 测角误差实时估计算法仿真及结果分析第43-51页
        4.2.1 测角误差实时估计算法的实现第43-44页
        4.2.2 遗忘因子 ? 的确定第44-48页
        4.2.3 天线波束宽度对估计结果的影响第48-51页
    4.3 本章小结第51-52页
第5章 总结与展望第52-54页
    5.1 工作总结第52页
    5.2 工作展望第52-54页
参考文献第54-59页
作者简介及其在学期间所取得的科研成果第59-60页
致谢第60页
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