【摘要】：雷達信號方位估計一直是近年來的研究熱點問題,隨著各類方法的深入研究,該項技術(shù)已經(jīng)逐步趨于成熟。目前,由于高頻雷達的工作頻段非常有限,迅速增長的頻率需求使得本來就相對緊張的工作頻段變得更加擁擠不堪,在這種情況下各類頻率信號的占用將電磁頻譜環(huán)境變得更為復(fù)雜且對雷達接收機的干擾也日漸嚴重。對于雷達接收機正常工作影響較大的就是工作在這一頻段的短波電臺,由于短波電臺的存在會在某一方位上對接收機形成強度較大且穩(wěn)定的干擾信號,如果能夠?qū)⒏蓴_電臺的方位進行估計,得出干擾方位,從而使得雷達信號在該方位工作時的工作頻段選取時避開該方位存在的干擾頻段。這樣在干擾存在的區(qū)域,使用其他頻段資源雷達依然正常工作。同時,在其他區(qū)域該頻段可以正常使用,從而可以指導(dǎo)雷達工作時的頻率選取。大大優(yōu)化頻率資源的有效利用。本文采用空間譜估計技術(shù)實現(xiàn)對干擾電臺的方位實現(xiàn)估計。同時,對于信號中存在的強干擾信號和快拍數(shù)較少等復(fù)雜情況進行了考慮,并采用壓縮感知技術(shù)實現(xiàn)單快拍的方位估計和線性調(diào)頻信號的強干擾的剔除和信號恢復(fù),最終完成強干擾背景下的信號方位估計。首先,對信號的方位估計進行了建模分析,對經(jīng)典空間譜估計算法多重信號分類(multiple signal classification MUSIC)算法~([2])、基于旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)的信號參數(shù)估計(estimating signal parameter via rotational invariance techniques ESPRIT)算法~([2])、數(shù)字波數(shù)形成算法~([2])進行進行理論分析研究。同時,分析了MUSIC算法在進行信號方位估計時的優(yōu)勢和局限性,為能準(zhǔn)確的實現(xiàn)實測信號的方位估計做好理論研究。然后,針對可能存在的信號快拍數(shù)不足的情況,采用壓縮感知(Compressed sensing,CS)技術(shù)進行建模和理論分析,得出單快拍下的信號方位估計模型,并采用梯度下降系數(shù)恢復(fù)算法對信號的方位實現(xiàn)估計,并仿真分析該算法的優(yōu)勢和存在弊端。并對相干信號和非相干信號在不同算法下的精確度和分辨率進行了分析比較,通過多次蒙特卡洛仿真分析,各算法的估計精度的分辨率進行了總結(jié)。為了解決傳統(tǒng)經(jīng)典算法對于相干信號存在估計不準(zhǔn)的現(xiàn)象,本文研究了平滑MUSIC算法,壓縮感知算法,來實現(xiàn)對相干信號的方位估計。接下來對實測信號中存在的強干擾信號進行分析考慮,針對特定的線性調(diào)頻信號,由于LFM信號是具有稀疏性的在其最佳分數(shù)階傅里葉變換(Fractional Fourier Transformation,FrFT)域~([34]),通過確定其最佳變換階次,利用壓縮感知理論即可通過部分信號恢復(fù)出原始信號,并且可以通過設(shè)置合理的測量矩陣對強干擾進行剔除并在只觀測部分數(shù)據(jù)的情況下實現(xiàn)信號的重構(gòu)。并仿真分析比較了重構(gòu)前后信號的波達方向估計估計(direction of arrive DOA)性能。最后對實測數(shù)據(jù)進行全頻段的數(shù)據(jù)采用MUSIC算法,CS算法~([24])和平滑MUSIC算法~([27])進行處理分析。最后處理得到在不同頻點的干擾信號方位,從而實現(xiàn)對雷達信號實現(xiàn)全頻段的干擾信號實現(xiàn)方位估計,從而指導(dǎo)選頻。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN957.51
【圖文】：

圖 2-1 遠場窄帶信號模型由于遠場窄帶信號在陣列處的等相位面為一個平面，這就會導(dǎo)致信號到達第陣元與到達第二個陣元之間存在dsin 的波程差，從而產(chǎn)生時延 dsin /c，第二個陣元處的信號可以表示為式 2-1：()=()e=s(t)e-j2π-j2dsinλ2 0fxtst(2-1，0f ——信號的頻率， ——信號波長，d ——陣元間距， ——信號到達角，以此類推，第 n 個陣元處的信號可以表示為 j2(1)sin()()ndnxtste(2-2對 2-2 得到的信號x s a進行加權(quán)處理，對每個陣元處的接收信號加以權(quán) j2(1)sinnde，其中 [ / 2， /2]，最終得到

圖 2-5 平滑 MUSIC 原理示意圖-5 所示，定義第 l 個子陣的輸出數(shù)據(jù)為： 11,,..., lllNflX xxx N×N 的矩陣表示常規(guī)的空間平滑矩陣：NHNiHsiNiiNRADRDAI(1)12 ( ) i=1,2,...,L KdjdjdjDdiageee sin2sin2sin2,,...,12N ——參考子陣的陣列流形s ——信號的協(xié)方差矩陣N ——N×N 單位矩陣要更簡單方便的得到后向平滑協(xié)方差矩陣，構(gòu)造了一個NiiNNiiNRJRJ* ()JN為 N×N 交換矩陣，即

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文平滑協(xié)方差矩陣，其表達式如下：iiNLifbRLR21~1 ，將上述協(xié)方差矩陣帶入到 MUSIC 算法中，即可得到平滑 MF 算法原理束形成算法在 DOA 估計原理的基礎(chǔ)上，利用給入加權(quán)值得陣列從而實現(xiàn)在空域方向的濾波。假設(shè)加權(quán)矢量為： TNW w,w,...,w12 n 為第 n 個陣元的加權(quán)系數(shù)。陣列輸出表達式為：y(t )Wx(t)H 陣元接收信號的加權(quán)和。數(shù)字波束形成框圖如下：

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本文編號：2751206