自適應(yīng)波束形成技術(shù)作為陣列信號處理領(lǐng)域中一個重要的研究方向,廣泛應(yīng)用于雷達、聲吶、無線通信、語音信號處理、醫(yī)療成像等領(lǐng)域。相比于數(shù)據(jù)獨立的波束形成方法,自適應(yīng)波束形成技術(shù)具有良好的空間分辨能力以及干擾抑制能力等。實際陣列系統(tǒng)中面臨著各種非理想因素,對陣列信號處理波束形成技術(shù)造成不可忽視的影響,如信號傳播的畸變、陣列的形變、陣元的幅度和相位起伏、回波數(shù)據(jù)統(tǒng)計分布的變化等等。因此,實際的陣列波束形成必須要解決不同應(yīng)用環(huán)境下的適用性和穩(wěn)健性問題�，F(xiàn)有的一些穩(wěn)健波束形成方法雖然一定程度上緩解了傳統(tǒng)自適應(yīng)波束形成方法在非理想條件下性能惡化問題,但是也都有各自的局限性。本文針對現(xiàn)有波束形成方法所面臨的期望目標信號方向矢量嚴重失配、約束參數(shù)選擇困難、回波數(shù)據(jù)統(tǒng)計分布變化、約束矢量失配等問題,開展非理想條件下的穩(wěn)健波束形成方法研究,并將穩(wěn)健方法應(yīng)用于空時自適應(yīng)處理。本文的主要貢獻和創(chuàng)新點概括如下:1、針對傳統(tǒng)單不確定集約束的穩(wěn)健波束形成方法存在的不確定集尺寸參數(shù)選擇難且在方向矢量誤差較大時性能損失嚴重的問題,提出了基于多不確定集約束的穩(wěn)健波束形成方法。與傳統(tǒng)的穩(wěn)健方法不同,該方法利用多個小不確定集合去覆蓋整個大的不確定區(qū)域。由于原始問題是一個非線性非凸約束的二次優(yōu)化問題,提出了兩種迭代方法進行求解。第一種方法將原問題重排變換至高維空間,然后利用半正定松弛技術(shù)來重構(gòu)問題,最終通過循環(huán)迭代求得波束形成器的自適應(yīng)權(quán)矢量。第二種方法引入多個輔助變量,然后利用半正定松弛技術(shù)將問題中的非線性項通過一階泰勒展開近似為線性項。在期望目標信號方向矢量誤差很大時,所提方法提供了很好的穩(wěn)健性以及很高的輸出信干噪比。2、針對非高斯信號環(huán)境二階統(tǒng)計量描述在波束形成中造成的干擾抑制剩余和輸出性能損失問題,提出了基于最小離差無失真響應(yīng)的穩(wěn)健波束形成方法,并結(jié)合期望目標信號的方向矢量嚴重失配情況,通過最小化陣列輸出離差的同時施加多個不確定集約束來解決此問題。由于多不確定集約束,原始問題是一個非凸的?_p范數(shù)最小化問題,提出了一種迭代的投影梯度算法將原問題轉(zhuǎn)變?yōu)榉峭苟渭s束二次規(guī)劃問題。在每一步迭代中,首先引入一個輔助變量,將問題重排轉(zhuǎn)化至高維空間,然后利用半正定松弛技術(shù)重構(gòu)此問題進行求解。得到的權(quán)值在每一步迭代中沿著梯度方向進行更新,并投影到問題的可行域。在非高斯信號環(huán)境下,當存在大的方向矢量誤差時,相比于其它所有基于最小方差準則以及基于最小離差準則設(shè)計的方法,所提波束形成方法可顯著提高系統(tǒng)的輸出信干噪比。3、針對機載雷達探測超低空目標時,由于超低空目標與環(huán)境之間的耦合多徑效應(yīng),產(chǎn)生的“鏡像”虛假目標嚴重惡化協(xié)方差矩陣估計和運動目標檢測性能問題,將穩(wěn)健的波束形成方法應(yīng)用于空時自適應(yīng)處理(STAP),提出了基于時域優(yōu)化的多點聯(lián)合幅相約束的穩(wěn)健空時自適應(yīng)處理方法。首先給出了超低空目標環(huán)境下的信號模型,分析了超低空目標及其“鏡像”目標引入的多普勒擴展特性。通過在待檢測目標位置臨近的空間和時間二維域內(nèi)多點采用幅度和相位的聯(lián)合約束,并基于保形約束設(shè)計了主瓣響應(yīng)矢量,推導(dǎo)了空間和時間二維響應(yīng)矢量的解析解,實現(xiàn)了STAP二維響應(yīng)的主瓣保形,克服目標多徑效應(yīng)造成的檢測性能損失。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN911.7
【部分圖文】：

第一章 緒論AN/FPS-118 是第一部實戰(zhàn)型超視距雷達，于 1987 年交付美國空軍并部署于緬因州。AN/FPS-118 雷達工作頻率為 5~28MHz，發(fā)射天線長度為 1 公里，接收天線長度為 1.5公里，可覆蓋 500 到 1800 海里的 180°扇形區(qū)域，探測高度為 60~350 公里，能夠在遠距離處發(fā)現(xiàn)低空目標。圖 1.1（a）給出了 AN/FPS-118 雷達的天線陣，圖 1.1（b）給出了其探測覆蓋范圍的示意圖。隨后雷聲公司研制的機動式超視距雷達 AN/TPS-71成本更低、精度更高，能運至全球任何地方。荷蘭電信設(shè)備公司 Signaal 所研制的遠程監(jiān)視雷達 SMART-L（Signaal Multibeam Acquisition Radar for Tracking, L band）工作在 L 波段（見圖 1.2），擁有一塊 8 米長的框架，包含 24 個天線陣元（16 個陣元用于發(fā)射，24 個陣元用于接收），可在 400 公里內(nèi)跟蹤 1000 多個空中目標。日本三菱電子公司研制的 OPS-24 三維對空搜索雷達工作于 D 波段，能實現(xiàn)俯仰方向上的電子掃描，可在 210 公里內(nèi)同時跟蹤 150 個目標。瑞典愛立信微波系統(tǒng)公司（現(xiàn)已并入薩博集團公司 Saab）研發(fā)的“長頸鹿”捷變多波束雷達系統(tǒng)是一種多用途防空搜索雷達，工作于 C 波段，可快速部署，已應(yīng)用于多個防空導(dǎo)彈系統(tǒng)。

瑞典SMART-L雷達

美國AN/SPY-1雷達
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本文編號：2860119