本文選題：頻控陣?yán)走_(dá)　切入點(diǎn)：點(diǎn)波束　出處：《電子科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：新體制頻控陣?yán)走_(dá)與傳統(tǒng)的相控陣?yán)走_(dá)主要的差別是前者的各陣元采用不同的發(fā)射信號(hào)載頻。這種不同載頻之間的頻率偏差一般隨陣元位置線性遞增。頻控陣的頻率偏移導(dǎo)致其空間傳播波束不但與方向角相關(guān),也與距離相關(guān)。因此,除了具有相控陣方面的應(yīng)用,頻控陣在抑制干擾、目標(biāo)識(shí)別和射頻隱身等方面也具有較大的應(yīng)用潛力。本文針對(duì)頻控陣波束方向圖的距離依賴特性,系統(tǒng)研究了頻控陣?yán)走_(dá)陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)及其目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方法,并探索研究了基于頻控陣的雷達(dá)射頻隱身方法,主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：(1)提出了兩種分別基于多載波發(fā)射和非線性頻率偏移的頻控陣?yán)走_(dá)發(fā)射陣列方向圖去耦合方法：第一種方法是每個(gè)陣元采用多載頻發(fā)射方式,該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以分別對(duì)頻控陣方向圖的距離維和角度維進(jìn)行控制,其缺點(diǎn)是硬件實(shí)現(xiàn)比較困難；第二種方法是采用非線性遞增的頻率偏移,以期實(shí)現(xiàn)不連續(xù)空間波束。同時(shí),針對(duì)頻控陣波束方向圖的時(shí)變特性,本文基于第一種頻控陣陣列結(jié)構(gòu)提出了一個(gè)基于時(shí)變加權(quán)的時(shí)不變發(fā)射波束方向圖優(yōu)化算法。針對(duì)第二種頻控陣陣列結(jié)構(gòu),本文分別從陣列方向圖和目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方面做了詳細(xì)的性能比較和分析。(2)研究了頻控陣頻率偏移誤差對(duì)陣列方向圖的影響：針對(duì)頻控陣頻率偏移可能存在誤差的問(wèn)題,本文分析了頻率偏移誤差對(duì)頻控陣波束方向圖的影響,給出了確定性頻率偏移誤差導(dǎo)致的波束方向圖偏移關(guān)系式,并推導(dǎo)了隨機(jī)頻率偏移誤差下的波束方向圖誤差界。進(jìn)而,分別假設(shè)隨機(jī)頻率偏移誤差服從高斯分布和均勻分布,推導(dǎo)了波束方向圖在期望位置的均值,方差和概率密度分布函數(shù),并進(jìn)行了仿真分析。(3)研究了基于頻控陣和多輸入多輸出混合結(jié)構(gòu)的新體制陣列雷達(dá)及其目標(biāo)距離-方位角聯(lián)合估計(jì)的方法：主要研究了頻控陣MIMO雷達(dá)在抑制距離依賴性干擾方面的應(yīng)用。仿真結(jié)果顯示頻控陣MIMO雷達(dá)在抑制距離相關(guān)性干擾方面具有明顯優(yōu)勢(shì),其信干噪比性能優(yōu)于傳統(tǒng)的MIMO雷達(dá)技術(shù)。本文還利用頻控陣MIMO雷達(dá)波束的距離和角度相關(guān)性,研究了基于頻控陣MIMO雷達(dá)的目標(biāo)距離和方位角聯(lián)合估計(jì)方法,并推導(dǎo)了其理論克拉美羅界、理論最小均方誤差、理論分辨力和理論分辨率界等性能。由于這種二維空間上算法的復(fù)雜度比較高,本文還提出了一種具有低復(fù)雜度的目標(biāo)參數(shù)估計(jì)算法。(4)提出了一種基于CRLB最小化的頻控陣發(fā)射陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。為了提高頻控陣估計(jì)目標(biāo)參數(shù)的性能,本文提出了一種基于CRLB最小化的頻控陣MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法將頻控陣分為多個(gè)子陣列,從而將MIMO雷達(dá)的靈活度和頻控陣的定向性有效結(jié)合。同時(shí),建立了基于CRLB最小化的約束優(yōu)化問(wèn)題,進(jìn)而再轉(zhuǎn)化成凸優(yōu)化問(wèn)題來(lái)求解。仿真結(jié)果表明,這種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法能夠有效提高頻控陣MIMO雷達(dá)對(duì)目標(biāo)參數(shù)的估計(jì)性能。(5)提出了一種基于頻控陣的低截獲認(rèn)知雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)方法。借鑒認(rèn)知雷達(dá)的思想,該方法的處理步驟為：第一步,頻控陣MIMO雷達(dá)接收機(jī)對(duì)目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行初步估計(jì)；第二步根據(jù)目標(biāo)處能量最小化和接收機(jī)能量最大化進(jìn)行加權(quán)向量?jī)?yōu)化,其中第二步綜合應(yīng)用了凸優(yōu)化和二分法技術(shù),并利用秩約束算法求得其加權(quán)向量。仿真結(jié)果顯示,與隨機(jī)近似算法相比這種算法在檢測(cè)性能上有大幅度提高,即該方法可以有效降低雷達(dá)被截獲的概率。
[Abstract]:The new system of phased array radar frequency and traditional phased array radar, the main difference is that the former of the array element using the emission signal carrier frequency. The frequency deviation between the different frequency with the array position. A linear increasing frequency offset frequency phased array due to the propagation of beam direction angle and not only related with the distance. Therefore, in addition to the application of phased array, phased array in frequency interference suppression, target recognition and RF stealth etc also has great application potential. In this paper the frequency phased array beampatterns distance dependent frequency phased array radar array optimization design and parameter estimation method was studied, and the research methods frequency phased array radar based on RF stealth, the main research work and innovation include: (1) put forward two kinds based on multi carrier frequency offset and nonlinear frequency phased array radar To transmit array coupling method. The first method is each array element using multicarrier transmission, the advantage of this method is to control the distance and angle dimension of frequency control arrays, the disadvantages of hardware implementation is difficult; the second method is by increasing the frequency offset, discontinuity in order to beam space. At the same time, according to the frequency phased array beampattern time-varying characteristics, this paper first frequency control array structure is proposed based on invariant transmit beampattern optimization algorithm based on a time-varying weighting. According to the second kinds of frequency control array structure, this paper from the array pattern and target parameters the estimation of the comparison and analysis with the performance. (2) to study the effects of frequency offset in frequency phased array antenna array: frequency phased array for frequency offset may exist error, the This paper analyzes the effect of frequency offset in frequency phased array beam pattern, beam direction leads to deterministic frequency offset error map migration relation is given, and the direction of the beam under the random frequency offset error figure error bound is derived. Then, respectively, under the assumption that the random frequency offset error obeys Gauss distribution and uniform distribution, deduced beam the direction map in the desired position of the mean, variance and probability distribution function, and a simulation analysis was carried out. (3) studied the method of frequency phased array and multi input multi output system of new hybrid structure and array radar target range azimuth estimation based on frequency: the main study of phased array MIMO radar in the application of inhibition the distance dependent interference. Simulation results show that the frequency phased array MIMO radar has obvious advantages in the inhibition of distance correlation interference, the SINR of MIMO radar is superior to the traditional We also use the technology. Frequency phased array MIMO radar beam distance and angle correlation of frequency phased array MIMO radar target distance and azimuth estimation method based on the theory, and the Cramer Rao bound is derived, the theory of minimum mean square error, the theoretical resolution resolution of world power and the theory of performance. Because of this two-dimensional the space complexity of the algorithm is relatively high, this paper also presents a complex target with low parameter estimation algorithm. (4) proposed a phased array emitter array optimization design method of CRLB based on the minimum frequency. In order to improve the performance of frequency phased array target parameter estimation, this paper proposes a CRLB minimization frequency control based on optimization design method of array MIMO radar array emission. The method of frequency phased array is divided into multiple sub arrays, which effectively combines directional MIMO radar flexibility and frequency phased array. At the same time, based on CRLB The minimization of constrained optimization problems, and then transformed into a convex optimization problem. The simulation results show that this optimization method can effectively improve the estimation performance of MIMO radar array parameters of target frequency control. (5) proposed a target detection method for low interception frequency phased array based on Lei Damu cognitive reference. The idea of cognitive radar and the processing steps of the method are: first, frequency phased array MIMO radar receiver for preliminary estimation of target parameters; second step weighted vector optimization according to target energy minimization and receiver maximum energy for the second step, the comprehensive application of the convex optimization technique and dichotomy, and obtain its weighting vector by using rank constraint algorithm simulation. The results showed that compared with the algorithm of stochastic approximation algorithm in the detection performance is greatly improved, the method can effectively reduce the radar intercept probability.

【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN958

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本文編號(hào)：1704181