發(fā)布時(shí)間：2017-05-09 14:03

  本文關(guān)鍵詞：新體制天波超視距雷達(dá)信號(hào)處理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：傳統(tǒng)天波超視距雷達(dá)(OTHR)一般基于相控陣雙基地體制,發(fā)射和接收陣列均采用線陣,雷達(dá)理論已基本成熟,工作性能和信號(hào)處理方法受到傳統(tǒng)體制的制約。本文研究新體制天波超視距雷達(dá),引入兩個(gè)關(guān)鍵要素:多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)和二維發(fā)射/接收陣列。MIMO技術(shù)可以增加雷達(dá)信號(hào)個(gè)數(shù),多頻信號(hào)工作可利用電離層傳播特性實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行多徑探測(cè),提高檢測(cè)和估計(jì)性能。發(fā)射信號(hào)之間相互正交,超視距雷達(dá)可擴(kuò)展為分布式多站體制。雷達(dá)陣列采用二維布陣,具有俯仰角分辨力,因此信號(hào)處理端可進(jìn)行二維波束形成,分辨和運(yùn)用多徑信號(hào)及其內(nèi)在關(guān)系。此外,新體制超視距雷達(dá)可采用環(huán)境認(rèn)知的工作方式,設(shè)計(jì)隨環(huán)境變化的發(fā)射信號(hào)或?yàn)V波器,使雷達(dá)能在復(fù)雜干擾情況下穩(wěn)健工作。本文針對(duì)新體制天波超視距雷達(dá)的信號(hào)處理進(jìn)行了研究,主要工作和貢獻(xiàn)如下:(1)二維陣列超視距雷達(dá)實(shí)時(shí)頻點(diǎn)選擇方法二維陣列可進(jìn)行俯仰維波束形成,借助射線追蹤技術(shù),對(duì)OTHR選頻工作有重要意義。傳統(tǒng)OTHR在獲取返回散射電離圖后,無法分辨多徑或多模信號(hào),因而不能針對(duì)任務(wù)區(qū)域地面距離選取最優(yōu)頻點(diǎn)。OTHR在具備二維陣列后,可對(duì)電離圖進(jìn)行方位和俯仰角二維波束形成,借助電離層模型和射線追蹤技術(shù),為雷達(dá)選取針對(duì)任務(wù)區(qū)域地面距離具有最大信噪比的頻點(diǎn)。(2)干擾和噪聲環(huán)境下的波形設(shè)計(jì)超視距雷達(dá)所在高頻環(huán)境復(fù)雜且時(shí)變,傳統(tǒng)方法采用固定波形(如線性調(diào)頻信號(hào)),依靠選取頻點(diǎn)來避開干擾,在密集干擾頻段可能遇到困難。本文提出基于環(huán)境感知的波形設(shè)計(jì)及工作方案,使OTHR能夠在干擾和噪聲下進(jìn)行工作,無需改變信號(hào)處理架構(gòu)�？紤]到雷達(dá)波形的主旁瓣性能,波形設(shè)計(jì)引入相似度約束條件。本文推導(dǎo)了約束下最優(yōu)化輸出信干噪比的波形解析解。(3)濾波器設(shè)計(jì)抑制干擾和噪聲考慮到波形設(shè)計(jì)和更新對(duì)OTHR發(fā)射硬件要求高,本文還研究了抑制干擾和噪聲的濾波器設(shè)計(jì),推導(dǎo)了在相似度約束下最優(yōu)化輸出信干噪比的濾波器解析解。比較其他波形和濾波器方案,濾波器設(shè)計(jì)能有效抑制干擾噪聲,輸出主旁瓣穩(wěn)健。并且,OTHR濾波器設(shè)計(jì)無需訓(xùn)練數(shù)據(jù),可直接采用正常接收數(shù)據(jù),實(shí)用性強(qiáng)。(4)新體制超視距雷達(dá)測(cè)高理論研究傳統(tǒng)超視距雷達(dá)對(duì)空中目標(biāo)的高度測(cè)量一直是個(gè)難題。新體制OTHR從二維陣列和多徑的角度考慮該問題。借鑒分布式MIMO普通雷達(dá)(非超視距雷達(dá))通過多徑對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位和速度矢量估計(jì),新體制OTHR多徑回波可由不同工作頻點(diǎn)或電離層分層產(chǎn)生,且二維陣列可分辨路徑俯仰角。本文從理論上推導(dǎo)了OTHR對(duì)目標(biāo)高度估計(jì)可行的充分條件,并給出了估計(jì)方差下限即克拉美-羅界(CRB)。(5)MIMO-OTHR聯(lián)合估計(jì)目標(biāo)狀態(tài)和污染頻移超視距雷達(dá)對(duì)海面目標(biāo)的估計(jì)受到電離層相位污染的影響。本文建立了OTHR在采用MIMO技術(shù)和二維陣列情況下,受到海雜波和相位污染影響的接收信號(hào)模型,其中相位污染建模為未知確定頻移。推導(dǎo)了聯(lián)合估計(jì)目標(biāo)距離和速度及污染頻移的最大似然估計(jì)方法和克拉美-羅界。(6)MIMO-OTHR多站多徑信號(hào)聯(lián)合處理和目標(biāo)檢測(cè)利用正交信號(hào),超視距雷達(dá)可采用分布式布站體制和多站信號(hào)聯(lián)合處理。本文考慮到分布式小口徑陣列MIMO-OTHR的特點(diǎn),優(yōu)化多站信號(hào)處理架構(gòu),在提高信號(hào)處理效率的同時(shí)保持基本性能。結(jié)合信號(hào)處理結(jié)果在時(shí)空頻域上的特點(diǎn),給出了相適應(yīng)的多站聯(lián)合目標(biāo)檢測(cè)和定位方法。
【關(guān)鍵詞】：超視距雷達(dá)(OTHR) 多輸入多輸出(MIMO)技術(shù) 二維陣列 波形/濾波器設(shè)計(jì) 干擾抑制 聯(lián)合估計(jì)
【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】：2015
【分類號(hào)】：TN957.51
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 主要符號(hào)說明12-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 研究背景及意義13-15
• 1.2 研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本文的主要內(nèi)容及安排17-19
• 第二章 二維陣列OTHR頻率管理與選頻方法19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 頻率管理設(shè)備簡(jiǎn)介19-20
• 2.3 電離層模型與射線追蹤20-21
• 2.4 二維陣列OTHR選頻方法21-25
• 2.5 仿真結(jié)果25-28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第三章 OTHR干擾及噪聲下的波形設(shè)計(jì)29-46
• 3.1 引言29
• 3.2 波形設(shè)計(jì)方案討論29-31
• 3.3 相似度約束下的波形設(shè)計(jì)31-37
• 3.3.1 常規(guī)信號(hào)處理信雜噪比31-34
• 3.3.2 約束下的波形設(shè)計(jì)算法34-37
• 3.4 OTHR波形設(shè)計(jì)方案37-40
• 3.4.1 環(huán)境中干擾噪聲監(jiān)測(cè)38-39
• 3.4.2 干擾噪聲特性的估計(jì)39
• 3.4.3 相似度約束下波形設(shè)計(jì)39-40
• 3.4.4 雷達(dá)工作與信號(hào)處理40
• 3.5 仿真結(jié)果與分析40-45
• 3.5.1 環(huán)境仿真40-41
• 3.5.2 干擾特性估計(jì)41-42
• 3.5.3 波形設(shè)計(jì)42-43
• 3.5.4 信號(hào)處理結(jié)果43-44
• 3.5.5 參數(shù)影響分析44-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第四章 OTHR濾波器設(shè)計(jì)抑制干擾和噪聲46-70
• 4.1 引言46
• 4.2 相似度約束下濾波器設(shè)計(jì)46-55
• 4.2.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則46-48
• 4.2.2 濾波器設(shè)計(jì)算法48-51
• 4.2.3 仿真結(jié)果51-55
• 4.3 波形/濾波器設(shè)計(jì)方案比較55-63
• 4.3.1 五種方案描述55-57
• 4.3.2 輸出信噪比比較57-58
• 4.3.3 輸出序列主旁瓣控制58-59
• 4.3.4 方案實(shí)現(xiàn)軟硬件要求59
• 4.3.5 仿真結(jié)果59-63
• 4.4 濾波器設(shè)計(jì)抑制射頻干擾63-69
• 4.4.1 背景63-64
• 4.4.2 濾波器設(shè)計(jì)方案64-66
• 4.4.3 試驗(yàn)結(jié)果66-69
• 4.5 本章小結(jié)69-70
• 第五章 新體制天波OTHR測(cè)高理論研究70-90
• 5.1 引言70-71
• 5.2 多徑信號(hào)模型71-73
• 5.3 聯(lián)合估計(jì)與信息矩陣73-76
• 5.4 估計(jì)性能討論76-81
• 5.4.1 多徑或多陣元時(shí)可估計(jì)76-78
• 5.4.2 單徑及單陣元時(shí)不可估78
• 5.4.3 估計(jì)精度討論78-81
• 5.5 擴(kuò)展到速度矢量估計(jì)81-83
• 5.5.1 聯(lián)合估計(jì)與信息矩陣81-82
• 5.5.2 估計(jì)性能討論82-83
• 5.6 仿真83-88
• 5.6.1 位置高度最大似然估計(jì)83-85
• 5.6.2 位置高度克拉美-羅界分析85-88
• 5.6.3 聯(lián)合速度估計(jì)性能88
• 5.7 本章小結(jié)88-90
• 第六章 MIMO-OTHR目標(biāo)狀態(tài)和污染頻移估計(jì)90-102
• 6.1 引言90
• 6.2 信號(hào)模型90-93
• 6.3 目標(biāo)狀態(tài)和污染頻移聯(lián)合估計(jì)93-95
• 6.4 聯(lián)合估計(jì)克拉美-羅界95-98
• 6.5 仿真結(jié)果98-101
• 6.5.1 最大似然估計(jì)性能98-100
• 6.5.2 雷達(dá)參數(shù)影響100-101
• 6.6 本章小結(jié)101-102
• 第七章 OTHR多站多徑信號(hào)聯(lián)合處理和目標(biāo)檢測(cè)102-125
• 7.1 引言102
• 7.2 多站多徑模型102-104
• 7.3 檢測(cè)器分析104-110
• 7.3.1 分布式檢測(cè)器105-108
• 7.3.2 集中式檢測(cè)器108-110
• 7.3.3 檢測(cè)器比較110
• 7.4 聯(lián)合處理架構(gòu)優(yōu)化110-115
• 7.5 多站聯(lián)合目標(biāo)檢測(cè)115-120
• 7.5.1 時(shí)空頻域表現(xiàn)115-118
• 7.5.2 檢測(cè)處理方法118-119
• 7.5.3 目標(biāo)辨識(shí)定位119-120
• 7.6 仿真120-124
• 7.7 本章小結(jié)124-125
• 第八章 全文總結(jié)與展望125-127
• 致謝127-128
• 參考文獻(xiàn)128-136
• 攻讀博士期間取得的研究成果136-138

  本文關(guān)鍵詞：新體制天波超視距雷達(dá)信號(hào)處理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：352610