頻率分集陣列雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法研究
本文關(guān)鍵詞:頻率分集陣列雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
【摘要】:運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)是雷達(dá)系統(tǒng)的重要功能之一,機(jī)載/星載雷達(dá)下視工作面臨嚴(yán)重的地海雜波,空時(shí)自適應(yīng)處理(STAP)通過聯(lián)合空域和時(shí)域信息能夠大大改善慢速目標(biāo)的檢測(cè)性能,對(duì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的連續(xù)偵查、監(jiān)視和跟蹤具有重要作用,廣泛應(yīng)用在軍用和民用領(lǐng)域。在高速運(yùn)動(dòng)雷達(dá)平臺(tái)下,雜波多普勒譜嚴(yán)重?cái)U(kuò)散導(dǎo)致多普勒多重模糊,需要采用高重復(fù)頻率雷達(dá)體制以降低多普勒模糊程度,然而高重復(fù)頻率造成嚴(yán)重的距離模糊問題,此時(shí)距離模糊雜波抑制成為制約運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的關(guān)鍵問題。此外,在實(shí)際運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)中,由于目標(biāo)的精確參數(shù)通常是未知的,目標(biāo)的約束導(dǎo)向矢量與其真實(shí)導(dǎo)向矢量是失配的,加之實(shí)際環(huán)境中存在小樣本、樣本非均勻非平穩(wěn)以及目標(biāo)信號(hào)污染訓(xùn)練樣本等問題,造成傳統(tǒng)方法性能的惡化。研究穩(wěn)健波束形成方法解決實(shí)際誤差條件下的雜波抑制和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)對(duì)于實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。另外,隨著現(xiàn)代電子環(huán)境的復(fù)雜化,電子干擾手段在實(shí)際應(yīng)用中時(shí)有出現(xiàn),成為對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的重要威脅,亟需開展雷達(dá)系統(tǒng)有效的抗干擾方法以應(yīng)對(duì)實(shí)際干擾環(huán)境,特別是欺騙式干擾條件下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)困難的問題。本論文針對(duì)現(xiàn)代復(fù)雜電子環(huán)境下高速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)所面臨的電子干擾、地海雜波距離模糊、目標(biāo)約束不準(zhǔn)確、目標(biāo)參數(shù)估計(jì)模糊等問題,充分挖掘雷達(dá)系統(tǒng)的空間、時(shí)間和頻率多維信息,研究基于頻率分集陣列(FDA)新體制雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)信號(hào)處理方法,提高實(shí)際高速平臺(tái)雷達(dá)系統(tǒng)的抗干擾能力、雜波抑制能力、靈活性以及穩(wěn)健性。論文圍繞國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“高速平臺(tái)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法研究”、“基于空間平臺(tái)的空間目標(biāo)檢測(cè)、成像與識(shí)別方法研究”以及國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目群“基于空間平臺(tái)的微弱時(shí)敏目標(biāo)協(xié)同檢測(cè)與識(shí)別”等科研項(xiàng)目,對(duì)高速平臺(tái)雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)進(jìn)行了系統(tǒng)性研究,內(nèi)容涵蓋雜波與欺騙式干擾同時(shí)抑制、距離模糊雜波抑制、穩(wěn)健波束形成方法以及目標(biāo)參數(shù)無模糊估計(jì),概括如下:1、針對(duì)現(xiàn)代電子環(huán)境下的復(fù)雜干擾抑制,特別是欺騙式干擾抑制問題,提出了基于FDA體制的多輸入多輸出(MIMO)雷達(dá)自適應(yīng)距離角度二維波束形成方法,能夠有效地抑制欺騙式干擾信號(hào),實(shí)現(xiàn)真實(shí)目標(biāo)的檢測(cè)。首先建立了FDA信號(hào)模型,分析了FDA-MIMO雷達(dá)體制下目標(biāo)信號(hào)在發(fā)射-接收二維空間頻率域的分布特性,同時(shí)研究了存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)欺騙式干擾信號(hào)形成機(jī)制,并分析了其在FDA-MIMO雷達(dá)體制下與真實(shí)目標(biāo)信號(hào)可區(qū)分的維度。研究發(fā)現(xiàn),由于FDA提供了信號(hào)處理距離維的自由度,真實(shí)目標(biāo)與欺騙式干擾在發(fā)射空域頻率域是可分的,基于此,提出基于直接數(shù)據(jù)域的穩(wěn)健距離角度二維波束形成方法實(shí)現(xiàn)欺騙式干擾抑制。實(shí)質(zhì)上,所提方法綜合利用了真實(shí)目標(biāo)和欺騙式干擾的距離和角度信息,因此,即便是主瓣方向的欺騙式干擾也能夠被有效抑制。2、針對(duì)機(jī)載雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)面臨的地海雜波和干擾抑制問題,提出了FDA體制下的空時(shí)距離三維自適應(yīng)處理(STRAP)方法。利用MIMO虛擬發(fā)射孔徑技術(shù)將發(fā)射自由度虛擬到接收端,由于FDA具有距離維可控自由度,STRAP方法能夠綜合利用空間角度、距離和多普勒三維信息進(jìn)行自適應(yīng)雜波和干擾同時(shí)抑制。實(shí)際上,由于雜波和欺騙式干擾在三維空間中的分布特性不一致,所提方法分兩步實(shí)現(xiàn):首先在補(bǔ)償前數(shù)據(jù)域基于空間投影方法實(shí)現(xiàn)欺騙式干擾抑制,然后在補(bǔ)償后數(shù)據(jù)域?qū)崿F(xiàn)雜波和壓制干擾同時(shí)抑制。3、針對(duì)高速平臺(tái)雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)面臨的距離模糊雜波抑制困難的問題,提出基于俯仰維FDA的STAP雷達(dá)距離模糊雜波分離與抑制方法。建立了俯仰維FDA體制下機(jī)載雷達(dá)回波信號(hào)模型,分析了雜波在俯仰頻率域的分布特性,相比傳統(tǒng)相控陣STAP雷達(dá)中雜波的俯仰頻率分布特性而言,俯仰FDA體制下的距離模糊雜波在俯仰頻率域具有明顯的可分性,經(jīng)過所提的雜波補(bǔ)償方法處理后,不同距離模糊區(qū)域的雜波在偏仰頻率域互相分開。所提的STAP預(yù)處理方法能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)距離模糊雜波分離。因而,所提方法能夠有效地實(shí)現(xiàn)距離模糊雜波分離與抑制。由于不同距離模糊區(qū)域的雜波實(shí)現(xiàn)了分離,一定程度上克服了雜波的非平穩(wěn)問題。此外,后續(xù)的雜波抑制可并行處理且所提方法同時(shí)解決了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)的距離模糊問題。4、針對(duì)目標(biāo)約束不準(zhǔn)確以及目標(biāo)信號(hào)污染問題造成STAP處理器目標(biāo)檢測(cè)性能惡化的問題,提出了基于幅相聯(lián)合約束的STAP方法。該方法增加了響應(yīng)矢量的相位特性,并基于線性濾波器無失真響應(yīng)特性,推導(dǎo)了相位約束的形式,不僅能夠有效地提高目標(biāo)的輸出信雜噪比,具有良好的穩(wěn)健性,而且能夠確保輸出的相位響應(yīng)在空時(shí)二維空間的線性特性?紤]在高速前視陣列情況下,通過幅相聯(lián)合約束的方法能夠有效地提高雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)性能,克服目標(biāo)約束不準(zhǔn)確和目標(biāo)信號(hào)污染訓(xùn)練樣本造成STAP性能惡化的問題。5、針對(duì)目標(biāo)約束不準(zhǔn)確造成傳統(tǒng)波束形成和STAP方法性能下降的問題,提出了一種基于響應(yīng)矢量?jī)?yōu)化的穩(wěn)健波束形成方法。通過對(duì)傳統(tǒng)線性約束最小方差(LCMV)波束形成器全1約束的一般化,考慮幅度和相位聯(lián)合約束問題,基于最大化輸出信噪比和最大化主瓣響應(yīng),建立了響應(yīng)矢量最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和約束條件。為實(shí)現(xiàn)原始非凸優(yōu)化問題的求解,進(jìn)一步將約束矢量擴(kuò)展到高維空間,通過半正定優(yōu)化技術(shù)求得準(zhǔn)最優(yōu)的響應(yīng)矢量。由于約束矢量的維數(shù)很小,所提方法的計(jì)算復(fù)雜度幾乎可以忽略。通過理論分析證明了最優(yōu)響應(yīng)矢量的存在性,分析了目標(biāo)信號(hào)污染情況下所提方法的有效性,仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方法在波束主瓣保形、旁瓣抑制以及輸出信雜噪比上性能的優(yōu)越性。6、針對(duì)高速平臺(tái)下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)存在的模糊問題,提出了基于FDA體制的MIMO雷達(dá)目標(biāo)距離角度參數(shù)聯(lián)合估計(jì)方法。利用FDA陣列的距離維可控自由度,并聯(lián)合角度自由度,實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)距離角度聯(lián)合估計(jì)。為了克服目標(biāo)參數(shù)估計(jì)的距離模糊度問題,提出了基于目標(biāo)主值距離先驗(yàn)信息的補(bǔ)償方法,并分析了補(bǔ)償后的目標(biāo)在發(fā)射-接收二維空間中的分布特性,理論分析發(fā)現(xiàn),目標(biāo)的距離模糊數(shù)導(dǎo)致了目標(biāo)在發(fā)射-接收二維空間中的分離特性。所提的目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方法包含三步:首先利用目標(biāo)接收空域頻率僅依賴于角度的特征估計(jì)目標(biāo)的角度參數(shù),然后在發(fā)射-接收二維空間實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的距離模糊數(shù)估計(jì),最后通過超分辨估計(jì)方法提高目標(biāo)距離參數(shù)的估計(jì)精度。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方法能夠有效地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的無模糊參數(shù)估計(jì),并大大提高了目標(biāo)的距離估計(jì)精度。
【關(guān)鍵詞】:運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè) 空時(shí)自適應(yīng)處理 模糊雜波抑制 頻率分集陣列 穩(wěn)健波束形成
【學(xué)位授予單位】:西安電子科技大學(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5-8
- ABSTRACT8-16
- 符號(hào)對(duì)照表16-18
- 縮略語對(duì)照表18-24
- 第一章 緒論24-40
- 1.1 研究背景與意義24-25
- 1.2 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)陣列雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的研究現(xiàn)狀25-30
- 1.2.1 機(jī)載運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)25-28
- 1.2.2 機(jī)載運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)面臨的關(guān)鍵問題28-29
- 1.2.3 頻率分集陣列雷達(dá)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)29-30
- 1.3 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)陣列雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法的研究現(xiàn)狀30-36
- 1.3.1 STAP方法研究歷史及現(xiàn)狀30-33
- 1.3.2 穩(wěn)健波束形成研究歷史與現(xiàn)狀33-35
- 1.3.3 頻率分集陣列研究現(xiàn)狀35-36
- 1.4 本論文的內(nèi)容與安排36-40
- 第二章 頻率分集陣列MIMO雷達(dá)干擾抑制40-58
- 2.1 引言40-42
- 2.2 頻率分集陣列雷達(dá)模型42-45
- 2.2.1 頻率分集陣列發(fā)射方向圖42-44
- 2.2.2 頻率分集陣列接收方向圖44-45
- 2.3 頻率分集陣列MIMO雷達(dá)信號(hào)45-47
- 2.4 頻率分集陣列MIMO雷達(dá)干擾抑制方法及性能分析47-51
- 2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析51-57
- 2.5.1 頻率分集陣列方向圖51-53
- 2.5.2 頻率分集MIMO雷達(dá)干擾抑制53-57
- 2.6 本章小結(jié)57-58
- 第三章 機(jī)載雷達(dá)空時(shí)距離自適應(yīng)信號(hào)處理方法58-72
- 3.1 引言58-59
- 3.2 機(jī)載頻率分集陣列雷達(dá)信號(hào)模型59-62
- 3.3 雜波及干擾的分布特性62-64
- 3.4 雜波和欺騙式干擾同時(shí)抑制方法64-66
- 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析66-71
- 3.5.1 雜波和干擾的頻譜分布67-68
- 3.5.2 FDA-MIMO STAP雷達(dá)三維處理68-69
- 3.5.3 性能分析69-71
- 3.6 本章小結(jié)71-72
- 第四章 機(jī)載頻率分集陣列雷達(dá)距離模糊雜波抑制方法72-94
- 4.1 引言72-73
- 4.2 俯仰頻率分集空時(shí)二維信號(hào)模型73-76
- 4.3 距離模糊雜波抑制方法76-83
- 4.3.1 頻率步進(jìn)量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則79-81
- 4.3.2 雷達(dá)跟蹤模式應(yīng)用分析81
- 4.3.3 雷達(dá)廣域監(jiān)視模式應(yīng)用分析81-83
- 4.4 仿真實(shí)驗(yàn)與討論83-91
- 4.4.1 雜波的空時(shí)二維分布83-84
- 4.4.2 俯仰維雜波譜分布84-85
- 4.4.3 離模糊雜波分離結(jié)果85-87
- 4.4.4 空時(shí)自適應(yīng)處理預(yù)濾波設(shè)計(jì)87-89
- 4.4.5 雷達(dá)跟蹤模式仿真分析89-90
- 4.4.6 信雜噪比損失性能分析90-91
- 4.5 本章小結(jié)91-94
- 第五章 基于幅相聯(lián)合約束的穩(wěn)健空時(shí)自適應(yīng)處理方法94-116
- 5.1 引言94-95
- 5.2 空時(shí)二維信號(hào)模型95-97
- 5.3 基于幅相聯(lián)合約束的穩(wěn)健空時(shí)自適應(yīng)處理方法97-101
- 5.4 高速平臺(tái)前視陣空時(shí)處理應(yīng)用分析101-105
- 5.4.1 雜波自由度分析101-102
- 5.4.2 基于幅相約束的降維穩(wěn)健STAP方法102-105
- 5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析105-114
- 5.5.1 STAP雷達(dá)的幅度響應(yīng)比較105-106
- 5.5.2 STAP雷達(dá)的相位響應(yīng)比較106-107
- 5.5.3 信號(hào)雜波噪聲比(SCNR)損失性能比較107-110
- 5.5.4 高速前視陣?yán)走_(dá)降維STAP方法性能分析110-114
- 5.6 本章小結(jié)114-116
- 第六章 響應(yīng)矢量約束的穩(wěn)健LCMV方法116-134
- 6.1 引言116-117
- 6.2 信號(hào)模型與問題描述117-119
- 6.3 響應(yīng)矢量約束的穩(wěn)健處理方法119-121
- 6.4 性能分析與討論121-125
- 6.4.1 秩一解的存在條件與求解方法121-123
- 6.4.2 對(duì)角加載技術(shù)分析123-124
- 6.4.3 約束矩陣的低秩逼近124-125
- 6.4.4 計(jì)算復(fù)雜度分析125
- 6.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析125-133
- 6.5.1 陣列自適應(yīng)波束形成方向圖125-127
- 6.5.2 輸出信干噪比性能分析127-129
- 6.5.3 空時(shí)自適應(yīng)處理二維頻率響應(yīng)129-131
- 6.5.4 輸出信雜噪比性能分析131-132
- 6.5.5 信雜噪比損失性能分析132-133
- 6.6 本章小結(jié)133-134
- 第七章 頻率分集陣列雷達(dá)目標(biāo)參數(shù)解模糊方法134-156
- 7.1 引言134-135
- 7.2 共址頻率分集MIMO雷達(dá)信號(hào)模型135-137
- 7.3 無模糊距離角度聯(lián)合估計(jì)方法137-143
- 7.3.1 距離依賴補(bǔ)償方法138-141
- 7.3.2 距離角度聯(lián)合估計(jì)方法141-142
- 7.3.3 頻率步進(jìn)量設(shè)計(jì)準(zhǔn)則142-143
- 7.4 參數(shù)估計(jì)性能分析143-146
- 7.5 仿真實(shí)驗(yàn)與分析146-154
- 7.5.1 發(fā)射接收二維空域的Capon譜分布147-149
- 7.5.2 距離角度聯(lián)合估計(jì)性能149-152
- 7.5.3 克拉美羅界分析152-154
- 7.6 本章小結(jié)154-156
- 第八章 總結(jié)和展望156-160
- 8.1 研究結(jié)論156-157
- 8.2 研究展望157-160
- 參考文獻(xiàn)160-174
- 致謝174-176
- 作者簡(jiǎn)介176-178
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7 郭銳;王建國;;基于特征分解的多通道SAR運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)[A];2006北京地區(qū)高校研究生學(xué)術(shù)交流會(huì)——通信與信息技術(shù)會(huì)議論文集(上)[C];2006年
8 王睿;國智;王鳳宇;;利用動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測(cè)紅外動(dòng)目標(biāo)的算法研究[A];中國儀器儀表學(xué)會(huì)第九屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年
中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條
1 許京偉;頻率分集陣列雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年
2 鄭明潔;合成孔徑雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和成像研究[D];中國科學(xué)院研究生院(電子學(xué)研究所);2003年
3 危嵩;機(jī)載合成孔徑雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像研究[D];華中科技大學(xué);2005年
4 王東升;視頻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及其實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)研究[D];電子科技大學(xué);2004年
5 寧蔚;機(jī)載/星載雷達(dá)地面動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2005年
6 潘翔;運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)[D];浙江大學(xué);2003年
7 張立峰;動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、成像與參數(shù)估計(jì)方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2013年
8 張?jiān)?高分辨SAR運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像若干技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年
9 孟祥東;空時(shí)二維自適應(yīng)信號(hào)處理與動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)[D];西安電子科技大學(xué);2009年
10 王歡;運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2009年
中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條
1 夏斌偉;視頻監(jiān)控中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤[D];華南理工大學(xué);2015年
2 亓萌;雙基地SAR動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及成像研究[D];電子科技大學(xué);2015年
3 王龍;動(dòng)態(tài)場(chǎng)景建模與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法研究[D];電子科技大學(xué);2014年
4 黃蒙;基于FPGA的雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2014年
5 羅一淳;SAR轉(zhuǎn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)方法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年
6 柴國強(qiáng);機(jī)載SAR動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及參數(shù)估計(jì)技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2014年
7 蘇靖峰;基于激光掃描的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別[D];電子科技大學(xué);2014年
8 李春海;DBS成像與廣域地面動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、定位方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年
9 宋琳;機(jī)載SAR地面動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和成像算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年
10 薄蘭堯;機(jī)載合成孔徑雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2006年
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