多載頻MIMO高頻雷達關鍵技術研究.pdf

1、高頻地波雷達是一種有效探測海面超視距隱身目標的雷達系統(tǒng)，通常采用寬波束照射目標、單方向窄波束接收回波。由于高頻段目標特性處于瑞利區(qū)前段或者諧振區(qū)，不確定的RCS隨機起伏極易導致回波能量微弱而丟失目標。為了克服目標的閃爍，本研究充分利用不同頻率和角度目標RCS差異，將多輸入多輸出（MIMO）體制與高頻雷達相結合，利用MIMO體制的優(yōu)勢來提高雷達系統(tǒng)時間、空間、頻率管理的自由度，通過有效綜合多方向、多載頻的回波信息，達到改善系統(tǒng)分辨力的目的

2、，進而提高雷達系統(tǒng)的探測能力。
　　因此，MIMO體制與高頻地波雷達結合的關鍵技術研究具有重要意義。本研究將MIMO的體制結合高頻雷達的特點，建立了區(qū)別于一般MIMO雷達的多載頻MIMO高頻雷達模型，分別討論了集中式和分布式MIMO雷達兩種模型，針對不同模型提出了有效的信號處理算法，得到了一些具有積極意義和參考價值的方法和結論。總體來說，本研究主要包括以下幾個方面：
　　第一，本文改進了MIMO模糊函數(shù)，突破了傳統(tǒng)模糊函數(shù)理

3、論的局限性，使其適應于復雜的MIMO雷達系統(tǒng)速度距離分辨力的分析評估。集中MIMO模型采用分集發(fā)射非連續(xù)頻點相位編碼信號，針對系統(tǒng)空域與時域耦合問題進行了研究，通過擴展的模糊函數(shù)有效評估該模型下角度距離分辨力，并得到了非連續(xù)頻譜發(fā)射信號參數(shù)準則；進一步在多載頻分布式MIMO模型下，通過擴展傳統(tǒng)模糊函數(shù)的研究評估系統(tǒng)空間分辨力，得到了分布式MIMO雷達的傳感器布放規(guī)律。模糊函數(shù)的擴展改進研究對于MIMO高頻雷達全局分辨力分析具有重要的意義

4、，為后續(xù)關鍵問題的提出和研究打下了堅實的基礎。
　　第二，為了有效提高高頻雷達距離分辨力，針對非連續(xù)譜信號產(chǎn)生的較高距離副瓣，本研究提出了兩種方法來解決非連續(xù)譜信號較高旁瓣問題——接收端非連續(xù)譜旁瓣抑制和發(fā)射端波形設計。區(qū)別于以往非連續(xù)譜時分復用構造形式，本研究采用不同天線分集發(fā)射不同載頻編碼信號，接收端將非連續(xù)譜信號相參拼接，對相參處理后主瓣附近產(chǎn)生的較高旁瓣進行抑制?；谕箖?yōu)化算法優(yōu)化旁瓣抑制濾波器，對有限長數(shù)據(jù)產(chǎn)生的偽峰進行

5、滑窗剔除，較好的解決了多目標環(huán)境下弱目標副瓣遮擋問題。本算法實時性好且簡單實用，便于工程實現(xiàn)?；诎l(fā)射端波形設計，本研究利用波形平均通帶阻帶功率比與自相關旁瓣關系，建立波形優(yōu)化的代價函數(shù)。通過量子遺傳算法優(yōu)化低自相關旁瓣波形，仿真實驗取得了預期的效果，優(yōu)化的波形實現(xiàn)了頻譜約束下最優(yōu)副瓣等級。本章通過非連續(xù)譜信號的設計處理充分利用非連續(xù)的頻譜資源，改善了MIMO高頻雷達惡劣電磁環(huán)境的較差分辨力。
　　第三，針對高頻雷達的角度分辨力差

6、問題，區(qū)別于以往MIMO模型虛擬陣列技術，本研究提出多載頻聚焦算法虛擬大的陣列孔徑。針對虛擬孔徑的單元間距大于半波長，陣列綜合產(chǎn)生柵瓣的問題，本研究進一步提出了預條件共軛梯度法重構非均勻空域信息，有效抑制陣列稀疏產(chǎn)生的柵瓣問題。在重構標準頻率下均勻空域信息時，需要求解高維方程，預條件的引入顯著提高了算法的收斂速度。另外，針對不同頻率下，目標不一致的幅度相位響應、回波信噪比及多普勒信息，提出了相應的預處理流程。最后，分析了發(fā)射頻率的選擇對

7、空域綜合性能的影響。多載頻MIMO空域綜合提出了一種新的信號融合思路，有效擴展了高頻雷達的孔徑尺寸。
　　第四，本研究建立了多載頻分布式MIMO高頻雷達模型，針對該模型產(chǎn)生空間和多普勒域稀疏采樣問題，基于壓縮感知提出一種分布式雷達系統(tǒng)算法。本系統(tǒng)采用非均勻周期發(fā)射多載頻相位編碼信號，有效減少多脈沖雷達系統(tǒng)不同節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸負擔。針對稀疏回波信號恢復問題，構造統(tǒng)一的空域和多普勒域感知矩陣，有效解決了分布式系統(tǒng)多站點回波信息集中處理問題