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《哈尔滨工程大学》 2009年
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被动雷达导引头高精度超分辨测向技术研究

唐建红  
【摘要】: 空间谱估计技术能实现目标信号到达角(DOA)的超分辨估计,同时能够分辨多个同时到达信号,可以应用于被动雷达导引头中实现超分辨测向。四阶累积量具有虚拟阵列扩展性能和抑制高斯噪声的特性,因此广泛被用于空间谱估计各类算法的预处理中。本课题主要研究了基于四阶累积量的空间谱估计算法,研究了空间谱估计测向方法中的解模糊问题,并完成了空间谱估计测向处理器的软硬件方案设计与实现,并进行了相关指标的测试。 针对被动雷达导引头在天线盘体积受限时无法分辨多目标的问题,研究了基于四阶累积量的MUSIC算法,并提出了运算量减少的改进算法。改进算法对四阶累积量矩阵进行了无损降维处理,去除了数据冗余,有效地提高了算法的实时性。同时也保留了虚拟阵列扩展性能,实现了天线盘体积受限的情况下,用极少阵元分辨多目标。计算机仿真实验和实测数据仿真证明,该算法在高斯色噪声背景下有良好的估计性能,且能估计更多的信号源数。 用ESPRIT算法代替MUSIC算法,避免了谱峰搜索,有效地减小了四阶累积量空间谱估计算法的运算量。提出了改进的四阶累积量ESPRIT算法,以虚拟阵列扩展后的新阵列为基础,运用ESPRIT算法估计目标信号的来向。将去冗余后的四阶累积量矩阵作为新阵列数据矩阵的协方差矩阵,并提出适合所有线阵的子阵划分方法。结合改进的四阶累积量和ESPRIT算法,进一步提高了四阶累积量空间谱估计算法的运算速度。 四阶累积量MUSIC算法和ESPRIT算法不能分辨相干信号源。研究了四阶累积量空间平滑算法,将空间平滑技术引入到四阶累积量算法中。在虚拟阵列扩展后的新阵列上,应用空间平滑解相关技术实现相干信号的估计。仿真实验表明,子阵阵元数选择大于等于真实阵列阵元数时,该算法可以在不损失天线孔径的同时,实现对相干信号源的角度估计。 空间谱估计测向处理器在高频端会产生测角模糊,为此提出了基于MUSIC算法的二次搜索解模糊方法和虚拟阵列扩展解模糊方法,扩大了被动雷达导引头的覆盖频带范围。二次搜索法限定了只含有真实角度谱峰的搜索区间,能快速有效地估计出单个信号的DOA。在高斯色噪声环境下,非等距线阵时虚拟阵列扩展法有很好的解模糊效果,为解模糊方法提出了新的思路。 根据空间谱估计测向处理器测角精度和实时性要求高的特点,选用四片浮点ADSP-TS101S并行完成MUSIC算法的谱峰搜索。在被动雷达导引头系统的指标测试中,空间谱估计算法表现了良好的性能,不仅实现了对单个目标的高精度测向,还可以对多个同时到达的信号进行测向。该硬件系统的成功设计与实现,为研究新型体制的被动雷达导引头奠定了基础,并推动了空间谱估计算法的工程应用步伐。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN957.51

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