高重频随机次序步进变频雷达相关技术研究

【摘要】：地面或海面复杂背景中的静止或慢速运动目标的探测、分辨与识别是高超声速武器制导雷达研究领域中的重点问题；高分辨成像技术是解决这一问题的有效途径。由于弹载相控阵雷达瞬时带宽的限制，需要采用合成宽带技术以满足高分辨成像要求。如何提高合成宽带高分辨成像系统的数据率、抗干扰能力、成像质量以及二维分辨能力是必须考虑的首要问题。本文针对上述应用需求，提出了一种高重频随机次序步进变频雷达新体制，建立了该体制雷达的信号模型以及二维分辨信号处理模型，提出了高分辨一维距离成像过程中的旁瓣抑制方法，通过理论分析和仿真实验证明了运用高重频随机次序步进变频雷达信号实现高数据率的二维距离—多卜勒分辨以及高分辨率一维距离成像的可行性。 本文的研究工作主要包括： (1)高重频随机次序步进变频雷达二维分辨信号处理方法 通过需求分析论证了在高超声速武器制导雷达中使用高重频随机次序步进变频体制的必要性和可行性，分析了该体制相对于常规低重频、顺序步进变频体制在数据率、抗干扰能力、二维分辨能力等方面的优越性，通过理论分析与数学推导建立了高重频随机次序步进变频雷达的信号模型以及IQ正交采样、运动补偿、脉冲多卜勒处理、脉冲压缩处理、距离像拼接等信号处理过程中的数学模型；通过仿真实验验证了高重频随机次序步进变频雷达的二维分辨能力。 (2)高分辨一维距离成像过程中的距离旁瓣抑制方法 分析了高重频随机次序步进变频制导雷达一维距离成像过程中的距离旁瓣特性，指出了旁瓣抑制的重要性；分析了常规的基于频域加权的旁瓣抑制方法可能存在的矩阵不可逆的病态性问题以及在线运算量过大的问题；针对高重频随机次序步进变频雷达体制，以时域积分后的旁瓣能量最小为目标，提出了最优频域加权矢量设计的新方法；该方法不存在矩阵不可逆的病态问题，且频域加权矢量获取过程中的运算转化为离线运算；考虑到弹载存储容量的有限性，提出了一种可以显著降低运算开销(离线)以及存储开销的基于次优加权的旁瓣抑制新方法；该方法不需要针对不同的距离分辨单元设计不同的加权矢量，不存在矩阵不可逆的病态问题，可以将频域加权矢量获取过程中的运算转化为离线运算，以较少的旁瓣抑制性能损失换取存储开销的显著降低。 (3)旁瓣抑制算法性能的评估 通过实验研究定性和定量地分析、比较和评估了本文所提出的旁瓣抑制方法的旁瓣抑制性能；包括：点目标距离响应函数、扩展目标距离响应函数；分析了跳频图案的选择对旁瓣抑制性能的影响以及最优加权矢量与跳频图案之间的关系；从实验的角度验证了本文所提出的旁瓣抑制方法的正确性及有效性。