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雷达波形设计及抗主瓣有源干扰若干技术研究

徐磊磊  
【摘要】:雷达波形是雷达系统信息的载体,与雷达系统的定位精度、分辨率和抗干扰等性能紧密相关,因此,波形设计一直是雷达研究的热点之一。脉冲压缩技术在雷达信号处理中扮演着极其重要的角色,它解决了雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。但雷达波形脉冲压缩后通常会产生距离旁瓣,高的旁瓣电平可能会触发虚警或造成漏警。现有发射波形脉冲压缩后的距离旁瓣电平仍然较高,很难满足实际应用的需要,特别是在日益复杂多变的电磁环境下。因此,进一步降低雷达波形脉冲压缩后的距离旁瓣电平具有重要的现实意义。另外,现代战争是以电子战(EW)为先导,提高雷达系统在复杂电磁对抗环境下的生存能力,是取得战争胜利的关键因素之一。因此,深入研究雷达在复杂多变电磁环境下的抗干扰技术具有重要意义。本文对降低单站雷达发射波形的距离旁瓣电平和增加其多普勒鲁棒性、提升分布式多输入多输出(MIMO)雷达波形正交性以及在发射端主动抗主瓣有源干扰若干技术等方面进行了研究。论文的主要工作概括如下:1.针对单站雷达回波信号脉冲压缩后旁瓣电平仍然过高的问题,本文研究了单站雷达波形和失配滤波器同时优化的方法。首先,研究了相位编码信号(PCW)和失配滤波器同时优化的方法,该方法以最小化失配滤波器输出的峰值旁瓣电平(PSL)和控制信噪比(SNR)损失为目标构建设计准则,利用最小p范数优化算法进行求解。与现有文献相比,该方法获得了更低的PSL。其次,由于上述方法未考虑多普勒失配的问题,当回波存在多普勒调制时,会导致主瓣幅度下降和旁瓣电平上升的问题。因此,进一步研究了基于多普勒鲁棒性的PCW和失配滤波器同时优化的方法,在给定的多普勒范围内,该方法可以获得比较好的鲁棒性。再次,在发射信号持续时间和应用场景所需距离分辨率给定的条件下,为了进一步降低旁瓣电平,利用扩宽主瓣的方法来寻找更多的自由度(DOFs),以最小化PSL、控制SNR损失和逼近期望的主瓣为目标构建设计准则来同时优化PCW和失配滤波器。最后,在扩宽主瓣的设计准则中进一步考虑了多普勒失配的问题,确保滤波器的输出结果对多普勒失配具有一定的鲁棒性。2.针对分布式MIMO雷达发射信号的正交性仍不能满足实际工程需要的问题,研究了分布式MIMO雷达波形及其失配滤波器组设计的方法。首先,直接以最小化失配滤波器组输出的自相关峰值旁瓣电平(APSL)、峰值互相关电平(PCCL)和控制SNR损失为目标构建设计准则,利用双最小p范数优化算法同时优化正交波形和失配滤波器组。与分开设计方法相比,该方法可以进一步降低APSL和PCCL。其次,为了进一步提高波形的正交性,本章将上一章节中主瓣展宽的思想扩展到分布式MIMO雷达波形设计中,给出了一种主瓣展宽的正交波形设计方法。最后,基于上节设计的主瓣展宽的正交波形,以控制SNR损失、最小化失配滤波器组输出的APSL和PCCL和逼近期望的主瓣为目标构建设计准则,并利用凸优化算法进行快速求解。3.现有抗数字射频存储器(DRFM)转发式干扰的文献较多是假设干扰机的时延已知,而实际应用中具体的时延信息雷达很难获取;另外,现阶段共形相控阵研究较多,而共形MIMO阵列研究较少。针对上述两个问题,研究了集中式MIMO雷达波形设计的方法。首先,分析了MIMO雷达在空域合成的角域信号与干扰机截获并转发的干扰信号之间的差异;然后以最小化角域信号和干扰机转发信号的峰值互相关电平、角域信号的APSL和PCCL以及发射方向图与期望方向图的差值为目标构建设计准则来抑制基于DRFM的转发式干扰,并利用序列二次规划(SQP)算法进行求解。其次,在上一节设计的过程中引入接收波束形成的方法对不同方向的回波信号进行抑制,利用节省的DOFs进一步压制与真实目标回波来自同一方向的干扰信号,从而获得更好的抗基于DRFM的转发式干扰的性能。最后,研究了一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形设计方法,并获得了比较好的优化结果。4.为了在雷达发射端进行主动抗干扰的同时提升雷达系统的性能,研究了基于频率捷变和重频参差的抗干扰技术。首先,研究了一种基于频率捷变的抗DRFM转发式干扰的方法,通过对比真实回波信号的多普勒频率和基于DRFM的干扰机给干扰信号调制的多普勒频率之间的差异来剔除虚假目标,然后给出了剔除假目标后的信号处理流程,以提升雷达系统检测性能。其次,研究了一种基于雷达参差重频信号脉冲串参数调制的抗干扰方法,该方法具有一定的抗分选和抗识别的能力,且具有高的检测性能和比较好的距离--多普勒估计精度。


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