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毫米波导引头高分辨成像及检测算法研究

高杰  
【摘要】:雷达导引头是制导系统的关键组成部分,它能够探测到目标,并测量目标相对于导弹的位置参数和运动参数,据此引导导弹飞向目标并将其摧毁。毫米波导引头具有突出的抗干扰和反隐身能力,且设备尺寸重量都比较小,是目前各国军事研究的重点之一。 导引头的作用在于实现精确制导,这要求其发射信号具有高分辨能力,即具有很大的带宽。调频步进雷达信号是一种合成宽带信号,采用多脉冲相参合成来获得高分辨距离像。相应的接收机能够在较小的系统瞬时带宽条件下获得较高的数据率,因而信号处理的实时性较好。 本文围绕调频步进雷达信号目标高分辨成像过程主要研究了如下内容: (1)介绍了调频步进雷达信号的数学表达式,推导了信号的模糊函数,分析了该信号的距离高分辨特性。研究了调频步进雷达信号合成高分辨距离像的基本原理,对脉内和脉间两次脉冲压缩的过程和实现方法进行了具体的阐述。指出信号的旁瓣及栅瓣严重影响成像效果,必须加以抑制,据此给出选择信号参数的原则。 (2)详细分析了多普勒效应对成像的影响。给出了目标速度与高分辨像偏移距离的定量关系和进行运动补偿的精度要求。在此基础上,研究了几种速度补偿算法的原理、步骤、速度估计的精度并仿真验证这些算法的性能。最后讨论了实际系统中如何应用这些算法进行运动补偿。 (3)分析了距离失配冗余与过采样冗余产生的原因,指明距离像抽取拼接算法的目的。而后具体讨论了四种不同的距离像抽取算法的原理、特点并仿真验证了各自的性能。通过讨论得出最大值法对运动目标成像具有一定的适应性。在分析了造成前面测速方法速度估计范围有限的原因之后,结合最大值法距离像抽取范围可随目标移动的特点,提出了先对采样点高分辨像进行拼接后进行目标运动补偿的信号处理新方案。经过仿真,该方案在测速精度不变的情况下测速范围明显增大,且性能稳定,具有实际应用价值。 (4)阐述了扩展目标的含义和扩展目标检测的基本概念。给出了最佳接收机的形式和理论上检测性能的上限。根据导引头实际采用的信号形式,讨论了几种适用的扩展目标检测方法的基本原理并仿真验证了它们的检测性能。给出了影响检测性能的主要技术参数。最后给出了检测窗口最优长度的估计方法。


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