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随机噪声超宽带成像雷达关键技术研究

张先义  
【摘要】: 现代高科技战争和越来越复杂的电磁环境对雷达提出了越来越严峻的挑战,研究表明:随机噪声信号雷达具有优良的电磁兼容性和目标检测性能。开展随机噪声高分辨成像雷达新体制的研究,特别是随机噪声信号雷达高分辨成像的关键技术研究,为实现随机噪声信号高分辨成像雷达打下基础。 本文所做的工作归纳起来,主要包括以下几个方面: 1)探讨了随机噪声超宽带成像雷达的理论基础,研究了有关的成像算法,给出了随机噪声成像雷达在这些算法下的仿真结果。结果表明,波前重构和快速后向投影两种成像算法适合随机噪声超宽带成像雷达的应用要求。 2)随机噪声超宽带雷达信号有矩形和高斯形功率谱两种形式。矩形功率谱随机噪声信号距离旁瓣呈现sinc函数形状包络,旁瓣电平基本不受所用数据长度的影响,且旁瓣较高,采用切趾滤波旁瓣技术可以有效抑制旁瓣,可以基本上不降低原SAR图像的分辨率。高斯形功率谱随机噪声信号的距离旁瓣是无规则形状,随着相关数据的长度增长而显著下降,因而在设备许可的情况下,可以利用增加相关数据长度的方法抑制旁瓣。 3)本文提出了随机噪声信号数字产生的硬件平台设计方案,成功实现了利用FPGA、大容量存储器等器件进行随机噪声宽带信号的数字产生。通过分析硬件平台产生的两种随机噪声信号(改进型Logistic-Map的混沌随机噪声信号和基于Ziggurat算法的高斯分布随机噪声信号)的统计特性,证实了产生的这两种随机噪声信号可以符合应用要求。 4)首次论证并仿真实现了随机噪声环形SAR。环形SAR可以提供被照射区域的全视角(360度)图像,可以获得更多更精确的信息。在探讨了随机噪声环形SAR模型的基础上,给出了其成像算法的公式推导,以及具体的实现步骤。 5)首次探讨并得到了随机噪声信号成像雷达的相干斑特性。建立了被观测区域的散射体模型,从原始散射体回波信号仿真出发,探讨了雷达电磁波形成相干斑的物理机理,以数学模型描述了相干斑的形成。仿真结果表明:随机噪声超宽带SAR和线性调频超宽带SAR都存在相干斑现象,而线性调频超宽带SAR的相干斑要比随机噪声超宽带SAR的相干斑严重,对具有相同散射强度的点目标成像,线性调频超宽带SAR的点目标位置距离向幅度变化范围要比随机噪声超宽带SAR的距离向幅度变化范围大将近3~5dB。 6)本文分析了随机噪声超宽带成像雷达的抗干扰性能,并和常规线性调频超宽带成像雷达的抗干扰性能进行了比较。分析表明,随机噪声成像雷达的抗干扰能力要强于线性调频成像雷达,例如,当干扰为线性调频信号(但调频斜率不同于线性调频信号雷达的调频斜率)、干信比为10dB时,相比线性调频成像雷达,随机噪声成像雷达的峰值旁瓣电平有9.6dB左右的改善。


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