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毫米波宽带相控阵数字单脉冲雷达关键技术研究

张忠传  
【摘要】: 毫米波宽带相控阵雷达技术在民用和军事领域应用中都具有重要价值。本文围绕毫米波宽带相控阵数字单脉冲雷达的关键技术展开研究,主要工作包括以下几个方面: 1)论文在深入研究中频正交数字相位检波技术的基础上,研究了相控阵数字化和差波束形成技术,在理论与仿真两方面证实了它与传统靠硬件形成和差波束的等价性;给出了一种基于单脉冲比的角度估计模型,并研究了一种基于单脉冲比的查表技术,使得该技术能够方便有效地应用于工程实践。 2)在数字化和差波束形成过程中,通道的幅相误差对波束形成的性能有重要影响。因此,文中研究了阵列通道幅相误差对系统的影响及其校正方法,并采用改进的归一化最小方差(Normalized Least Mean Square, NLMS)算法对通道幅相误差进行盲校正,该方法能够在不引入参考信号的情况下完成通道幅相误差的校正,通过理论仿真证实了它的性能。随着毫米波硬件技术的不断发展,该方案具有很好的应用前景。 3)干扰与杂波环境严重制约单脉冲角度的估计与跟踪精度。因此干扰与杂波环境中的单脉冲角度估计技术是单脉冲雷达跟踪的关键技术。本文在跟踪现有各种算法的基础上,提出一种基于对角加载的子阵级空间快时自适应最小方差单脉冲技术,为在干扰情况下、特别是干扰出现在主波束区域内的单脉冲估计技术进行了有益的探索,取得一定成果。 4)论文通过对宽带线性调频脉冲信号(Chirp)去斜率处理(也称为Stretch处理)技术及调频步进信号处理技术的深入分析研究,给出了Stretch处理过程中FFT点数和采样间隔的选择原则,并在此基础上采用基于Stretch处理的二维FFT方法来得到毫米波调频步进信号的目标高分辨距离像。采用该技术可以利用较少的子脉冲和较低的系统采样率实现大带宽信号对大距离窗口的观测。在前人工作的基础上利用该技术构建了毫米波宽带信号距离高分辨实验系统,并进行了室内及室外实验,获取了大量有价值的实验数据,取得了较好的目标高分辨效果。 5)在毫米波高距离分辨体制下,近距离的角度跟踪会受到目标闪烁的严重影响。本文在对跟踪技术进行研究的基础上,讨论了角闪烁效应的产生机理与计算方法,并通过对角闪烁抑制方法的深入研究,提出一种频率捷变RCS加权结合非线性高斯混合卡尔曼滤波(Nonlinear Gaussian Mixture Kalman Filter, NL-GMKF)的目标角跟踪方法,该方法利用频率捷变RCS加权综合非线性高斯混合卡尔曼滤波器来有效抑制毫米波距离高分辨雷达角闪烁效应的影响,进而提高雷达在角闪烁环境中目标跟踪的精度。


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