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动目标高精度RCS测量的信号处理方法及硬件实现

马擎堃  
【摘要】:雷达散射截面(RCS)度量的是目标在接收到雷达波后向特定的方向进行电磁波散射的能力,是雷达目标特性信息的一个基本参数[1],因此,雷达目标的RCS测量在无线电测量领域起着重要作用。传统的目标RCS主要通过微波暗室测得,该方法仅适用于小尺寸目标。受远场条件的约束,大尺寸车辆目标的RCS难以通过暗室的方法测量。近年来,不少学者通过近场近似的方法测量大尺寸目标的RCS,但其准确性难以验证。如果将大尺寸目标的RCS放置到室外测量又必须消除地杂波的影响。针对这些问题,本文在满足电磁波远场辐射条件的前提下,提出了一种基于目标运动情况下的高精度RCS测量的信号处理及实现方法。本文的主要内容及创新点如下:(1)针对车辆等大型目标RCS的测量,提出了一种在室外地面杂波背景下进行高精度RCS测量的方法。该方法在脉冲多普勒处理思路的基础上,通过距离域的时移匹配函数和多普勒域的Chirp-Z处理,大幅度降低了信号处理的能量损益,同时利用动目标在主瓣杂波区外的优势,实现了RCS高精度测量的目的。(2)在基于动目标检测的高精度RCS测量算法的理论基础上,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的实时信号处理架构,在时域处理的实现上,利用数据缓存处理进行回波信号的时移匹配函数的低资源实现;在多普勒域上,在传统多普勒滤波器组的实现架构上,利用IP核的复用技术进行了频谱细分的低资源实现和实时处理。该信号处理架构具有结构简单,资源复用率高,处理速度快,系统实时性好,系统功耗低等特点。(3)基于动目标检测的高精度RCS测量系统的实现及系统测试。从车辆目标RCS高精度测量的需求出发,通过系统总体设计,各算法模块设计,对高精度RCS测量系统进行了硬件实现。基于所提出的算法和电路结构,进行verilog编程,对所设计的硬件电路进行综合优化,通过硬件仿真测试验证所设计的动目标RCS测量系统的性能,验证结果表明,动目标RCS测量系统的信号处理能力满足预期的各项指标要求。本文的研究成果可以应用到诸如车辆等大尺寸动目标RCS测量领域,也可以为目标识别、雷达隐身等提供理论支持,因而具有重要的理论意义和应用价值。


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