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弹载相控阵雷达阵列信号处理关键技术研究

丁健伦  
【摘要】:在复杂的战场电磁环境下,由于存在多径环境、相干目标干扰、阵列误差及平台运动等因素对信号回波的影响,传统的波束形成算法难以对目标方位做出较为准确的估计,也无法对干扰进行自适应的抑制。因此复杂环境下面向多相干目标的稳健自适应波束形成成为一种迫切需求的技术。应用于精确制导武器装备的弹载相控阵雷达阵列天线排布多为圆平面,而目前阵列信号处理的研究较多基于均匀线阵和均匀面阵模型。因此,研究基于圆平面阵列下的稳健自适应波束形成方法已成为发展的必然趋势。首先,本文根据均匀线阵与均匀面阵的阵列模型理论基础,建立了基于二维均匀平面阵列模型的圆平面阵列模型。基于MATLAB仿真平台,对同一圆平面内不同阵列模型进行对比,验证了圆平面阵列模型相比其他阵列模型在波束形成时具有更低的旁瓣和更窄的波束宽度。其次,针对在圆平面阵列上采用多重信号分类(MUltiple SIgnal Classification,MUSIC)算法处理多相干信号源时的失效问题,以及圆平面阵列在使用二维前后向空间平滑算法进行重叠子阵划分时各子阵阵列结构不同的问题,本文采用一种基于虚拟阵列内插方法将圆平面阵列转化为均匀平面阵列,并结合二维前后向空间平滑进行解相干来完成对空间中多相干信号源的超分辨率波达角(Direction of arrival,DOA)估计。实验结果表明该方法可以有效的解决圆平面阵列下多相干信号源DOA估计问题。最后,针对角度估计、平台运动等原因造成信号来波方向存在误差而引起期望信号导向矢量失配的问题开展研究。通过仿真分析一维均匀线形阵列下对角加载、协方差重构等多种鲁棒自适应波束形成算法在不同快拍、不同信噪比及存在来波方向误差的情况下的性能,确定了一种最优的鲁棒自适应波束形成算法,并将其拓展应用到圆平面阵列。仿真实验结果表明,在圆平面阵列下该鲁棒自适应波束形成算法能有效提高存在来波方向误差时的波束形成的稳健性。


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