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小波理论及其在超宽带雷达中的应用研究

陈隽永  
【摘要】: 现代雷达技术正朝着超宽带、超分辨、多功能、智能化的方向发展,小 波变换对超宽带雷达信号的分析具有独特之处,小波变换与超宽带雷达信号 处理的结合研究具有巨大的潜力。本文主要研究小波理论在超宽带雷达中的 应用,主要集中在以下几个方面:超宽带雷达多通道数据采集方法、频带分 割滤波器的设计、基于多通道数据采集的脉冲压缩技术、正交镜像滤波器的 设计、基于小波方法的时延估计方法、宽带雷达回波模型的研究。作者进行 了以下几个方面的研究工作: 1、在超宽带雷达多通道数据采集方法中,推导了奇偶抽样时正交小波 及双正交小波变换中信号分解与重构算法,得出了此时的正交镜像滤波器及 双正交滤波器应满足的条件。在分析了正交小波与双正交小波变换的结构的 基础上,利用多分辨理论的性质,提出了基于小波方法的双通道及多通道数 据采集方法,最后对这种结构中可能存在的误差的补偿方法进行了研究,得 出了去除误差的滤波器设计公式,从而完成信号的采集与恢复。采用这种数 据采集方法既降低了数据采集所需A/D变换器的速率,又能精确重构信号。 2、在频带分割滤波器的设计中,提出了采用全通函数逼近Z~(-1)的设计 方法,然后将多分辨理论中分解信号的数字滤波器转换为模拟滤波器,从而 完成频带分割滤波器的设计。采用这种方法设计的频带分割滤波器能够保证 多通道数据采集的信号重构,并且是稳定的。 3、在基于多通道数据采集方法的脉冲压缩技术中,讨论了这种技术中 频带分割滤波器对脉冲压缩技术的影响。推导得出了如下结论:若数据采集 的结构和频带分割滤波器的设计分别采用本文第三章和第四章的方法,那么 经过多通道脉冲压缩后频带分割滤波器带来的误差将被消除,同时也指出, 要达到好的脉冲压缩性能,必须对各通道脉冲压缩结果进行插值。 4、在正交镜像滤波器设计中,提出了基于最小频宽的正交镜像滤波器 设计方法,对于两通道均为偶抽样及两个通道分别为奇、偶抽样时的滤波器 设计方法分别进行了研究,最后给出了设计结果。为使设计的正交镜像滤波 器的最大旁瓣尽量小,对降低滤波器的旁瓣的优化方法进行了研究,设计结 ng 果表明,提出的优化设计方法是有效的。 5、在时延估计方法研究中,提出了超宽带雷达中基于小波多分辨方法 的时延估计算法。在这种算法中,通过小波的分解与重构算法在不同的分辨 率级别上进行时延估计,以提高时延估计的准确性和算法速度,由于这种算 法对于信号及噪声的特性并未提出要求,因而适合于采用多通道数据采集技 术的超宽带雷达中的时延估计。仿真结果证明了方法的有效性,仿真结果同 时证明了本章方法具有较好的抗多普勒容限。 6、在宽带信号的模型研究中,对宽带线性调频信号在宽带模型下的距 + 离、速度及速度距离联合分辨串特性进行了分析和模拟,并对宽带模型及窄 带模型下的结论进行了比较,证明了信号分辨力取诀于信号频谱结构及尺度, 推导得出了两种模型下信号分辨力特性的关系。


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