宽带雷达实时信号处理技术研究

【摘要】：获取更多、更详细的目标信息,已经成为现代雷达的一个重要发展方向。通过提高信号带宽,可以较大地提高雷达距离分辨力,从而实现目标的成像和识别。但是,由于宽带雷达的目标回波特性具有随机参数特性,完全不同于常规的窄带雷达,因此,如何利用宽带雷达回波信息进行杂波抑制和目标检测,实现宽带雷达目标检测、跟踪、成像、识别一体化,已经成为雷达技术研究的新课题。宽带雷达信号检测关键技术的研究,为宽带雷达信号处理的进一步发展奠定了基础。 此外,以高速DSP为主体,构成具有模块化、结构灵活、运算量大、通用性强等优点的“通用雷达高速实时信号处理系统”已经成为现代雷达技术研究的一个重要课题。 本文的主要工作及创新之处在于: 宽带雷达信号检测关键技术研究。包括: (1) 通过对宽带雷达目标回波特性的分析,指出了宽带雷达目标回波是具有随机参数的脉冲串,当目标与雷达之间有径向运动时,雷达不同重复周期的回波脉冲之间存在距离徙动和多普勒频率变化。实际数据统计分析表明:相同距离单元相邻重复周期的回波幅度具有较大的相似性;对宽带雷达目标回波特性的分析,为下一步宽带雷达信号检测的实现提供了依据; (2) 提出了窄带雷达回波信号等效为宽带雷达回波信号矢量合成的建模方法,在假设宽带、窄带两种雷达系统发射功率相同、接收机噪声系数相同、飞机目标相同的前提下,根据飞机目标对宽带信号和窄带信号的不同散射特性,对两种系统的单脉冲检测性能作了对比研究。仿真试验结果表明,在统计意义下,单脉冲检测时宽带雷达检测性能仅比窄带雷达下降 。 (3) 宽带雷达信号能量积累、检测方法研究。通过对基于位置信 WP=6 息的全程相关检测方法和基于能量积累的几种滑窗检测方法的比较[7],分析了它们在宽带雷达信号检测中的性能特点和应用条件,以能量积累滑窗检测(EAD)方法为例研究了滑窗检测时滑动窗口长度变化对检测性能的影响。在此基础上,提出了一种适合宽带雷达的检测方法,即相邻脉冲重复周期相关检测(IPCD)方法。当采用多脉冲积累后,其检测能力比能量相加脉间非相干积累EAD检测平均提高 。 (4) 对宽带雷达杂波特性进行了分析。采用幅度为韦布尔分布、功率谱为高斯分布的杂波模型Ⅰ模拟地杂波,幅度为瑞利分布、功率谱为高斯分布的杂波模型Ⅱ来模拟气象杂波,进行MTI、MTD和NMTI杂波抑制方法的性能对比研究。 提出了“通用雷达高速实时信号处理系统”的设计思想,即用4片通用DSP芯片(ADSP-21160)构成独立的处理单元,根据不同雷达信号处理的要求,用多个处理单元按照最佳的网络结构组成雷达信号处理系统,以确保其具备较高的实时处理能力和强大的可扩展功能。 通过对宽带雷达信号检测关键技术和宽带雷达杂波抑制方法的研究,提出了应用“通用雷达高速实时信号处理系统”设计“宽带雷达实时信号处理系统”的方案并得以实现。作为“通用雷达高速实时信号处理系统”的另一个应用实例,通过合成孔径雷达关键技术研究,设计了“SAR高速侦察雷达实时信号处理系统”的方案并得以实现。上述两个系统用模拟数据进行测试的结果,与计算机模拟的结果基本一致。测试结果证明了该系统设计的正确性和有效性。 在“SAR高速侦察雷达实时信号处理系统”的实现过程中,对合成孔径雷达关键技术进行了进一步的研究。包括: (1) 定量分析了匹配滤波数字脉压中,采样率的变化对脉压结果的影响,为工程应用中合理选择信号带宽和采样率提供了参考; (2) 通过设计一种高性能复合窗函数,解决了宽带LFM信号进行匹配滤波频域数字脉压时,经典窗函数加权无法同时满足主副比和主瓣展宽系数两项指标的问题; (3) 通过匹配滤波频域数字脉压高效并行处理算法的研究,为不同雷达信号处理系统选择最佳的并行处理结构提供了依据。