平面阵连续波雷达自适应数字波束形成系统
【摘要】:
与机械扫描雷达相比,相控阵雷达具有许多优点,例如可同时形成多个波束、波
束可灵活捷变等。但常规相控阵雷达不具有抗有源干扰的能力,而采用自适应数字波
束形成技术,则可以使其具有自适应对抗有源干扰的能力。大型相控阵天线的阵元数
往往较多,阵元级自适应处理的设备量和计算量非常大,此时,子阵级自适应处理是
在系统性能和成本之间的折衷选择。连续波雷达的峰值功率与平均功率相等,其发射
机易于固态化,从而可以减小体积、便于瞬时开关机及机动。此外,连续波雷达还具
有低截获概率的特性。本文研究了连续波平面阵雷达自适应波束形成系统的若干关键
问题,主要内容包括:
对于自适应DBF雷达,天线系统和信号处理性能密切相关;同时,天线也是影响
相控阵雷达系统成本的一个重要因素。本文从信号处理的角度分析论证了两种具有低
成本特性的相控阵雷达天线:随机稀布阵列和多馈源空间馈电阵列。给出了一种随机
稀布阵子阵划分的原则及子阵级差波束的综合方法。通过比较两者的优缺点,我们认
为,在现有器件及工艺条件下,对X波段,多馈源空馈阵是一种较好的选择。
众所周知,阵列误差是影响阵列信号处理性能的一个重要因素。因此,阵列误差
校正对自适应DBF雷达十分重要。本文从空馈阵模型出发,提出了一种阵列幅、相误
差、传输系数误差和移相器误差联合校正的方法。该方法利用方向已知的信号源,和
移相器结合实现了误差的联合校正。计算机仿真结果表明该方法可以达到较好的误差
校正性能。虽然该方法是针对空馈阵提出的,但适用于其它具有子阵结构的系统。
连续波雷达有其本身的特点,该体制下的自适应DBF算法和脉冲体制雷达有所不
同。本文分析了连续波雷达自适应DBF的特点,将Fudge等人的阻塞矩阵导数约束算
法推广到平面阵情形,并详细分析、对比了该法和导数约束LCMV算法在雷达系统应
用中的主要性能,相应给出了一种雷达应用中基于GSLC结构的自适应波束形成算法
的设计方法。
平面阵的角误差信号具有方位和俯仰二维方向信息耦合的特点。本文提出了一种
导数约束二维方向信息分离的算法,使二维角度估计问题简化为一维角度估计问题,
简化了实现方案,且测角精度高于常规的一阶逼近算法。如果和阻塞矩阵导数约束算
法结合,该方法可以用来进行上支路固定方向图权系数的优化,而不需额外消耗系统
自由度。
在实际应用中,干扰源和雷达平台的相对运动会导致干扰到达角展宽,从而使自
适应处理性能下降。本文在现有抗运动干扰算法基础上,提出了一种基于GSLC结构
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的抗运动干扰的自适应波束形成算法,分析了相关参数的选择方法。该法在运动干扰
环境下可以获得较好的性能。
自适应盲波束形成方程o已另夕卜种解决阵列误差问题的有效方法,它往往不需额
外的约束条件,从而可以达到近似最优的性能。本文先从通信应用出发,提出了一种
基于周期平稳信号话相关特性的盲自适应波束形成方法。该法在未知阵列流型的情况
下,通过估计信号导向矢量来达到增强信号、抑制干扰的目的。在此基础上,本文讨
论了盲波束形成方法在连续波雷达中的应用。
除了阵元幅、相误差以外,阵列各通道的不一致性也会导致阵列信号处理性能的
下降。本文J山区信应用出发,提出了一种基于中频信号周期平稳特性的自适应盲均衡
算法,该法在通信应用中可以获得较好的性能。在此基础上,我们提出了一种连续波
空债阵雷达的自适应通道均衡方案。结果表明,上述盲均衡算法在雷达阵列通道均衡
中可以获得较好的性能,并月石田纪了通常的自适应阵列通道均衡算法对硬件实现条件
的严格要求,简化了债电系统和控制电路的设计复杂度。
最后,本文研究了连续波平面阵自适应DBF系统的总体实现方案,结合自适应处
理算法,在分析比较现有器件性能的基础上,基于模块化设计思想给出了一种设计方
案,完成了系统电路的设计。