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机载宽带雷达信号处理若干问题研究

李明  
【摘要】: 机载宽带雷达以其可视区域广阔、空间分辨率高等特点,在战场侦察、精确制导、目标识别、地形测绘和地面目标成像等方面得到广泛应用,机载宽带雷达的研制受到了各国的高度重视。本文结合具体科研任务,主要对机载宽带雷达信号的接收、检测、成像和实时处理几个关键技术问题进行了研究。论文的主要工作概括如下: 针对宽带雷达非平稳回波信号不易实现理想的匹配接收这一问题,论文第二章采用小波分析的方法,对宽带雷达非平稳回波信号进行降噪处理方面做了一些尝试性工作。提出了一种基于平稳小波变换的自适应阈值降噪方法,较好的解决了信号噪声方差随时间变化时,信号的降噪效果和波形保真问题。所提出的方法采用平稳小波变换克服了离散小波变换引起的Gibbs效应问题;采用自适应方法确定小波分解层数和分段方法自适应估计门限值进行小波系数收缩降噪,保证了降噪效果。仿真分析和对实测数据处理验证了将小波降噪理论运用于宽带雷达非平稳回波信号处理的有效性和实用性。 针对宽带雷达并行分布式融合检测问题,第三章提出了多传感器并行分布式融合检测系统在Neyman-Pearson(N-P)准则下融合规则和局部判决规则之间相互关系的理论分析方法;完整地给出了两种次最佳系统和全局最佳系统判决规则的理论推导,并将小波域滤波的宽带雷达非平稳信号噪声抑制方法引入并行分布式融合检测系统中。仿真结果表明:小波域滤波算法和多传感器并行分布式检测融合系统的同时引入明显提高了宽带雷达组网探测系统的检测性能。 第四章针对宽带信号的数字正交化接收技术,提出了基于带通采样和多相滤波技术的高速宽带数字化接收系统方案。解决了目前DSP处理器运算性能满足不了宽带信号处理速度的问题;结合多相滤波技术,推导建立了宽频带多信道高效数字接收机的数学模型,用于宽频带未知信号在监视带宽内的全概率截获;提出一种基于频带分割和多相滤波技术的宽带/超宽带信号接收系统方案,较好解决了宽带数字化接收机实现过程中高速、高精度采样和高速数据处理两个关键问题。并通过宽带信号进行子带分割处理的脉压仿真实验,验证了频带分割方法的有效性。 针对机载宽带机械扫描雷达DBS成像中的特殊问题,第五章仿真分析了系统主要参数对成像的影响,给出了相关结论;提出了一种基于数据复用技术的重频不变FFT成像方法,利用信号处理方法,解决了机械扫描雷达在天线匀速转动和不变重频情况下,保持锐化比恒定问题。所提方法采用数据复用作FFT分析的方法,既提高了数据利用率,同时又提高了所允许的天线扫描速率,保证了系统实时成像速度,减小了宽带信号图像发生畸变的可能性。仿真和实测数据成像结果验证了所提方法的有效性,部分研究结果已成功运用到某型号机载火控雷达中。 针对机载宽带雷达DBS图像的相干斑噪声抑制问题,第六章提出了一种基于平稳小波变换贝叶斯估计分区域收缩的降斑算法,较好地解决了雷达图像相干斑抑制问题。该方法采用混合高斯模型对雷达DBS图像在平稳小波变换域中小波系数的统计特性进行建模;基于贝叶斯估计理论推导出最小均方误差准则下的小波系数的收缩方法;并根据小波系数在相邻尺度间的相关性对其划分区域,采用分区处理的思想,在不同的区域上采用不同的方法处理小波系数,较准确的得到无相干斑噪声的真实信号小波系数的估计,取得了比较好的雷达DBS图像相干斑抑制效果。 第七章针对机载宽带雷达对信号处理系统的通用性和实时性要求,提出了-种基于分散存储器和局部共享存储器的多DSP处理器体系结构,较好的解决了运算模块中各处理节点之间通信能力和系统扩展能力;设计了基于标准总线和高效运算模块的机载宽带雷达通用并行信号处理系统方案。部分研究成果已成功应用到包括“某机载PD/SAR兼容信号处理机”和“某机载并行信号处理技术评估”等多个大规模通用并行信号处理系统中。实际测试和外场实验结果表明本章所提出的方案与传统设计方案相比,具有通用性、可扩展性好和并行处理效率高等特点,非常适合机载宽带雷达对信号处理部分多模式、大任务量和高速实时处理及功能可重构的要求。 最后对本文的工作进行了总结,给出了作者对后续研究工作的建议和展望。


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