寬帶雷達(dá)信號處理—檢測、雜波抑制與認(rèn)知跟蹤.pdf

1、與窄帶雷達(dá)相比，寬帶雷達(dá)在許多方面都具有優(yōu)勢。例如，可以獲得更多的目標(biāo)和環(huán)境信息，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)成像或地形測繪，也有利于實(shí)現(xiàn)可靠的目標(biāo)識別和分類；可以提高雷達(dá)對雜波中目標(biāo)的檢測能力；可以更加精確地測量目標(biāo)的位置和運(yùn)動參數(shù)；具有更好的電磁兼容性能，以對抗各種有源和無源干擾；具有更好的低截獲性能；可以更加靈活地使用發(fā)射波形與目標(biāo)和環(huán)境相匹配，以改善雷達(dá)的整體性能。因此，寬帶雷達(dá)具有應(yīng)對日益復(fù)雜的任務(wù)需求和戰(zhàn)場環(huán)境的潛力，成為雷達(dá)發(fā)展的趨勢。研究

2、寬帶雷達(dá)信號處理的基本理論和方法，具有重要的理論意義和工程價(jià)值。
　　 本文主要對寬帶雷達(dá)信號處理中的目標(biāo)檢測、雜波抑制和目標(biāo)回波的相參積累以及基于在線波形優(yōu)化的寬帶認(rèn)知跟蹤等三方面的基本理論和技術(shù)進(jìn)行了深入研究。具體工作可概括為如下的五個部分：
　　 1.比較分析了寬帶和窄帶雷達(dá)在噪聲中檢測目標(biāo)的性能。首先討論了寬帶與窄帶雷達(dá)的雷達(dá)方程和目標(biāo)散射截面積(RCS)；隨后，介紹了三種根據(jù)真實(shí)目標(biāo)散射中心分布情況而抽象出的寬

3、帶雷達(dá)回波統(tǒng)計(jì)模型：寬帶無起伏目標(biāo)，寬帶瑞利起伏目標(biāo)及寬帶萊斯起伏目標(biāo)；然后推導(dǎo)了寬帶和窄帶雷達(dá)對符合這三種模型的目標(biāo)的檢測概率，指出寬帶雷達(dá)的檢測性能與窄帶雷達(dá)相比，是由目標(biāo)RCS起伏減小和檢測器積累損失增加這一對矛盾因素共同決定的；最后得出結(jié)論：雖然理論上在高檢測概率時寬帶雷達(dá)的檢測性能比窄帶雷達(dá)高，但二者檢測概率曲線的交點(diǎn)隨包含目標(biāo)回波的距離單元的增加而越來越高，使寬帶雷達(dá)的檢測優(yōu)勢失去意義。
　　 2.研究了在高斯雜波中

4、基于單次回波的寬帶雷達(dá)目標(biāo)檢測問題。首先分析了寬帶雷達(dá)對雜波中的目標(biāo)進(jìn)行檢測的優(yōu)勢和問題所在；接下來回顧了幾種已有的基于單次回波的寬帶雷達(dá)目標(biāo)檢測算法，并分析了它們各自的優(yōu)點(diǎn)和存在的問題，以及實(shí)際中提高寬帶雷達(dá)目標(biāo)檢測性能的難點(diǎn)在于無法獲得待檢測目標(biāo)散射中心分布的先驗(yàn)信息；隨后，從解決這一難點(diǎn)入手，提出了一種基于順序統(tǒng)計(jì)量的寬帶雷達(dá)目標(biāo)序貫檢測算法，從理論、仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證三方面證明了該算法在完全不需要散射中心分布先驗(yàn)信息的條件下

5、，對于散射中心稀疏分布的目標(biāo)與以往的寬帶雷達(dá)檢測算法相比具有更好更穩(wěn)健的檢測性能。
　　 3.研究了非高斯時域相關(guān)雜波中基于多個相參脈沖回波的寬帶雷達(dá)目標(biāo)檢測問題。首先介紹了寬帶雷達(dá)目標(biāo)多次相參脈沖回波的準(zhǔn)確模型，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的雷達(dá)和目標(biāo)參數(shù)得到了其簡化模型；然后介紹了球不變隨機(jī)向量(SIRV)描述的非高斯寬帶雷達(dá)雜波模型及其仿真方法；隨后設(shè)計(jì)了基于廣義似然比的寬帶雷達(dá)目標(biāo)廣義自適應(yīng)子空間檢測器，對其性能進(jìn)行了完整的理論分析

6、，并提出了相應(yīng)的高效實(shí)現(xiàn)算法；此外還考慮到實(shí)際目標(biāo)可能還存在多普勒擴(kuò)展的問題，設(shè)計(jì)了可對在距離和多普勒方向上都存在擴(kuò)展的目標(biāo)進(jìn)行檢測的寬帶雷達(dá)檢測算法；最后通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本章設(shè)計(jì)的檢測器可以實(shí)現(xiàn)對寬帶雷達(dá)目標(biāo)回波的相參積累，與各種已有算法相比，顯著提高了寬帶雷達(dá)的檢測性能。
　　 4.研究了基于子帶處理的寬帶雷達(dá)雜波抑制與目標(biāo)回波相參積累的方法。首先根據(jù)寬帶雷達(dá)雜波和目標(biāo)回波的特點(diǎn)，指出了使用過采樣濾波器組對寬帶雷達(dá)回波進(jìn)行

7、子帶分解的必要性，并介紹了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)子帶分解和綜合的濾波器組的設(shè)計(jì)方法；隨后指出寬帶雷達(dá)實(shí)現(xiàn)雜波抑制和相參積累的目的并不僅僅像常規(guī)的窄帶雷達(dá)那樣是為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測，而更重要的目的在于增強(qiáng)回波中的目標(biāo)沖激響應(yīng)，提高目標(biāo)識別的可靠性，并根據(jù)這一要求設(shè)計(jì)了通過子帶加權(quán)處理，從包含雜波的回波中重構(gòu)目標(biāo)沖激響應(yīng)的最優(yōu)和次優(yōu)處理方法，最后通過仿真和實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了算法的有效性。
　　 5.研究了寬帶雷達(dá)的認(rèn)知跟蹤問題。首先根據(jù)目標(biāo)沖激響應(yīng)的物

8、理概念和特點(diǎn)，提出了采用寬平穩(wěn)—不相關(guān)散射模型來描述雷達(dá)目標(biāo)沖激響應(yīng)及其動態(tài)模型；接下來根據(jù)這一模型首先研究了在時域設(shè)計(jì)最優(yōu)跟蹤波形的問題，并分析了它的不可實(shí)現(xiàn)性；隨后提出了一種在頻域設(shè)計(jì)次優(yōu)跟蹤波形的方法，并給出了它的實(shí)現(xiàn)算法；從實(shí)際雷達(dá)要求發(fā)射波形具有恒包絡(luò)這一需求出發(fā)，還分別給出了在給定發(fā)射信號功率譜的情況下用相位駐點(diǎn)法和迭代加權(quán)最小二乘法設(shè)計(jì)恒包絡(luò)信號的方法；最后，通過仿真實(shí)驗(yàn)說明，在一定條件下該方法可以減小寬帶雷達(dá)跟蹤時對目標(biāo)