基于阵列重构的分布式多载舰超视距雷达DOA估计算法研究

摘要

分布式多载舰超视距雷达，又称为DMS-SWOTHR，是以海上舰队为平台的一种新体制超视距雷达，具有机动性高、抗打击性强、分辨性能高的特点。分布式多载舰雷达是复杂且精密的多普勒分辨系统，依靠在多普勒单元中目标和环境杂波运动特性上的细小差别来检测目标，使得它的探测功能强。因此，分布式多载舰雷达是富有意义的研究课题。本文以分布式多载舰雷达对海探测为研究背景，主要研究如何从运动分布式雷达的小孔径子阵列变换到虚拟大孔径阵列，并在此基础对虚拟阵列的接收数据进行高分辨处理，最后获得目标的方位估计。包括：分布式多载舰雷达运动阵列模型和信号描述、虚拟插值算法研究和重构条件、基于虚拟插值的空间高分辨方位估计算法、分布式多载舰雷达总控界面。
　　首先，本文介绍了分布式多载舰雷达的发展历程以及国内外发展现状。继而，介绍了高分辨DOA估计算法的相关理论知识。包括MUSIC算法、对称阵列法重构协方差矩阵与空间平滑去相关算法、最优波束形成理论。
　　然后讨论了如何对分布式多载舰雷达系统的各子阵重构，这是本文的主要内容。针对运动阵列的结构特点，提出了预估记分段虚拟插值算法。并且分析了分布式多
　　载舰雷达内部稀疏性对可重构性的影响，并给出了限制条件。接着从子阵最大间距、相对速度、基线夹角分析了分布式雷达在一定误差范围内的重构条件，分四种情形详细讨论了对于任意结构的实际阵列如何确定虚拟阵列的基线位置，以及如何设置虚拟阵元个数，得到合理的范围。
　　接着利用基于预估记分段虚拟插值变换的DOA估计高分辨算法，得到了目标的方位信息。这一部分首先描述了雷达的运动模型，然后通过空间平滑与协方差矩阵重构去相关算法，分别进行了MUSIC估计。由于虚拟阵列的噪声空间不是对称正定阵，无法实现预白化处理，所以采取增加空间平滑子阵个数的方法降低噪声基底。接着仿真了基于虚拟插值的最优波束形成，利用三子阵系统对探测区域中的双、多目标都进行方位角度估计。利用空间平滑 MUSIC算法仿真了在一阶海杂波干扰与空间色噪声的环境中，实现目标的方位估计。最后完成分布式多载舰雷达的总控界面的设计。

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第1章 绪论

1.1课题来源和研究的目的及意义

1.2国内外分布式多载舰超视距雷达研究现状及分析

1.3课题主要的研究内容及结构安排

第2章 DOA估计算法基础知识

2.1阵列信号描述

2.2经典DOA估计算法

2.3常规波束形成与最优波束形成

2.4本章小结

第3章 分布式多载舰雷达阵列重构算法及重构条件

3.1虚拟插值变换的基本思想

3.2分布式多载舰雷达可重构性讨论

3.3分布式多载舰雷达阵列重构条件分析

3.4分布式多载舰雷达虚拟插值算法研究

3.5本章小结

第4章 分布式多载舰雷达方位估计

4.1分布式多载舰雷达运动模型描述

4.2基于虚拟插值的空间谱估计

4.3基于虚拟插值的最优波束形成器

4.4分布式多载舰雷达的方位超分辨

4.5本章小结

第5章 分布式多载舰雷达总控界面设计

5.1Matlab GUI设计界面基的本原理

5.2分布式多载舰雷达总控界面各子界面

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

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致谢